农业物料的光学特性

1、农业物料的光学特性第1页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一反射、吸收、透光和发光等构成了农业物料的光学特性。这些射线能量的大小与物体特性及入射能大小有关。第一节 光在农业物料中的传播及其相互作用图 光在农业物料中的传播第2页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一荧光是在一定波长内一种物料被能量激发而放射出的光能，它的波长不同于激发能的波长。延迟发光是在除去光源后由物料发射出来的光。第3页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一研究农业物料的光学特性可了解它们的一些其他特征，例如成熟度、内部缺陷、组成物含量等。本章主要讨论诸如反射率和透光率以及它们在农

2、业工程中的实际应用,简要介绍延迟发光特性.第4页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一反射光提供了农产品表面特征的信息，如颜色、表面缺陷、病变和损伤等。光的吸收和透射则是农产品内部结构组成、内部颜色和缺陷等信息的载体。对这些量的分析可以判断农业物料的不同颜色、区分质量优劣、指示成熟与否，从而可以对农产品进行分选和质量分析。第5页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一一、光的反射特性 当一束平行光照射到农业物料表面时，如果入射光强度为IO，反射光强度为IR，则光的反射率R为被物料反射回来的光波强度IR与射向物料总光波强度IO之百分比，即R=（ IR / IO ） 10

3、0%第二节 农业物料的光学特性第6页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一 随着柠檬成熟度提高、表皮逐渐由绿变黄，标志波长反射率逐渐提高。如图影响农业物料光反射的因素主要有： (1)物料类型； (2)不同发育成熟阶段。第7页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一 用透射率 T 表示，是通过物料的光波强度 IT 与射向物料光波强度 Io 的百分比： T= （ IT /Io ） 100% 吸光度：OD=lg(1/T) 二、光的透过特性 OD 不仅反映物料（水果、蔬菜的外表特性），还能显示其内部特性。 物料的致密度和厚度对吸光度都有很大影响。此外，物料对光的折射与散射等对

4、透射率也起一定作用。第8页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一透射方式：第9页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一下图表示番茄在不同成熟阶段的透光率曲线。由图可知，在波长 675nm 附近有明显吸收带，随着番茄不断成熟，吸光度逐渐下降。第10页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一绿色的含有叶绿素的农产品如番茄、桔子、柿子、茶叶等在用光照射激励后的若干秒内其表面会发光，我们把这种现象称作延迟发光。延迟发光与光合作用的可逆性有关。延迟发光强度与农产品叶绿素含量有明显的相关性。随着这些产品的成熟度不断地提高。叶绿素含量不断地下降，延迟发光强度也随之下降

5、。三、物料的延迟发光特性 第11页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一第三节 在农业工程中的应用颜色和成熟度检测，如园艺产品成熟度、农产品颜色评定等；成分分析，如谷物和肉产品的含水量、牛奶脂肪含量等。内部缺陷检测，如苹果水心、马铃薯空心、鸡蛋中血点和小麦黑穗病检测等。自动化分选，如马铃薯和土块分离、颜色或成熟度自动分级等。第12页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一利用近红外可以检测豆浆的浓度，为添加适量的凝固剂提供依据。第13页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一瓶装腐乳中成分的快速检测第14页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期

6、一3.近红外仪在苹果糖度检测上的应用第15页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一水果品质检测实例可见/近红外光谱分析的一般流程第16页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一1、水果漫反射光谱采集系统例1第17页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一 西梅样品近红外漫反射光谱图 第18页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一2、水果SSC破坏性检测第19页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一(RMSEC=0.355；RMSEP=0.447)西梅SSC建模与预测结果 3、可溶性固形物含量检测结果第20页，共35页，2022年

7、，5月20日，8点6分，星期一例21、漫透射光谱采集系统第21页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一 2、光谱指标 吸收率 透过率 ：波长为时样品光谱强度； ：是波长为时暗场光谱的强度； ：波长为时参比光谱的强度。第22页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一3、光谱采集中主要需要注意的几个问题： 积分时间（integration time） 、离散光谱累计采集次数（Average）、厢车法平滑宽度（Boxcar）等。 样品光谱图第23页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一4、品质指标破坏性检测方法及仪器可溶性固形物含量(SSC)第24页，共35页

8、，2022年，5月20日，8点6分，星期一西瓜样品的可见/近红外光谱SSC检测建模结果散点图及预测结果散点图第25页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一 乙烯催熟瓜与正常成熟瓜分类试验研究 近红外光谱定性判别分析步骤： 1）标准样品集光谱建立； 2）光谱校正及预处理； 3）光谱特征提取； 4）定性判别模型的建立与评价； 5）未知样品定性判别分析。例2第26页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一 5.4.4 高浓度外源乙烯催熟瓜与正常成熟瓜分类试验研究 试验材料及方法 购置采摘前后均未使用乙烯利催熟的上海产“早春红玉”西瓜150颗（其中50颗为人工挑选的未熟瓜），

9、将浓度为40%的乙烯利水剂配制为浓度为0.05%的乙烯利溶液，均匀喷淋于50颗未熟西瓜表面，将所有西瓜困置于温度为22的室内60小时后，采用前述光谱采集系统进行漫透射光谱采集。 试验结果未经乙烯处理和经乙烯处理西瓜光谱对比图 第27页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一第28页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一透过率之比判别分析法 727nm和810nm处有两个重要的特征峰，对于经乙烯处理和未经乙烯处理的西瓜来说727nm处和810nm处的透过率之比有较为明显的差异。 第29页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一第30页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一(2) 马斯距离判别结果第31页，共35页，2022年，5月20日，8点6分，星期一西瓜在线检测实验台软、硬件系统 西瓜在线检测实验台第32页，共