شناسایی و تخمین میزان گرانولاسیون در پرتقال رقم والنسیا با استفاده از طیف‌سنجی مادون‌قرمز نزدیک و ماشین بردار پشتیبان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی بیوسیستم، مهندسی بیوسیستم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

2 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

پدیده فیزیولوژیکی گرانوله شدن مرکبات یکی از مسائل کیفی در بازارهای مصرف است که به‌صورت چشمی قابل تشخیص نیست. یکی از روش‌های کاربردی جهت بررسی غیرمخرب بافت داخلی محصولات کشاورزی، روش طیف‌سنجی مرئی و مادون‌قرمز نزدیک (Vis-NIR) می‌باشد. در این مقاله ابتدا سیگنال‌های مادون‌قرمز نزدیک در طول‌موج 1100-200 نانومتر برای هر نمونه به‌صورت تماسی ثبت شد. میزان بازتاب در حالت برهم‌کنش محاسبه و بعد از نرمال‌سازی سیگنال، از روش میانگین‌گیری متحرک و ساویتسکی-گولای برای هموارسازی سیگنال استفاده شد. نهایتاً از هر طیف، 7 کمیت آماری استخراج و انتخاب شدند. برای نشان دادن شدت و میزان گرانولاسیون در بافت داخلی پرتقالها پنج سطح تعریف شد که شامل سطوح A، B، C،D و E بودند. ابتدا میزان گرانوله شدن بر اساس میزان خشکی و شکل ظاهری ناحیه خشک شده به روش مخرب تعریف شد و سپس از ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای تخمین محتوای رطوبتی و تشخیص سطوح گرانوله شدن پرتقال‌ها استفاده گردید. نتایج نشان داد که با افزایش و توسعه شدت گرانولاسیون، کیسه‌های آب‌میوه سفت‌تر، خشک‌تر و بزرگ‌تر شده و محتوای آبی آن‌ها کاهش یافت که بیشترین محتوای رطوبتی پرتقال 97/90% در حالت بدون ضایعه گرانوله و کمترین آن 36/83% در حالت گرانوله شدن بیش از 75% بافت آن مشاهده شد. بررسی‌‌ها نشان داد که با توسعه گرانولاسیون در پرتقال، میزان جذب در ناحیه 950-400 نانومتر به‌طور محسوسی کاهش و اختلاف شدت جذب در ناحیه 850-570 نانومتر برای کلاس‌های مختلف گرانوله شدن بیشینه بود. نتایج تشخیص سطوح گرانولاسیون نشان داد که دقت کلی ماشین بردار پشتیبان به ازای کرنل‌های خطی، چندجمله‌ای و پایه شعاعی گوسی به ترتیب برابر با 50/92%، 50/96% و 00/95% بود که به ازای SVM با کرنل چندجمله‌ای، حساسیت این طبقه‌بند در تشخیص سطوح مختلف گرانوله شدن برای شدت A، B، C، D و E به ترتیب برابر با 0/98%، 40/91%، 30/97%، 80/96% و 70/95% بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Identification and Estimation of Granulation Level in Valencia Orange Using Spectroscopy and Support Vector Machine

نویسندگان [English]

  • Mohsen Behpour Balesour 1
  • Rahman Farrokhi Teimourlou 2
1 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
2 Department of Mechanical Engineering of Biosystems,, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Physiological disorder of citrus granulation is one of the qualitative issues in consumer markets that is not visually detectable. One of the applicable methods for non-destructive study of internal tissue of agricultural products is visible and near-infrared spectroscopy technique. In this research, the VIS/NIR signals in the wavelength range of 200-1100 nanometers were recorded for each sample. Spectroscopy was performed on the samples With contact Then, the amount of reflectance was calculated in the interaction mode, and absorption spectra were normalized using the Min-Max method. Subsequently, the recorded spectra were smoothed by the moving average (MA) method, and the Stavisky-Golay algorithm was applied to each spectrum, and finally, 7 statistical features were extracted from each spectrum. In order to show the intensity and amount of granulation in the internal tissue of oranges, five levels were defined, which included levels A, B, C, D and E. The degree of granulation of each sample was defined based on the dryness and appearance of the dried area using a destructive method. Support vector regression (SVR) and support vector machine (SVM) were used to estimate the moisture content of oranges and to detect the levels of granulation in oranges, respectively. The results showed that with the increase and development of the intensity of granulation, the juice bags become harder, drier and bigger. And their water content decreased, the highest moisture content of oranges was 90.97% in the state without granulated lesions and the lowest was 83.36% in the state where more than 75% of its tissue was granulated. Also, the examination of ViS-NIR spectra showed that with the development of granulation in oranges, the absorption in the 400-950 nanometer range significantly decreased, and the difference in absorption intensity for different levels of granulation was maximum in the 570-850 nanometer range. Granulation level detection results showed that the overall accuracy of support vector machine for linear, polynomial and Gaussian radial kernels was 92.50%, 96.50% and 95.00%, respectively. The sensitivity of SVM with polynomial kernel in detecting the levels A, B, C, D and E granulation were equal to 98.0%, 91.40%, 97.30%, 96.80% and 95.70%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Orange
  • granulation
  • non-destructive study
  • classification
  • spectroscopy
  • artificial intelligence