全 文 ：第 27卷第 6期 江 西 农 业 大 学 学 报 Vo.l 27, No. 6
2005年 12月 Acta Ag ricu lturae Unive rsitatis Jiangx iensis Dec. , 2005
文章编号:1000 - 2286(2005)06 - 0939 -04
应用 X射线 CT图像技术检测红毛丹
内部品质的试验研究
章程辉 1, 2 ,刘纯青 3 ,刘木华4 ,王 群2
　　(1.中国热带农业科学院 分析测试中心 , 海南 海口 571101;2. 中国农业大学 食品科学与营养工程学院 , 北京
100083;3. 江西农业大学 园林与艺术学院 , 江西 南昌 330045;4. 江西农业大学 工学院 , 江西 南昌 330045)
摘要:水果内部品质检测是当前农产品品质检测的技术难点。进行了利用 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。首先用阈值法去除 X射线 CT图像背景 , 然后用面积阈
值法来提取果肉区域。红毛丹可食率以分割果肉区域像素值与整个果实区域像素值之比来表示 , 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%。
关键词:红毛丹;内在品质;X射线 CT图像;图像处理
中图分类号:TS251. 7;S124. 2　　文献标识码:A
A Study on Inspecting InternalQuality of Rambuta
Using X - ray CT Imaging
ZHANG Cheng - hui
1, 2 , LIU Chun - qing3 , LIU Mu - hua4 ,WANG Qun2
　　(1. Analy sis and Testing Center , Chinese A cademy of TropicalA gricultural Science, H aikou 571101,
China;2. C ollege o f Food Science＆Nu tritiona lEng inee ring, ChinaA griculturalUniversity, Beijing 100083,
China;3. Co llege of Eng inee ring, JAU , Nangchang 330045, China)
　　Abstract:The prediction of edible ra tio and sugar conten t in rambuta w as studied based on X - ray CT
image. The she ll, flesh, kerne lo fRambutan could be seen clearly in X - CT image. The area of flesh w as ex-
tracted using area thresho ld a fte r background removed. The erro r rate o f ed ib le ratio predicted by CT image
w as less 8. 3%, the re lation coefficient of the mode l tha t predicted sugar conten t based on linear regression
w as 92%.
Key words:Rambutan in te rnal qua lity;X - ray CT im age proce ssing;thresho ld segmen tation
目前对农畜产品外部品质的检测已经有多种较成熟的技术 ,如可见光图像检测 、红外图像检测等。
但是 ,农畜产品内部品质(如果蔬的水分 、糖酸度 、机械损伤 、碰伤 、内部腐败 、变质 、虫害 、肉类等畜产品
的外物污染 、残留骨头等)的检测仍然是很困难的。由于常用的可见光图像检测技术不能检测内部品
质 ,所以 , X射线图像技术在农畜产品内部品质无损检测中的研究得到越来越多的重视 。比较而言 , X
射线图像和 X -CT图像技术能更直观地反映农畜产品结构缺陷 、结构变化方面的内部品质 ,而且 X射
线有很强的穿透能力 ,因此在水果的内部空洞 (缝隙 )、虫害 、苹果水芯 、内部水分 、畜产品骨头残留等方
面得到研究 。X射线图像和 X -CT图像相比较而言 ,后者更能清晰地观察到水果的内部结构。
收稿日期:2005 - 08 - 02　　修回日期:2005 - 10 -08
基金项目:科技部 2004年度科研院所社会公益研究专项资金项目(2004D IB5J172)
作者简介:章程辉(1967 -), 男 ,副研究员 , 中国农业大学在读博士 ,从事热带水果无损检测研究。
DOI牶牨牥牣牨牫牳牫牰牤j牣j jau牣牪牥牥牭牪牨牬
　江 西 农 业 大 学 学 报 第 27卷
　　图 1　X - CT图像无损检测系统
　　F ig. 1　Non - destruc tive inspecting system
　　using X -CT im ag ing
图 2　红毛丹 X - CT射线图像
F ig. 2　X -CT im ag ing of e igh t Rambutan
　　图 3　红毛丹 X -CT图像
　　F ig. 3　X -CT im ag ing o f Ram butan
　　1992年 , Han等人[ 1]研究了有破裂凹陷和正常凹陷梨的 X -CT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%。 Barce lon等人[ 2, 3]使用 X射线
CT图像检测了梨成熟过程中内部品质变化 ,研究相应的品质评估方法 ,结果表明 , CT值能预测梨的密
度 、含水量 、可滴定酸 、可溶解酸和 pH值 。而且通过 CT值或吸收系数变换而得的图像灰度与水果内部
的基本结构要素如水 、密度 、可溶性固形物 、pH值和滴定酸之间有很好的相关性。 Lammertyn J等人[ 4]
(2003年)应用 X -CT和 MRI图像研究了梨的内核空洞和果肉褐变检测。
张京平 [ 5] (2003年)等利用 CT图像上各点的 CT值来检测苹果中的对应各点的含水率 ,通过试验
