基于热成像技术的水果无损检测研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对生活质量的要求也日益增加，食品安全问题日渐成为社会公众关注的热点问题。水果作为营养、休闲食品广受消费者亲睐，但消费者在购买水果时依据外观挑选不能完全实现对水果质量的把关。在水果的种植生产、采摘、运输、存储过程中，水果表面很容易产生机械损伤，这些机械损伤存在于水果内部，不能通过对外观的肉眼识别来辨别，严重影响着水果的质量。将红外热成像技术引入到水果的早期缺陷检测当中，以苹果、猕猴桃为研究对象,重点从传热分析和图像处理两个方面,展开对苹果表面常见机械损伤的红外热成像无损检测的研究。

我国水果种植业在农业经济中占重要地位，在满足国内水果需求的同时，大量出口水果到国外，抢占国际水果市场。水果的质量问题了降低我国水果的国际竞争力，造成严重的经济损失。特别是早期机械损伤(如碰伤或压伤),具有轻微凹陷、色稍变暗、无汁液外溢、肉眼难于察觉以及病原微生物容易人侵等特点,是导致水果霉烂的最主要原因。热成像技术对物体温度的变化极为敏感，在不接触物体的同时能够检测到物体内部的极小范围内温度变化。水果内部由于机械损伤等缺陷，在热激励的条件下热扩散率发生明显变化，利用热成像技术可以识别缺陷部位，实现对水果早期机械损伤的无损检测。

2. 国内外研究现状分析

早期研究人员多在常温状态下采集苹果表面图像，苹果缺陷部分与未缺陷部分温差不是很明显，同时忽略了周围环境温度、湿度和气流等不确定因素的影响，实验效果较差。华东交通大学周建民教授和他所带的研究生周其显^[1]针对苹果早期的机械损伤在普通图像中很难检测的特点，选取红富士苹果作为研究对象，通过主动红外热激励以及降温的措施利用红外热成像技术研究苹果表面缺陷机械损失的温度变化。周建民教授的实验装置分为热成像激励单元、驱动单元、图像采集单元、图像处理单元四个部分构成。在采集箱两侧各安装一只500W的红外灯泡用于苹果的加热升温，在采集箱的一侧安装一风扇，用于实验前降低采集箱的环境温度，热激励后增加气流流动速度，便于观察水果降温特性实验采用人工模拟的方法将苹果自由落体获得早期的机械损伤，并放在一定的固定条件下保存24h，使苹果表面温度相等，热量分布均匀。在采集箱中先用风扇对采集箱的环境进行降温，使温度稳定维持在16℃-18℃,再控制红外灯泡对采集箱环境加热1min,在此过程中间隔相同的时间用红外摄像机采集图像,将采集到的不同时期的热图像进行对比,这是对苹果的升温实验。在红外灯泡停止加热3min，打开，采集箱一侧的风扇，对采集箱环境进行降温，并采集目标区域热图像，这是对苹果的降温实验。通过将采集的热图像进行对比，作出并分析目标区域温度变化折线图可以得到实验结论：红外热成像技术可以达到缺陷检测的目的。

南京农业大学的杨万利、沈明霞和严君^[2]对人工模拟早期机械损伤并冰箱冷藏后的苹果分别采用实验A风扇加热和实验B40℃恒温水浴加热用热成像仪采集图像，记录苹果温度的变化。通过对采集的热图像处理分析后发现风扇加热效果更好。此次实验中采用红外图像增强算法对采集的图像进行处理。为理解决红外图像灰度范围很窄，伴有噪声和细节部分难以识别的问题，先用最小平方滤波算法增强图像细节，再用中值滤波算法平滑去噪，消除孤立的噪点，最后用幂次图像算法扩大图像动态范围，提升图像亮度，显现图像细节。经过处理后的图像缺陷部分明显，能够作最后的温度对比。实验结果表明实验A方案优于实验B方案，更能体现温度的差别，此外红外图像处理技术可以高效率的检测苹果早期的机械损伤。

3. 研究的基本内容与计划

1.研究内容

利用热成像技术重点从传热分析和图像处理两个方面分析苹果和猕猴桃表面的腐败和机械损伤^[3]。将采集到的热图像利用红外图像增强算法，解决图像解决红外图像整体灰度较暗、细节不容易辨识、灰度范围窄并伴有较高噪点的问题，使图像充分体现苹果各部分的热量差别，对比分析处理后的图像。

2.研究计划

4. 研究创新点

严格控制环境中不确定因素对实验的影响，保证实验的准确性。