全 文 ：科技部 2004年度科研院所社会公益研究专项资金项目（ 2004DIB5J172）资助
章程辉 男，1967年生，副研究员，在读博士。研究方向：热带水果无损检测。电话：0898-66895002
收稿日期：2005-12-16 修回日期：2006-07-10
热 带 作 物 学 报
CHINESEJOURNALOFTROPICAL CROPS
Vol.27No.3
Sep.2006
第 27卷 第 3期
2006年 9月
红毛丹组织X射线衰减系数与其密度的相关性
章程辉 1，2 徐 志 2 韩东海 1
1中国农业大学食品科学与营养工程学院 北京 100083
2中国热带农业科学院分析测试中心 海口 571101
摘 要 通过分别测定红毛丹果实各部分的厚度，并利用 X射线图像测定射线强度，研究其 X射线衰减系
数，同时研究衰减系数与其密度的相关性，建立射线强度和厚度的回归方程以及果实的衰减系数与果实的果
皮、果肉、果仁衰减系数的关系，为外形尺寸大小的分级奠定基础。
关键词 红毛丹 X射线 衰减系数
中图分类号 S667.9
X射线具有穿透能力，而物质的密度大小又影响 X射线的穿透量的多少，通过对穿透量的测定，就
可探明物质的内部情况。同金属等物质相比，动植物材料的密度要小得多，所以所需X射线强度很弱，
通常称其为软X射线。韩东海等人[1]进行了X射线自动检测柑橘皱皮果的研究，并得出 X射线强度高，
传送速度慢，则有利于检测皱皮果的结论。印度学者 P.Thomas等人[2]研究了 X射线胶片成像技术应用
于检测芒果内部的虫害，以分选好芒果和有虫害芒果。日本人根据物质的密度、厚度的大小可以影响 X
射线的穿透量的多少，通过对穿透量的多少就可以探明物质内部的情况。因而，他们应用 X射线检测马
铃薯、西瓜内部的空洞、柑橘的皱皮等内部的缺损现象[3]。在梨子的 X射线图像检测方面，1992年，Han
等人[4]研究了有破裂凹陷和正常凹陷桃的X射线图像检测，他们通过灰度阀值法分割出梨的凹陷区域，
设计了凹陷正常与否的检测算法，检测精度达 98%。2005年，笔者[5]利用X射线图像处理及模式识别方
法检测红毛丹内部品质—可食率、可溶性固形物含量。首先用阈值分割法去除红毛丹背景，然后用模糊
C均值聚类方法来分割果肉区域。红毛丹可食率以分割出的果肉区域像素个数与整个果实区域像素个
数之比来表征，实验结果表明，误判率小于 10%。红毛丹可溶性固形物含量的 X射线图像检测采用纹
理特征描述的方法，利用直方图矩特征和支持向量机回归方法预测红毛丹可溶性固形物含量的相关系
数最高可达 87.2%。对水果X射线衰减系数的研究，尚未见报道。笔者[6]利用X射线CT图像技术方法
检测红毛丹内在品质-可食率、可溶性固形物含量的试验研究。实验结果表明误判率为8.3%。基于X
射线CT值的红毛丹可溶性固形物含量预测模型的相关系数达 92%。笔者利用X射线图像处理及模式
识别方法对红毛丹果皮，果肉，果仁的 X射线衰减系数，并研究衰减系数与其密度的相关性，建立透射
强度与其厚度的关系，为研究果实的厚度奠定基础。
1 材料与方法
1.1 实验样本
红毛丹样本来自海南省保亭县，样本总数为80颗。实验在管电压75kV、管电流0.8mA、积分时间
8ms条件下分别测定红毛丹果实、果皮、果肉、果仁的成像 X射线图像，进而测定果实、果皮、果肉、果仁
的衰减系数，因此可预测其厚度。
1.2 实验装置与设备
针对红毛丹检测实时性和快速性的要求，结合国内外用于水果检测成像硬件系统的设计经验，自
行开发了一套适合于红毛丹的X射线检测装置。该装置由X射线发生装置（ 北京机电院生产）、X射线
3期 章程辉等：红毛丹组织X射线衰减系数与其密度的相关性
探测器（ 芬兰 DT公司生产的 X-Scan-307型）、图像处理单元、图像处理软件、传送机械装置和射线防
护装置等几大主要部分组成，如图 1、2所示。
1.3 衰减系数测定
在实际工业射线检测中，射线检验中获得的是连续谱X射线。多能射线由不同能量的光子组成，当
穿透材料时，由于衰减系数μ随着光子能量的增大而减小，它穿透材料时的衰减变得更加复杂。光子能
量较小的射线衰减更为显著，能量较大的射线衰减相对较小。
对于连续谱或多能谱的 X射线，在穿透材料时不同能量的光子具有不同的衰减系数。为了计算和
处理方便引入了平均衰减系数的概念。对一定能谱的射线和一定厚度范围内的穿透材料，引入常数，则
多能谱 X射线的衰减规律为：I=I0e-μt （ 1）
式中 I为透射射线的强度，I0为单能入射射线的初始强度，μ为相应平均吸收系数，t为穿透方向上
物质的厚度，e为自然对数的底。
本试验在管电压 75V、管电流 0.8mA、积分时间 8ms条件下分别测定红毛丹果实、果皮、果肉、果
仁的成像 X射线图像，并用游标卡尺分别测量果实、果皮、果肉、果仁的厚度，果实、果皮、果肉、果仁的
厚度用游标卡尺测量，其精度为0.1mm。密度采用容重法，单位 g/cm3，保留4位有效数字。
2 结果与分析
2.1 红毛丹果实各部分的衰减系数
根据 X射线与物质作用的衰减原理，在一定的管电压、管电流及积分时间条件下，物质对 X射线
衰减作用系数可以通过成像像素数值计算得到。透射射线的强度的确定有 2种方法：一是采用积分法，
将扫描曲线积分 I=
θ
-θ!Idθ，表示沿积分曲线各点的光子能量；二是采用平均法，即在扫描曲线上选取
若干个点，加起来取平均值，在同样条件下进行空白（ 无样品）扫描，其求法与Z的求法相同。本研究采
用第 2种方法，根据 X射线成像像素数值计算和，可以分别计算出 80个红毛丹果实、果皮、果肉、果仁
