高光譜成像技術(shù)，以其高光譜分辨率、圖像信息豐富及非接觸、無(wú)損檢測(cè)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正逐步成為水果品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域的新寵。本文從以下幾個(gè)方面介紹了高光譜在水果品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。

?

1. 高光譜成像系統(tǒng)

高光譜成像系統(tǒng)中有三個(gè)必不可少的設(shè)備是光源、波長(zhǎng)色散元件和面陣相機(jī)。

光源：光源可以是寬波段石英鎢鹵素弧光燈、發(fā)光二極管或激光器，為整個(gè)成像系統(tǒng)提供照明；

波長(zhǎng)色散元件（分光設(shè)備）：通常由基于衍射光柵的成像光譜儀或電可調(diào)濾光器組成（成像光譜儀用于線掃描測(cè)量，電可調(diào)濾光器用于區(qū)域掃描），通過(guò)光學(xué)元件把寬波長(zhǎng)的復(fù)色光分散為不同頻率的單色光，并將單色光投射到面陣相機(jī)上；

面陣相機(jī)：主流使用CCD，也有使用CMOS的。

?

2. 高光譜圖像的獲取方式

根據(jù)高光譜圖像采集和形成方式的不同，分為點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描三種方式。

?

3. 高光譜圖像處理與分析

高光譜圖像是一個(gè)具有“圖譜合一”特點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)立方體，因此高光譜圖像的處理與分析既可以在指定波長(zhǎng)情況下在空間域進(jìn)行圖像處理和分析，又可以在指定像素坐標(biāo)位置情況下在光譜域進(jìn)行光譜處理和分析，也可以同時(shí)在空間域和光譜域進(jìn)行處理和分析。

高光譜圖像校正：高光譜成像系統(tǒng)獲取的是未經(jīng)過(guò)校正的原始高光譜圖像，不同的采集系統(tǒng)感光度不同，為了使高光譜數(shù)據(jù)更具穩(wěn)定性和可比性，需要利用參考圖像把原始高光譜圖像校正為高光譜反射率圖像；

光譜處理與分析：數(shù)據(jù)的預(yù)處理，比如平滑、歸一化、傅里葉變換等，為了消除各種噪聲；光譜的分析一般都包括數(shù)據(jù)降維，因?yàn)椴⒉皇敲恳粋€(gè)波長(zhǎng)都適合于檢測(cè)，需要從高維度的原始光譜數(shù)據(jù)中提取出有效的部分波長(zhǎng)數(shù)據(jù)；

圖像處理與分析：并不是對(duì)所有區(qū)域都感興趣，可先進(jìn)行圖像分割等操作提取ROI，以及一些特征提取操作；

?

4.?高光譜在水果品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

①水果成熟度檢測(cè)

成熟度是影響水果口感、風(fēng)味及貨架期的重要因素。高光譜技術(shù)通過(guò)分析水果表皮反射或透射光譜的細(xì)微變化，如葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素等色素含量及水分狀態(tài)的波動(dòng)，能夠準(zhǔn)確判斷水果的成熟度。例如，在柑橘類(lèi)水果中，高光譜成像可識(shí)別出果實(shí)表皮顏色變化與內(nèi)部糖酸比之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)成熟度的精準(zhǔn)分級(jí)。

②內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損評(píng)估

傳統(tǒng)方法檢測(cè)水果內(nèi)部品質(zhì)如糖分、酸度、硬度及病害等，往往需要破壞性取樣，影響商品價(jià)值。而高光譜成像技術(shù)則能在不破壞水果完整性的前提下，通過(guò)光譜數(shù)據(jù)反演水果內(nèi)部品質(zhì)參數(shù)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)高光譜圖像進(jìn)行處理分析，可有效識(shí)別出水果內(nèi)部的糖分分布、硬度變化及早期病害跡象，為水果品質(zhì)分級(jí)與供應(yīng)鏈管理提供科學(xué)依據(jù)。

③外觀品質(zhì)檢測(cè)

外觀是消費(fèi)者選購(gòu)水果時(shí)首先關(guān)注的因素之一。高光譜成像技術(shù)能夠捕捉水果表面的細(xì)微紋理、顏色均勻度及缺陷（如斑點(diǎn)、裂痕）等特征，結(jié)合圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外觀品質(zhì)的快速評(píng)估。此外，高光譜技術(shù)還能識(shí)別出因農(nóng)藥殘留或生長(zhǎng)環(huán)境不同導(dǎo)致的表面色差，為綠色消費(fèi)提供技術(shù)支持。

④品種鑒別與認(rèn)證

不同品種的水果在光譜特性上存在顯著差異。高光譜成像技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，能夠建立基于光譜特征的品種鑒別模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種水果品種的快速、準(zhǔn)確識(shí)別。這對(duì)于保護(hù)地方特色品種、打擊假冒偽劣產(chǎn)品具有重要意義，同時(shí)也有助于促進(jìn)水果貿(mào)易的透明化、規(guī)范化。