[发明专利]基于可见和近红外光谱特征波段的水果水心病诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用光学手段来分析材料的方法，尤其是涉及一种基于可见和近红外光谱特征波段的水果水心病诊断方法。

背景技术

近红外光谱是指波长在780～2526nm的电磁波，介于可见光区和中红外光区之间。由于近红外光谱区与有机分子中的含氢基团(C-H、N-H)振动的合频与各级倍频的吸收一致，因此通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征振动信息。与传统的化学分析方法相比，近红外光谱技术的主要技术特点是：分析速度快，多组分同时测定，样品不需预处理，非破坏性分析，远距测定和实时分析，低分析成本和操作简单。

可见和近红外光谱技术在农产品和食品的检测分析中得到了广泛的应用。在水果检测方面，lammertyn等人利用可见光谱和近红外光谱来检测苹果酸度、硬度和可溶性固形物含量，并与常规化分析相结合，建立了预测苹果糖度和酸度的定量数学模型。McGlone等人利用500-1100nm光谱范围检测Royal Gala苹果内部成分——淀粉、可溶性固形物和酸度。Lu等人利用近红外光谱来检测Empire和Delicious苹果硬度和糖度，通过对光谱进行处理，并与常规的理化分析相结合，建立了预测苹果糖度和酸度的数学模型。在对水果水心病的研究相对较少。

然而可见和近红外光谱区域范围较大，虽然现在有很多用来测量整个可见和近红外光谱区域范围的光谱仪，但是这些设备都比较大，不利于便携测量。通过研究发现，存在能够反映水果水心病程度的若干个特征波段，其光谱信息变化和水心病程度密切相关。因此通过测量这些特征波段的光谱信息能够客观的反映水心病感染程度，而不受到其他因素的影响。基于大量试验，得到在可见和近红外光谱区域里反映水心病程度的若干个特征波段，从而设计出基于单片机嵌入式系统的便携式设备。通过检测这些光敏传感器获取的特征波段反射率信息，采用简单的回归方法代替化学计量学方法来进行建模。实现模型算法在单片机中的嵌入，制成便携式的水心病程度检测仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可见和近红外光谱特征波段的水果水心病诊断方法，可快速、准确地采集被测水果内部特征波段的反射率信息，分析得到被测水果水心病感染程度，从而实现实时无损的水果水心病诊断系统。

本发明采用的技术方案是该方法的步骤如下：

1)用仪器的探头照射被测水果，通过仪器的光敏传感器采集特征波段上的水果内部光谱反射率信息；

2)采集到的水果内部反射信息通过数据线经过信号调理电路去除噪音，A/D转换器输入单片机；

3)水心病诊断程序将得到的光谱反射率信息输入至水心病光谱模型，通过模型的计算，输出水心病诊断结果；

4)LCD显示器输出水果水心病的诊断结果。

所述的水心病光谱模型的建立包括以下步骤：

1)通过试验得到能够反映水心病感染程度的若干个特征波段。

2)建立这些特征波段光谱反射信息和水心病感染程度之间的水心病光谱模型。

与传统水心病检测手段相比，本发明具有的有益效果是：

(1)利用光谱技术进行水心病诊断，只要能够找到可以反映水心病程度的若干个光谱特征波段，本发明的思路可以应用于水果水心病的快速、准确、稳定、实时、非破坏性的诊断。

(2)降低检测成本，加快分析速度，减轻劳动强度，并能对分析样本进行无损鉴别，不用破坏水果。

(3)由于系统的水心病检测是给予若干个特征波段而不是整个可见和近红外光谱的全部光谱信息。因此无需给予计算量大的化学计量学方法，程序简单，可编写嵌入进单片机中。

(4)整个检测系统只是一个带有若干个光敏传感器和LED灯的嵌入式单片机的便携式系统，易于携带。

附图说明

图1为本发明系统系统框图。

图2为本发明系统的软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于可见和近红外光谱特征波段的水果水心病诊断系统，包括一个带有若干个光敏传感器和LED灯的嵌入式单片机的便携式系统。系统以单片机为微控制器的嵌入式结构，以信号调理电路对传感器的输出信号进行滤波，放大等的处理，使信号符合A/D转换器的输入要求，系统中的A/D转换器实现模拟信号向数字信号的转换，供单片机使用，系统中键盘实现外部指令的输入，控制仪器的运行，LCD显示器输出水心病诊断结果。