基于Q285實時高光譜成像儀數據對芒果品質進行評估研究

德國赫恩海姆大學農業工程學院/泰國藝術大學工程和工業技術學院

芒果為著名熱帶水果之一，芒果果實含有糖、蛋白質、粗纖維，芒果所含維生素也很高，高光譜成像進行水果品質檢測具有快速、無損等多種優勢，越來越多的科研工作者投入到此項技術研究當中。

本文以Q285實時高光譜成像光譜儀測得160個芒果高光譜數據，接著利用其可見近紅外（Vis/NIR）區域通過PLS回歸構建預測模型，來評估芒果的品質（硬度、可溶性固體物（TSS）和可滴定酸（TA））；HIS與硬度、TSS和TA的顯著相關性分別為(R2=0.81，RMSE=2.83 N)、(R2=0.81，RMSE=0.24%)、(R2= 0.5，RMSE=2.0%)；從果實的硬度、TSS和TA的變化表明，果實的成熟過程是由肩部到頂部。從以上結果得出HIS可以作為一種無損檢測果實品質的技術，并可應用于芒果的工業處理和加工分類。

圖1（上）參考品質分析抽樣和ROI選擇區域高光譜測量（ROIs不按比例）；（下）為Q285實時高光譜成像儀

圖2 高光譜成像系統：（a）鹵素燈（b）Q285高光譜成像儀（c）反光鏡（d）樣品架（e）計算機與數據采集軟件

圖3 （a）硬度、（b）TA和（c）TSS的平均值及（d）TA和（e）TSS指不同位置的理化值

圖4 RGB圖、680和913nm的單色圖像和在1、4、6、8天成熟時的反射光譜

表1 描述了用于校準和驗證分析的硬度、TA和TSS的統計性數據

表2 不同光譜預處理以及PLS主因子數下的相關系數R和均方差RMSE

圖5 (a)硬度、(b)TA和(c)TSS使用SNV預處理光譜與參考測量結果相比較；交叉和圓符號分別代表校準和驗證集

表3 硬度、TA和TSS的多元線性回歸（MLR）的結果顯示的選定的波長和系數

圖6 預測圖顯示了12個芒果樣品在成熟過程中硬度、TA、TSS的分布規律的測定和預測（括號內），并顯示HIS模型預測的結果

表4根據成熟等級未成熟（1）、成熟（2）、過成熟（3）判別分析（DA）硬度與分類性能的結果

結論：

1、本研究指出利用HIS技術進行芒果品質評估是可行的；

2、HIS與硬度（firmness）顯著相關，緊接著是TA和TSS。HIS對芒果的成熟程度分類是基于硬度的，但還需要進一步增加抽樣數據和改進測量條件，以使結果更準確；

3、基于目前的研究結果表明，高光譜成像（HIS）被認為是一種無損的芒果成熟度分級技術。