富士蘋果剖面CT值與pH值的關(guān)系研究.docx

1、斯注大修修根(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)35(1)：8992,2009文章編號:1008-9209(2009)01-0089-04文章編號:1008-9209(2009)01-0089-04JournalofZhejiangUniversity(Agric.&LifeSci.)DOI:10.3785/jissn.1008-9209.2009.01.013富士蘋果剖面CT值與pH值的關(guān)系研究張京平，劉孔絢，王會（浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州310029）摘要：探討利用CT技術(shù)對蘋果內(nèi)部酸度進(jìn)行無損檢測的可行性.使用基于X射線源的CT機(jī)，對富士蘋果進(jìn)行掃描，獲得蘋果剖面CT圖像.發(fā)

2、現(xiàn)圖像某點(diǎn)的CT值與該點(diǎn)的pH值之間存在顯著的線性相關(guān)性，建立相關(guān)模型，其決定系數(shù)V為0.9775,得到蘋果內(nèi)部酸度立體分布圖，同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明模型的平均誤差為0.11%.由此找到通過CT圖像檢測果蔬內(nèi)部酸度分布的新途徑.關(guān)鍵詞：CT技術(shù)；無損檢測；pH值中圖分類號：TS255.1+；S24文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AZHANGJing-ping,LIUKong-xuan,WANGHui(SchoolofBiosystemsEngineeringandFoodScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China)Researchofrelationship

3、betweenCTandpHvalueforFushiapple.JournalofZhejiangUniversity(Agric.&LifeSci),2009,35(1):89-92Abstract：ToquestforamethodbasedonCTtechnologytomeasuretheinternalpHvalueofapples,theFushiappleswerescannedbyX-rayCTmachinewhichcouldoutputCTimagesofthesectionofapples.Correlationmodelandthree-dimensional

4、pictureswhichreflecttheinternalaciditydistributionofappleswerebuilt,too.Atthesametime,anotherexperimentwasdonetoverifytheprecisenessofthismodel.TheresultshowsthatitwassignificantlinearcorrelationbetweentheCTandpHvalue,andaverageerrorofthemodelwas011%.ItwassuggestedthatthemethodtreatedbyCTimageisfeas

5、ibleinpredictionofacidity.Keywords:CTtechnology;nondestructivetest;pHvalue收稿日期：2008-03-20基金項(xiàng)目：浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（398240）.作者簡介：張京平（1956），男，湖南長沙人，副教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品無損檢測方面的研究.TelE-mail:zhjpzhjp.中國連續(xù)多年果蔬產(chǎn)量居于世界第一，蘋果作為中國水果的一個(gè)大類，目前廣泛種植的有富士、國光、金帥等品種.由于農(nóng)藝、加工工藝和分級技術(shù)的不完善，使得中國的蘋果雖然產(chǎn)量很大，但是優(yōu)質(zhì)果少，出口價(jià)格低廉.國內(nèi)外學(xué)者致力于

6、通過改善檢測技術(shù)來改變這一現(xiàn)狀，提高中國蘋果的質(zhì)量.CT技術(shù)（computedtomography）又稱計(jì)算機(jī)斷層攝影技術(shù)，是近年來新興的一種無損檢測技術(shù)，其在醫(yī)學(xué)和工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛.在眾多CT技術(shù)中，最成熟、應(yīng)用最廣的是用X射線源的CT技術(shù).但是，CT技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用還不成熟，尤其是利用CT技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部多種主要成分的檢測還未見報(bào)道務(wù)刁.因此，本文使用基于X射線源的CT機(jī)，對富士蘋果內(nèi)部的pH成分進(jìn)行研究.1實(shí)驗(yàn)原理與過程1.1CT原理X射線CT檢測實(shí)時(shí)成像及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)（簡寫為XRTIP）作為國際上新興的一項(xiàng)無損檢測技術(shù)，其工作原理是將光電轉(zhuǎn)換技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)

