云南无损水果内部病斑检测 水果内部质量X射线无损检测技术

近红外光谱技术是水果内部质量无损技术中的主流，主要解决了水果内部成分的检测以及内部病变的判别，但也有一些指标需要借助其他技术方能解决。X射线就是其中选择之一。

物料密度不同，则X射线图像的灰度值不同。X射线就是基于物料密度的不同而进行判别分析的。在果实上的应用主要为以下几个方面。

一、食心虫受害果检测

食心虫体长12 ~ 20毫米的成虫(蛾)在桃子果实表面产卵，卵直径约0.3毫米。孵化后的幼虫头径约0.2mm，进入果实内，食害果实内部。

为了使用X射线检测果实内部的食害部位，山梨大学小谷信司教授对从多个方向取得的X射线透过图像进行图像处理，检测有无受害。检测过程，首先计算辉度梯度向量，然后计算辉度梯度向量的集中度。

图1的左侧是被害结果的X射线透射图像，图1的右侧是X射线透射图像的辉度梯度矢量图像。图1右侧使用HSV表色系的色相表示梯度方向，使用HSV表色系的彩度表示梯度强度。

图1 X射线摄影图像(左)和图像处理结果(右)

圆圈中的受损区域与周围相比，梯度方向不同，梯度强度也有很大变化。此外，由于辉度梯度向量集中在受损部位，所以计算辉度梯度向量的集中度，根据集中度判定有无虫害。

现在，每个果的检测时间为20秒(人工检测为60秒)，虫害果的检出率实现了100%。

二、柑橘浮皮果检测

柑橘浮皮果皮大肉小，水分含量少，口感质量较差，属于等外商品，在分选过程中需要剔除。图2所示为X射线波形法检测结果。因为X射线接收像素点只有一个，故只能获得波形。如图2所示波形，实线为浮皮果波形，虚线为正常果波形。正常果波形由高到低，再由低到高是逐渐变化的，而浮皮果不论是由高到低还是由低到高，则都在中途出现突变。这是因为果皮与果肉之间存在空腔所致。根据这个特点，利用算法即可正确判别。

另外，由波形图可知，每条波形的最大宽度即为果实的最大横径。

图2 X射线检测柑橘浮皮果

三、果实面积和体积计算

果实的体积计算方法很多，也很准确，但在线计算果实体积的方法极少。利用X射线可以获得果实的平面图像，如图3所示。看似平面图像，实际是三维。果实图像中辉度值深浅不同，代表着果实的厚度不同，每一个点相当于一个长方体，因为厚度与辉度值成线性关系，通过对每一个点进行积分即可获得果实的体积。计算面积方法更为成熟，不再赘述。

图3 利用X射线图像计算果实体积

四、苹果糖心程度判别

苹果糖心组织水分含量高，密度大。当X射线照射后由于水对X射线的吸收，与正常部位呈现出不同的辉度值，二值化处理后即可获得糖心面积占比多少，进而可以按照经验数据划分出糖心高低等级。

图4 苹果糖心程度判别

五、果实局部失水检测

因果实生理失调的影响，导致果实内部局部失水，此类果实仅凭外观无法判别，只能通过内部无损检测技术识别。因为果肉失水，水分含量低于周边正常果肉组织，当X射照射后吸收少呈现黑色，与正常组织之间明显存在辉度差异，目视即可判别，如图5所示。

图5 果实局部失水检测（图摘自近藤直）

六、果实空洞检测

像西瓜、马铃薯、西红柿等经常发生空洞现象。西红柿一旦发生空洞（果汁很少）质量明显变差，不能作为商品流通。马铃薯空洞常伴随着霉变，不能食用。西瓜空洞多数情况下不影响食用，但商品性变差。

图6 西红柿空洞X射线检测

X射线技术在日本水果无损检测中应用的很少，因为日本对射线非常敏感。是文化问题，不是技术问题。