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脐橙鲜果表面食用安全缺陷检测算法研发

[摘要]: 脐橙是一种营养丰富，美味可口的鲜果，在市场销售时，检测脐橙鲜果表面食用安全缺陷是水果分级的重要环节，水果表面缺陷具有多样性，复杂性等缺点，因而水果表面缺陷的检测也是当今世界的热点话题。近年来，机器视觉技术不断取得发展，具有精度高、速度快等优点，这项技术也逐渐被应用于鲜果表面缺陷检测，实现了农产品和鲜果的自动化技术。

关键词：脐橙；表面缺陷；检测；机器视觉

1. 前言

脐橙是19世纪初期由巴西巴伊亚附近的塞来克塔甜橙芽变而来^[1]。20世纪中期，我国相继成功引种栽培了华盛顿脐橙和纽荷尔脐橙,经过对脐橙后代的选育种植和引进，同一品系的芽变越来越多,形成了深受人民喜爱的多个品种。赣南脐橙已被列为全国十一大优势农产品之一，荣获“中华名果”等称号，并于2003年成为中国国家地理标志保护产品。

我国脐橙品种选育工作不断取得成功与突破,但是产业和市场的需求的关键并不在此。柑橘属于非呼吸跃变型果实，其鲜食、加工、贮运性能均十分优异。为延长甜橙的销售时间，产业上常进行各种方式对已成熟的甜橙进行贮藏，这种方式延长了甜橙的市场供应时间，符合市场对柑橘鲜果的需求。在这一贮藏过程中，除腐烂外，果实也会因为自身条件或是周围的逆境胁迫，会发生一系列的生理失调症。这些生理失调症既表现在外观上，也发生于果实内部^[2]。

脐橙营养丰富、汁多可口，鲜榨橙汁自动贩售机已经遍布全国各大城市的商业区、地铁站，深受消费者欢迎。但同时，无人贩售机带来方便的同时，也蕴藏着食品安全隐患。脐橙鲜果在机内贮藏待用期内可能新发生或显现出变质情况，包括表面霉变、裂果、开裂或表面划伤处霉变、内部烂心等。而水果表面缺陷是决定水果价格的最有力的因素之一，因为外部缺陷是水果品质最直接的反映^[3]。在自动贩售机制造领域的竞争中，迫切需要能够自动检测脐橙鲜果食用安全的检测装置，提高自动鲜榨橙汁的食用安全性，减小产品风险。

1. 国内外研究概况

（1）农产品表面缺陷和损伤的自动检测一直是农产品分级的一个难题。1984年Taylor R.W.等首先报道了分别利用线扫描和模拟摄像机检测苹果损伤的试验, 结论为利用数字图像技术检测苹果损伤至少可以达到人工分级的精度, 而且线扫描摄像机在实际生产中应用前景似乎要更广阔一些。1986年Rehkugler G.E.和Throop J.A. 研究了利用机器视觉进行苹果表面碰压伤检测并依据美国苹果标准进行分级, 研制成功了利用机器视觉进行缺陷检测和分级的苹果处理设备, 并成功进行了试验^[4]。

（2）2009年《Biosystems Engineering》第103(2)卷中提出，目前用于柑橘果实自动检测的计算机视觉系统通常基于监督方法，能够检测水果表面的缺陷，但无法区分不同类型的缺陷。介绍了一种用于识别和分类柑桔最常见的外部缺陷的计算机视觉系统。为了区分11种缺陷，在近红外反射率和紫外研究等五个光谱区域获取了缺陷图像。诱导荧光该系统将缺陷的光谱信息与形态学估计相结合，对水果进行分类。提出的水果分类算法用于识别2000多个柑橘类水果的缺陷，包括柑橘和桔子。总成功率达86%^[5]。