7、合，把不可見的X射線CT圖像通過增強(qiáng)的方法轉(zhuǎn)換為可見的視頻圖像，再經(jīng)計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，使視頻圖像的對比度和清晰度達(dá)到X射線CT照相底片的影像質(zhì)量，從而提高探傷靈敏度和缺陷識別能力.探傷結(jié)果用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助評定，圖像可長期保存在計(jì)算機(jī)磁帶或光盤上，可代替射線照相的底片，從而實(shí)現(xiàn)X射線CT探傷方法的電腦化和自動(dòng)化.1.2實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備本實(shí)驗(yàn)依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO1842-1975水果和蔬菜產(chǎn)品pH值的測定設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)中所用樣品均為同一批次的富士蘋果，采摘時(shí)間相同，儲藏時(shí)間和儲藏條件相同功.實(shí)驗(yàn)材料為富士蘋果，去皮，稱量約5g的薄型方塊.實(shí)驗(yàn)設(shè)備:JS-1.5A型電子天平，精度為0.001g；P

8、H-4CT型精密酸度計(jì)，分辨率0.001,精度0.003;GEHISPEEDFx/I型醫(yī)用CT機(jī)，精確度0.01Hu.1.3實(shí)驗(yàn)步驟和方法首先，將新鮮蒸偷水或同等純度的水煮沸510min,冷卻后待用，且存放時(shí)間不超過30min.其次，配備pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，制備方法按酸度計(jì)附帶的使用說明規(guī)定操作.在實(shí)驗(yàn)溫度下用已知pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對酸度計(jì)進(jìn)行校正.第三，拍攝上述已去皮、稱重的富士蘋果薄型方塊的CT圖像，之后將蘋果塊樣品干榨取汁待用，富士蘋果汁的存放時(shí)間不超過3min.第四，將樣品處理液和標(biāo)準(zhǔn)緩沖液調(diào)至同一溫度，并將儀器溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)至該溫度上.在玻璃容器中加入蘋果汁，使其容量足夠浸沒電極，用

9、酸度計(jì)測定蘋果汁的pH值并記錄，精確至0.02單位，同一樣品至少進(jìn)行兩次測定.對于同一操作連續(xù)兩次測定的結(jié)果之差不超過0.1單位，否則重新測定，以保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性.如能滿足兩次測定結(jié)果之差不超過0.1單位的要求，則取兩次測定的算術(shù)平均值作為測定結(jié)果，精確到小數(shù)點(diǎn)后第2位.部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表表1部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Table1RecordsofpHandCTvalue實(shí)驗(yàn)點(diǎn)序號CT值/HupH值1-252.504.1120-192.044.3940167.364.5560-149.474.6280一128.594.6990-103.004.80100一73.694.982實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析2.1富士蘋

10、果內(nèi)部pH值與CT值關(guān)系模型的建立從表1可以看出，在這一時(shí)期，富士蘋果的pH值大于4且小于5.實(shí)驗(yàn)采集的富士蘋果pH值的最大值為4.98,最小值為4.11,平均值為4.56.由圖1可以看出，富士蘋果的pH值和CT值之間存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系.回歸方程為=212.07-1125,決定系數(shù)廳為0.9775.2.2富士蘋果內(nèi)部pH值與CT值關(guān)系模型的瞳證為了驗(yàn)證上述過程得出的無損檢測模型）=212.07z1125的正確性以及CT無損檢測富士蘋果pH值的可行性.選取無損傷的富士蘋果21個(gè)，11個(gè)從軸向拍攝CT圖片，10個(gè)從徑向拍攝CT圖片，利用信號筆標(biāo)定拍攝的位圖1富士蘋果pH值與CT值的對應(yīng)關(guān)系Fi

11、g.1CorrespondingrelationofpHandCTvalueinFushiapple置從拍攝的每張圖片上取兩點(diǎn)，記錄每一點(diǎn)的位置和CT值，然后切開富士蘋果，以記錄點(diǎn)為中心，取一個(gè)半徑為0.2cm的富士蘋果肉小球，利用酸度計(jì)測量該點(diǎn)的pH值并記錄.將實(shí)際測得的pH值記為實(shí)測pH值；將由回歸方程y=212.07x-1125計(jì)算出的pH值記為估計(jì)值;將計(jì)算值與實(shí)測值之差記為估計(jì)差;將估計(jì)差的絕對值與實(shí)際測得的pH值的比值記為誤差率.經(jīng)過分析整理后的回歸方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2（表中所有數(shù)據(jù)都精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位），誤差分析見圖2,由表2及圖2可以看出，估計(jì)pH值與實(shí)際pH值的最大誤差率為