的衰减系数，反之可预测其厚度。设果实、果皮、果肉、果仁的衰减系数分别为μ、μ1、μ2、μ3，经试验数据统
计可以得出式(2)：μ=0.143+0.048μ1+0.087μ2+0.014μ3 (2)
从式(2)可以看出，果实的衰减系数与果皮、果
肉、果仁的衰减系数呈线性关系，因此可以通过测定其
中3部分的衰减系数而求出另一部分的衰减系数。
2.2 透射射线的强度与果实厚度的关系
试验结果表明，红毛丹果实、果皮、果肉及果仁
的透射射线的强度的大小与其厚度有关。如表1所
果实 y=8.259-0.017x 1.023 0.017 0.96
果皮 y=8.514-0.021x 1.051 0.021 0.96
果肉 y=8.38-0.016x 1.020 0.016 0.94
果仁 y=8.513-0.023x 1.092 0.023 0.95
名称 回归方程 密度/g·cm-3 μ/mm-1 相关系数
表1 样品不同厚度 x与计数率 y的关系
图1 X射线扫描无损检测系统 图2 X射线检测示意图
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热 带 作 物 学 报 27卷
示，回归方程中的斜率即为各部分的衰减系数，为透射射线的强度的对数。试验结果表明，样品厚度与
透射射线的强度的对数呈高度线性负相关。样品厚度愈厚，被吸收的X射线愈多，透过愈少，透射射线
的强度的对数愈小；相反，样品厚度越薄，被吸收的 X射线愈少，透过愈多，透射射线的强度的对数愈
大，厚度与透射射线的强度的对数为线性关系。
2.3 衰减系数与果实密度的关系
试验结果表明，红毛丹果实、果皮、果肉及果仁的衰减系数的大小与其密度相关。如表 1所示，回归
方程中的斜率即为各部分的衰减系数，从衰减系数的数值可以看出，衰减系数与各部分的密度相关，随
着密度的增加，其衰减系数越高。因此，其衰减系数从小到大依次为果肉、果实、果皮、果仁。
3 结 论
本研究分别测量果实、果皮、果肉、果仁的厚度，并分别测定红毛丹果实、果皮、果肉、果仁的成像X
射线图像，分别研究其衰减系数，试验证明其衰减系数的大小不仅与厚度有关，同时也与密度有关；样
品厚度与射线强度的对数呈高度线性负相关，通过对强度的测定，能求出红毛丹果实及各部分的厚度。
在实际检测应用中，可根据对强度的测定，预测出其果实的厚度，为外形尺寸的分级奠定基础。
参 考 文 献
1韩东海.用 X射线自动检测柑橘皱皮的研究[J].农业机械学报，1998，29(4)：97～101
2P.Thomas，A.Kannan.Non-destructiveofWeevil-infestedMangoFruitsbyX-rayimaging[J].PostharvestBiologyandTechnology，1995，5
(1-2)：161～165
3韩东海，周志恩.日本水国分级检测高新技术[J].世界农业，2002（ 12）：27～29
4HanYJ，BowersSV，DoddRB.Nondestructivedetectionofsplit-pitpeaches[J]，TransactionsoftheAmericanSocietyofAgriculturalEngi-
neers，1992，35(6)：2063～2067
5章程辉，王 群.X射线图像处理技术对红毛丹内部品质的检测[J].热带作物学报，2005，26（ 1）：103～108
6章程辉，刘纯青，刘木华，等应用 X射线 CT图像技术检测红毛丹内部品质的试验研究[J].江西农业大学学报，2005，26（ 6）：939~942
ApplicationofX-rayImaginginAnalysisofAtenuation
CoeficientforRambutanTissues
ZhangChenghui1,2 XuZhi2 HanDonghai1
1ColegeofFoodScience&NutritionalEngineeringChinaAgriculturalUniversity Beijing 100083 China
2AnalyticalandTestCenter,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences
Haikou Hainan 571101 China
Abstract Thethicknessoftheskin,fleshandkerneloframbutanfruitwasmeasuredbyX-ray,andthebeam
intensitywasdeterminedbyX-rayimagingtostudyitscoeficientofatenuationandestablishrelationshipbetween
theatenuationcoeficientanditsdensity.AregressionequationforX-rayintensityandthicknessofvariousparts
ofthefruitwasestablishedaswelastheatenuationcoeficientrelationshipofthefruitwiththeskin,flesh,and
kernel,whichisprovidedforclassificationoffruitsizes.
Keywords rambutan X-ray atenuationcoeficient
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