基于高光譜成像技術的青香蕉碰撞損傷檢測

香蕉是中國嶺南特色水果之一，統(tǒng)計顯示，2020年中國香蕉產量達到了1151.3萬t。香蕉在采收和運送過程中往往處于綠硬期（青香蕉），在此過程中易受到各種碰撞損傷。傳統(tǒng)的青香蕉碰撞損傷檢測方法主要是人工肉眼識別和常規(guī)RGB圖像識別。然而人工識別受主觀因素影響較大，常規(guī)RGB圖像識別難以檢測出碰撞初期的碰傷情況。鑒于傳統(tǒng)檢測方法的不足，利用高光譜技術開展無損檢測的應用迅速發(fā)展。高光譜成像技術融合了傳統(tǒng)的圖像和光譜技術的優(yōu)點，可以同時獲取被檢測物體的空間信息和光譜信息，對其內外部的品質參數(shù)進行測定，并依據(jù)這些參數(shù)建立與青香蕉碰撞損傷之間的關系，進行碰傷程度區(qū)分，彌補了傳統(tǒng)檢測方法的不足。

1、青香蕉碰撞損傷程度分類

青香蕉的品質分級標準中，果身表面的機械類損傷面積是一個重要指標。標準規(guī)定，果身表面無碰壓傷的青香蕉屬于優(yōu)等品；碰壓傷面積小于1cm2的屬于一等品；碰壓傷面積為1～2cm2的屬于二等品；碰壓傷面積大于2cm2，屬于劣等品將不進入市場。

2、高光譜檢測青香蕉碰撞損傷的機理分析

近紅外波段的光譜特征主要與樣品中有機分子含氫基團振動有關。青香蕉的創(chuàng)面會和空氣中的氧氣發(fā)生化學反應，破壞果肉細胞的細胞壁和細胞膜，釋放部分水分，造成光的散射減少，導致創(chuàng)面的含水量和光譜反射率數(shù)據(jù)與健康表面呈現(xiàn)不同。所以即使沖擊能量較小，其碰傷創(chuàng)面在肉眼和RGB圖像中無法識別的條件下，經(jīng)過高光譜圖像技術處理后，在光譜波段下的圖像依然能清晰地看出其碰傷部位和碰傷程度，如圖a與圖b的對比所示，這說明了高光譜成像技術檢測青香蕉早期輕微碰撞損傷的可行性。如下圖所示是同一份樣品在不同波段下（500、600、700、800nm）的圖像，對比可知：不同波段下的圖像其呈現(xiàn)出的碰傷情況存在差異。

特征波長下的圖像能充分顯示其因碰撞所呈現(xiàn)的表征，為利用此部分表征的數(shù)據(jù)信息，采用二值化處理、Canny邊緣檢測和圖像分割算法，按如圖8所示流程，獲取了全部樣品特征波長下圖像的碰傷區(qū)域。

3、可視化碰傷等級圖像

通過圖像分割流程，將918張灰度圖像進圖像分割，提取香蕉碰傷部位的輪廓區(qū)域，同時利用圖像全像素點下的反射率數(shù)據(jù)，用光譜反射率數(shù)據(jù)去表示碰傷輪廓區(qū)域的每個像素點所代表的信息。

為了更好地展示分類結果，同時考慮檢測的可視化，對每一個像素點用“00”代表健康，標記為黃色RGB（255,255,0）；“01”代表輕度碰撞傷，標記為藍色RGB(67,142,219)；“10”代表中度碰撞傷，標記為紫色RGB(128,0,128)；“11”代表重度碰撞傷，標記為紅色RGB(255,0,0)的方式進行最后的輸出顯示。其中區(qū)域的總體識別結果若有85%以上的相同數(shù)值和顏色，那么本區(qū)域都用此數(shù)值和顏色進行歸一顯示，最后的可視化圖像如下圖所示。

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審核編輯 黃宇