12、0-22%,平均實(shí)驗(yàn)誤差率為0.11%.表2部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模型驗(yàn)證表Table2Modelvalidationoftestresult1125計(jì)算特征點(diǎn)的pH值，得到蘋果的酸度立體分布圖（圖4）.由分布圖可以看出，富士蘋果由果皮向果核pH值逐漸降低，最大值4.9,>小值4.2.圖2誤差分析Fig.2Erroranalysis實(shí)驗(yàn)點(diǎn)序號CT值實(shí)測pH值估計(jì)pH值估計(jì)差誤差率/%1-239.684.174.170.000.115-221.754.254.260.010.2210一201.814.354.350.000.0715-191.814.404.400.000.0120-177.814

13、.464.470.010.1425-163.504.534.530.000.0930155.374.574.570.000.0535-147.434.604.610.010.2140一134.504.674.670.000.012.3蘋果內(nèi)部酸度立體分布圖的建立沿蘋果剖面拍攝一組20幅CT照片（圖3）,選取特征點(diǎn)，利用回歸方程v=212.07-圖3蘋果剖面CT照片F(xiàn)ig.3CTimagefromsectionofFushiapplesA.B.C分別代表pH值4.9,4.5,4.2.圖4蘋果酸度立體分布圖Fig.4Three-dimensionalpicturesofaciditydistrib

14、utionofFushiapple3結(jié)論通過對富士蘋果內(nèi)部pH值與其CT值之間關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)兩者具有顯著的線性相關(guān)性，同時(shí)建立了二者之間的線性相關(guān)模型，獲得回歸方程，并通過實(shí)驗(yàn)對該回歸方程進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明回歸方程最大誤差為0.22%,平均誤差為0.11%,證明該模型具有較高的準(zhǔn)確性.最后，利用該線性關(guān)系得到蘋果內(nèi)部酸度的立體分布圖，發(fā)現(xiàn)蘋果內(nèi)部自果皮向果核，pH呈下降趨勢，pH值范圍在4.2至4.9之間.綜上，利用CT技術(shù)無損檢測富士蘋果內(nèi)部pH值的方法是可行的.References:1ShahinMA,TollnerEW,McClendonRW.Artificialintelligenc

15、eclassifiersforsortingapplesbasedonwatercoreJ.JournalofAgriculturalEngineeringResearch,2001,79(3)：265-274.2 LammertynJ,DresselaersT,HeckePV,etal.MR1andX-rayCTstudyofspatialdistributionofcorebreakdownin"Conference"pearsJMagneticResonanceImaging,2003,21(7)：805-815.3 GirvinFG,GuptaD.Peachston

16、eileus：CTappearancesofimpactedfruitstonesJ.EuropeanJournalofRadiologyExtra.2006,57(3)：75-77.4 XUShu-min,YUYong,WANGJun(徐澎敏，于勇，王俊).StudyonCTvalueofdamagedapple口.TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery(農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào))，2006,37(6)：83-87.(inChinese)ZHANGJing-ping,WANGHui,PENGZheng(張京平，王會，彭爭)-Rese

17、archofrelationshipbetweenCTvalueandsugarcontentforapple口.TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery(農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)),2007.28(3):197-199.(inChinese)5 AntihusHG,AnniaGP,HEYong.StudyandapplicationofnondestructivemethodsusedtodeterminequalityoffruitandvegetablesJ.JournalofZhejiangUniversity:Agriculture&LifeSciences(浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)，2004,30(4)：369-374.(inChinese)XUHui-rong,YINGYi-bin(徐惠榮，應(yīng)義斌).ApplicationandprospectofnearinfraredimagingandspectroscopyanalysisonqualityinspectingofagriculturalproductsJJournalofZhej