得到苹果内各点的含水率与其在 CT图像上对应的 CT值之间的相互关系。本文通过试验研究得到红
毛丹的 X射线特征值(CT值)与对应的可食率和可溶性固形物之间的对应关系 ,为 X - CT图像有效地
应用于水果的在线检测找到一条新途径。刘木华等 [ 6] (2004年)对 X射线图像在农畜产品内部品质无
损检测中的应用进行了分析并提出了一些新的看法 。
1　材料及方法
1. 1　实验样本
红毛丹鲜果来自海南省保亭县 ,果皮颜色分为红果
类型 ,试验时首先对样本进行 X射线 CT扫描 ,然后按
中华人民共和国农业行业标准 NY /T 485 - 2002[ 3]规定
测定可食率 、可溶性固形物 。
1. 2　实验装置与设备
红毛丹 X - CT射线图像采用图 1所示系统来获
取 。 CT设备主要有 X射线源 、探测器和计算机三部分
组成。系统工作时 , X射线源发出的 X射线与检测对
象运动方向垂
直的角度射向
检测物体 , 穿
透检测对象的
X 射线 被 X
射线探测器及
摄像 系统接
受 ,形成反映
检测对象断面
(与检测对象
运动 方向垂
直 )结构的图
像 。图 2是 8
个红毛丹果实的 X -CT射线图像 。在 X -CT射线图像中可以很清
晰地看出果实中的各个部分。
2　红毛丹内在品质的 X -CT射线图像检测
2. 1　红毛丹 X -CT图像的背景消除和果肉区域的分割
图 3是一颗红毛丹果实的 X -CT图像 ,图中亮的区域表示有高
的 X射线吸收量 ,这部分即为果核。果肉区域的灰度略低于果核 ,
但比果壳的灰度高。
红毛丹 CT图像中背景灰度值为 1。本文中取灰度值 10为阈
值 ,灰度值小于 10以下的置为 255,大于 10以上的保持原值不变。
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第 6期 章程辉等:应用 X射线 CT图像技术检测红毛丹内部品质的试验研究
　　图 4　红毛丹的背景消除和果肉区域分割
　　F ig. 4　The im age afte r remov ing backg round and kerne l
　　图 5　实测与 CT预测红毛丹可食率
　　F ig. 5　Edible flesh ratio o f experim en t and mode l predic tion
图 6　不同可溶性固形物含量的红毛丹 CT图像及其直方图
F ig. 6　The image and its h istogram o f Rambutan
图 3经过背景分割后得到如图 4(a)所示。
去除背景后 ,红毛丹 CT图像分割成了果壳 、
果肉 、果核等几个部分 。对所有红毛丹来说 ,
在这几个区域中 ,果肉的面积是最大的。按
面积阈值分割法 ,取面积最大的区域即为果
肉区域 (图 4b)。
2. 2　红毛丹可食用率的 X -CT图像检测
本次试验中选用 48颗红毛丹样本来测
试可食率。为便于观察清楚 ,图 5选用其中
16个果实的 CT预测可食率和实测可食用率
的对比 。图中纵坐标是通过图像分割后果肉
区域占整个果实区域的百分率即红毛丹 CT
图像可食率预测值 ,横坐标是红毛丹实测可
食率。在 16个果实中 ,有一个预测错误的果
实 (图中用打 “ ×”表示 )。而在总的 48颗果
实中 , 预测错误的为 4个 , 即误判率达到
8. 3%。
2. 3　红毛丹可溶性固形物的 X -CT图像
检测
对红毛丹果肉的 CT图像与可溶性固形
物的测定值进行研究后发现 ,果实可溶性固
形物含量越低 , CT图像的灰度值相应要大 ,
即 CT值相应要大 。所以红毛丹可溶性固形物与 CT图像灰度呈反比关系 。
图 6 a、b、c是本文试验中不同可溶性固形物含量的红毛丹 CT图像及其直方图 。从图中可以看出 ,
它们的直方图随着可溶性固形物含量由低到高表现出这样的特点:可溶性固形物含量越高则直方图逐
步向低灰度方向缓慢移动 。
48个红毛丹的可溶性固形物按 GB /T 12295测定;经图像分割后的果肉区域来计算平均 CT值 。图
7中列举了红毛丹样本的可溶性固形物手工测定值 (纵坐标)与其每个样本果肉区域的平均 CT值(横
坐标)。
对红毛丹样本的可溶性固形物手工测定值与其每个样本果肉区域的平均 CT值进行线性回归可得
预测模型:
SE =- 0. 076 67×M CT +13. 972
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　　图 7　红毛丹样本的 CT值与可溶性固形物含量
　　F ig. 7　CT va lue and sugar content of Rambu tan
　　式中 , SE表示可溶性固形物值 ,M CT
表示每个样本果肉区域的平均 CT值 。该
模型的相关系数 R2 =0. 92 。
3　结　论
应用 X射线 CT图像来研究红毛丹内
在品质时 ,用阈值法能很好地去除图像背
景 ,面积阈值法则能有效地提取出果肉区
域 。红毛丹可食率以分割果肉区域像素值
与整个果实区域像素值之比来表示 ,实验
结果表明误判率为 8. 3%。用红毛丹样本
的可溶性固形物手工测定值与其每个样本
果肉区域的平均 CT值进行线性回归得到了预测模型 ,该模型对红毛丹可溶性固形物含量的 X射线 CT
值预测的相关系数达 92%。
参考文献:
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[ 5] 张京平 , 彭争 ,汪剑. 苹果水分与 CT值相关性的研究 [ J] . 农业工程学报 , 2003(2):180 ～ 182.
[ 6] 刘木华 , 蔡健荣 ,周小梅. X射线图像在农畜产品内部品质无损检测中的应用 [ J] .农机化研究 , 2004(2):128 ～ 130.
《简讯》
我校获得两项科技部 2005年度农业科技转化项目
由我校贺浩华教授主持的《R120系列超级杂交水稻的中试与示范》、黄路生教授主持的《牛胚胎性
别控制技术在优质奶牛产业化中的应用》,获科技部 2005年度农业科技成果转化项目 ,资助经费分别为
100万元和 70万元。这是继 2001年之后我校再次获得国家农业科技成果转化项目。
(科研处)
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