[发明专利]一种不同检测方式互补的苹果霉心病无损检测系统与方法

权利要求书

1.一种不同检测方式互补的苹果霉心病无损检测系统与方法，其特征在于，将苹果放入检测暗室的苹果托盘上，关闭检测门时自动触发检测程序，透射检测光源和相互作用检测光源依次打开，光与检测苹果生物组织相互作用（吸收、反射、散射、透射等）后，微型光谱仪依次接收光信号并转化为电信号发送至核心处理模块，根据获取的透射与相互作用光谱数据运行苹果霉心病判别模型，将检测结果发送至显示屏；

其特征在于，包括以下步骤：

（1）样本选取：富士苹果样本于2020年10月3日从陕西省扶风县某果园获得，挑选大小均匀、表面无缺陷的329个疑似霉心病和健康苹果，获取苹果光谱数据后，用水果刀沿苹果茎轴处切开，根据果核内部是否有病害组织，分为健康苹果和霉心病果，用“1”表示健康苹果，“-1”表示霉心病；

（2）光源预热：检测系统开机系统初始化后，打开透射与相互作用检测光源预热15分钟；

（3）光谱校正：在检测暗室中分别保存透射暗光谱T_d和相互作用暗光谱I_d，分别用φ80的聚乙烯球和白板保存透射亮光谱T_w和相互作用亮光谱I_w，计算得到校正后的透射率T和反射率I；

（4）光谱数据采集：将苹果样本放置于暗室的苹果检测托盘上，且果柄轴向方向与透射检测光源照射方向垂直，在每个样本赤道面处以120°均匀选择3个位置进行透射及相互作用光谱测量，将3个数据的平均值作为该样本的光谱数据；

（5）光谱预处理：所有光谱数据采用Savitzky-Golay（S-G）平滑预处理，降低光谱数据噪声、提高光谱数据的信噪比和可靠性；

（6）变量选择：采用竞争性自适应加权（CARS）变量选择算法消除近红外光谱数据中大量的无关、冗余以及重叠信息，达到降低模型计算复杂度、提高模型判别性能的目的；

（7）苹果霉心病判别模型：建立了基于透射与相互作用方式检测融合的特征光谱的偏最小二乘线性判别（PLS-DA）模型。

2.根据权利要求书1所述一种不同检测方式互补的苹果霉心病无损检测系统与方法，其特征在于，所述透射和相互作用积分时间分别为：70 ms和6 ms，平均扫描次数为5，平滑度为5；透射检测光谱波长范围为500-850nm，相互作用检测光谱波长范围为400-850nm。

3.根据权利要求书1所述一种不同检测方式互补的苹果霉心病无损检测系统与方法，其特征在于，所述校正后透射率T的计算方法为T=(T_r-T_d)/(T_w-T_d)，校正后透射率I的计算方法为I=(I_r-I_d)/(I_w-I_d)。

4.根据权利要求书1所述一种不同检测方式互补的苹果霉心病无损检测系统与方法，其特征在于，所述竞争性自适应加权变量选择算法中根据交叉验证建模中均方根误差（RMSECV）最小的变量作为特征波长，蒙特卡洛采样次数为100，采用10折交叉验证；偏最小二乘线性判别（PLS-DA）模型中最佳潜在变量个数是根据10折交叉验证的最低均方根误差确定。

5.一种不同检测方式互补的苹果霉心病无损检测系统与方法，其特征在于：包括微型光谱仪、检测暗室、检测光源驱动模块、核心控制模块、电源模块、人机交互模块、检测自动触发模块等。

6.根据权利要求书5所述一种不同检测方式互补的苹果霉心病无损检测系统与方法，其特征在于，所述检测系统模块及整个检测过程是在暗室中进行，避免外界环境杂散光影；透射检测光源位于检测苹果的正上方处，漫反射检测光源内嵌在苹果托盘上，且安装方向与微型光谱安装方向成45°；微型光谱仪在橡胶苹果托盘的正下方，透射检测光源中心与微型光谱仪探测器中心在空间位置上对齐，保证透射检测光源穿过苹果果心，获取到苹果内部病害信息。