—— 行业背景 ——

蓝莓作为一种高营养价值和高经济价值的水果，在种植、运输、储存和销售的各个环节，新鲜度始终是衡量其品质和价格的重要因素。如何无损、精准、快速地检测蓝莓新鲜度，已成为提升产业竞争力的关键。通过实时掌握蓝莓的品质变化，企业可以优化采摘、仓储和运输等环节，可以实现经济效益最大化。

不同品质的蓝莓（图片来源于网络）

传统的蓝莓新鲜度检测方法主要依赖于感官判断，例如观察色泽、果霜、果蒂形态，甚至通过气味和软硬程度来评估，这些方法主观性强、不准确。伴随着科技发展，智能化果蔬分选技术已经逐渐进入产业应用阶段。目前，蓝莓分选中一般通过可见光图像或单波段近红外图像进行视觉检测。基于可见光相机的机器视觉方案能够进行外观检测，但无法准确判断内部品质；近红外成像可以提供水分、糖分、酸度等信息，但是单一波段的近红外检测容易受到环境光、表面状态等因素的干扰，从而影响检测精度。因此，提升蓝莓新鲜度检测能力，仍是行业发展亟待解决的问题。

蓝莓多波段成像分选（图片来源于网络）

—— 光谱视觉应用于蓝莓分选 ——

工作于可见近红外波段的多光谱相机，能够同时捕获从蓝光波段到近红外波段的多个谱段信息，通过深度挖掘丰富的图谱特征，进行精确的光谱视觉定量分析，可以实现更加精准的蓝莓新鲜度检测。据公开资料显示，蓝莓随着存储时间的推移，光谱反射率曲线会发生变化，其中400-1000nm的可见光-近红外范围内波谱差异明显，该波段具备蓝莓新鲜度检测的潜力。

不同新鲜度蓝莓的光谱差异（图片来源于网络，其中0d表示新鲜，9d表示存储9天）

—— 蓝莓光谱特性分析 ——

1. 连续观测实验

为充分掌握不同新鲜度蓝莓的光谱特性，并论证光谱视觉技术在检测蓝莓新鲜度轻微变化上的潜力，开展了一项实验，依据果实硬度和果粉密度等标准，选取一批新鲜蓝莓作为实验样本，并将样本分为两组：
一组在室温（约20℃）条件下保存，作为对照组1；
另一组在冷藏（0-4℃）条件下保存，作为对照组2；
采用可见近红外光谱分析仪对实验样本连续获取10天多光谱图像数据。

蓝莓多光谱图像获取

2. 光谱差异性分析

在对照组1 的实验中，样本在10天内发生了显著变化，从饱满逐渐变得干瘪，尤其在第5天后，对比更为明显。通过对比第1-3天的光谱曲线可知：“1-7可见光波段”特征值近似重合，直观表现为样本外观与色泽几乎无变化；“8-12近红外波段”特征值却明显下降。此外，光谱数据表明蓝莓在前3天新鲜度变化较剧烈，之后趋于平缓。

对照组1

在对照组2 的实验中，光谱曲线显示“1-7可见光波段”特征值几乎重合，表现在图像上则是蓝莓形态与颜色在10天内没有明显变化。而“8-12近红外波段”特征值则呈现缓慢下降的趋势，特别是从第1天到第2天变化较为剧烈，之后趋于平缓。

对照组2

上述结果表明：

【1】尽管两组蓝莓在短期内外观无明显变化，光谱曲线却已揭示了内部成分的变化。与传统的人工感官或可见光成像等外观检测方法相比，多光谱视觉技术在蓝莓新鲜度检测中更具优势。

【2】蓝莓光谱的变化主要受花青素降解及总水分和结合水含量变化的影响。长期来看，这种变化呈现非线性特征，某些时段后变化会减缓，直到趋于停止。

【3】即使通过冷藏延缓蓝莓的品质变化，光谱技术仍能准确检测到其新鲜度的微小波动，精准反映品质变化。

—— 蓝莓新鲜度检测建模与验证 ——

1. 特征波段选取与算法构建

根据实验结论，近红外波段能够有效反映蓝莓新鲜度变化。然而，由于蓝莓表面不平整、产线检测时局部打光不均匀及蓝莓处于快速运动状态等因素影响，单波段反射信息存在偏差，边缘区域易被判定为不新鲜（如下图），进而导致误判。

为解决这一问题，运用可见光-近红外范围内多个波段构建归一化比值型指数，用相对变化趋势代替绝对变化值，能有效解决三维形态引起的阴影问题、运动引起的信号偏差问题，避免了边缘误判，显著提升了检测精度。结合视觉算法，可以精准定位并检测每颗蓝莓的新鲜度。

近红外单波段图像与多光谱指数图像对比

2. 模拟产线动态验证为验证产线动态检测下的实际效果，搭建实验装置，通过传动带模拟分选产线的运动状态，选用与特征波段匹配的多光谱工业相机获取数据，并将算法封装成动态库。按照产线检测速率要求，实时获取并处理多光谱视频，实现蓝莓新鲜度的快速无损检测。

蓝莓新鲜度检测动态验证装置

在动态验证中，通过多光谱工业相机获取的数据，可以准确、快速识别出外观几乎无变化蓝莓的新鲜度差异，这表明光谱视觉技术可以进行更精准的蓝莓新鲜度检测，且检测效率可以满足产线分选要求。

多光谱相机蓝莓新鲜度检测结果渲染图

此外，多光谱相机通过合成的真彩色图像，能够进行蓝莓外观缺陷检测，完全替代传统可见光相机，实现内外同步检测，全面掌握蓝莓的整体品质，提升蓝莓分选过程的检测效率与准确性。

蓝莓破损检测

—— 结 论 ——

光谱视觉技术能够快速、无损识别蓝莓新鲜度的细微变化，提供更精准的检测结果，确保蓝莓品质的准确评估；且可以实现内、外品质同步检测，为蓝莓分选提供更高效的视觉检测方案。

设备推荐

以上实验中所用可见近红外光谱分析仪和多光谱面阵相机为长光驰宇自研的LabS VNIR可见近红外光谱分析仪和4波段多光谱面阵工业相机。

LabS VNIR可见近红外光谱分析仪是一款高精度、高空间分辨率的光谱分析系统，波段可以覆盖可见光至近红外范围、具有微米级空间分辨率、图像经过严格光谱辐射校正，利用该设备强大的光谱视觉特征在线分析能力，可以快速完成待测物体的光谱建库和特征波段筛选。

LabS VNIR可见近红外光谱分析仪（多光谱版）

4波段多光谱面阵工业相机采用特有的窄带光谱调制成像技术，可以通过更换光学调制模块，以很低的成本进行波段个性化定制，同时，更“纯”的光谱信息获取能力、无缝兼容传统工业视觉标准化体系等相机特性，也可以提升目标检测精度和方案部署便捷性。

4波段多光谱面阵工业相机