1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
1.本课题意义
我国是世界上最大的水果种植及加工生产国，其中，苹果是种植面积最大且产量最高的果品[1]。但是较美国、日本等国家，我国苹果的出口量少，出口价格低。根据质监局调查统计，目前我国优质苹果果率为35%，符合出口标准的高档苹果果率低于5%；而美国、日本等国家优质果率达到70%以上，高档可供出口果率达50%[2]。主要原因在于我国苹果采后商品化处理技术落后，从而造成了我国苹果的优质果率低、商品率低。水果的产值大部分靠采后分级处理和加工创造出来。因此，如何提高苹果采后分级处理能力，是提高我国苹果的国际竞争力，促进我国苹果乃至整个水果产业发展的关键。其中，发展苹果内部品质的无损检测技术是至关重要的一环。
实现苹果内部品质的无损检测不仅是扩大我国苹果出口的需要，也是满足消费者日益多元化要求的需要。现在消费者在选购苹果时不仅关注其形状、颜色、大小和缺陷等外部品质，对于内部品质如糖度、酸度和脆度也越来越看重。虽然苹果成熟后保鲜期较长，但在贮藏期间，内部品质也在不断下降。为了判断苹果是否仍具有商品价值，评估或检查苹果内部的定性参数至关重要。
2. 研究的基本内容和问题
1.研究目标
本课题计划设计和开发一种基于激光散斑技术的便携式苹果内部品质检测分级仪，达到低成本、高效率地对苹果进行检测分级的目的。
2.研究内容
3. 研究的方法与方案
1.研究方法
（1）查阅国内外研究资料，进行系统总体设计，确定软硬件组成部分。
（2）设计对照试验，确定检测装置的选型及相对摆放位置，包括激光器的波长、功率，激光的入射角度，工业相机与苹果的距离，工业相机的曝光时间、光圈大小等。
（3）利用AutoCAD 2016绘制仪器整体结构图。
（4）联系厂家进行软件的设计和仪器的制作。
（5）用制作的仪器对苹果样品进行分级，同时用质构仪和折光仪测定苹果样品的硬度和可溶性固形物的含量，参照中华人民共和国农业行业标准NY/T586-2002进行分级。将两种方法测得分级结果进行比较，验证仪器的分级效果。
2.技术路线
系统设计 | 硬件开发 | 软件开发 | 仪器验证 |
3.实验方案
本课题实验主要在仪器验证阶段，现设计实验方案如下：
（1）样品选择红富士苹果，样品总量为500个，分3批进行实验，分别为未成熟苹果、成熟苹果和放置2周的苹果。
（2）准备样品时剔除表面有明显病斑、大量裂纹或严重畸形的苹果。按顺序将样品摆放在塑料筐内。
（3）使用开发的便携式苹果内部品质检测分级仪按顺序采集样品的激光散斑图像，每个样品果梗向上，沿果实赤道取对称两点共采集两次图像。仪器进行分级及数据记录。
（4）使用质构仪按顺序测量以上样品的硬度，样品果梗向上放置，取相对面竖直切片，果面向上进行测量。使用折光仪按顺序测量切片的可溶性固形物含量。同一苹果的两块切片测量结果均取其平均值。参照中华人民共和国农业行业标准NY/T586-2002进行分级。
（5）将使用开发的仪器测得分级结果与按常规方法测得结果进行比较，验证仪器分级效果。
4.可行性分析
农产品无损检测技术是利用自身的力学、光学、电学及声学等物理性质对其品质进行非破坏性检测，并按照一定标准对其进行分级分选的新兴技术。激光具有良好的单色性、相干性、方向性和高亮度，以计算机视觉技术和近红外光谱分析技术为基础，应用激光光斑图像技术检测水果内部理化特性，已逐渐成为当今水果无损检测领域的新的研究热点，国内外对于激光散斑技术在水果品质无损检测中应用的研究在不断深入。本人的指导老师屠康教授主要从事农产品无损检测的研究及应用，发表过多篇相关的研究型论文，对本试验有很大的指导作用。实验室师兄师姐早期也进行过利用激光散斑技术检测水果品质的研究，包括苹果、甜柿和桃，前期的工作为本试验奠定了坚实的理论基础。
目前，研究激光散斑技术所运用的检测系统都是基于PC平台设计的人机界面与采集设备，这种系统存在不易携带、成本高等缺点，利用已有的预测模型进一步开发商业化的便携式水果检测仪的研究还鲜有报道。但是，随着嵌入式技术水平的提高，特别是各种新兴的低功耗电子元器件以及软件产品的日益成熟，便携式检测仪器正逐渐在各个行业得到应用。本实验室也在进行便携式水果检测仪器相关方面的研究，技术支持较为充分。
本课题所基于的理论正确、研究思路清晰，拟采用的研究方法先进可行、预期目标明确，实验室技术力量坚实，经过努力可以按计划完成并能取得预期成果。
4. 研究创新点
近年来，计算机视觉技术在水果外部品质的检测与分级方面已得到广泛应用，而近红外光谱分析技术也可以快速检测水果内部的化学成分。较之近红外，激光具有良好的单色性、相干性、方向性和高亮度，利用激光散斑技术检测水果内部品质是本课题的一大创新之处。
目前，研究激光散斑技术所运用的检测系统都是基于PC平台设计的人机界面与采集设备，这种系统存在不易携带、成本高等缺点，利用已有的预测模型进一步开发商业化的便携式水果检测仪的研究还鲜有报道。本课题致力于研发便携式苹果内部品质检测分级仪，是另一大创新之处。
5. 研究计划与进展
1.研究计划
（1）2016年9月，查阅国内外研究资料，制定总体试验方案。
（2）2016年10月，设计对照试验，确定检测装置的选型及相对摆放位置。
