作为四大水果之一的葡萄,由于其色泽艳丽、美味可口,深受广大消费者的喜爱。葡萄的世界种植面积仅次于柑橘,我国是世界鲜食葡萄的第一生产国,却也是重要的进口国,造成这种现象的一个重要原因就是当前我国鲜食葡萄的商品化处理水平低,尤其是缺乏有效的分级,使优质葡萄供应不足、果品参差不齐。本论文以巨峰鲜食葡萄(Vitis vinifera cv.Kyoho)为研究对象,利用多视成像机器视觉、近红外光谱技术,结合图像处理、化学计量学方法,分别对鲜食葡萄的内外品质进行快速无损检测,并实现巨峰葡萄品质的分级。主要研究内容如下:1)多视投影成像平台的搭建以及果穗多视图像的分割。为扩大单目相机的拍摄视野、获取果穗全表面信息,采用两片前表面镀膜平面镜来反射悬挂果穗的侧面信息。优化平面镜、果穗、相机三者之间的摆放位姿,确定成像距离为800 mm,两片平面镜的夹角为104°、其交点与果穗距离为373 mm。采集到的果穗多视彩色图像,经过通道间差值运算预处理增强前景背景之间的对比度,以局部均值-方差阈值方法分割果穗前景区域,再根据悬挂果穗的高度不变特性,将虚像果穗仿射变换至实像尺寸,从而实现一次拍摄得到三个间隔120°视角的果穗区域,包括一个实像、两个虚像区域。2)基于多视成像及多变量分析的鲜食葡萄果穗紧实度定量、定性检测。根据国际葡萄与葡萄酒组织(OIV,2007)的标准,将果穗紧实度以人工评价方式量化。以容积密度法评估果穗紧实度,二者间的相关系数仅为0.667。以多视图像特性法评估果穗紧实度,提取果穗23个特征,进行归一化处理后,比较了多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)、偏最小二乘回归(PLS)等三种多元校正模型,认为PLS建模的预测效果最好,预测相关系数(rp)为0.8481,预测均方根误差(RMSEP)为1.2287。将果穗紧实度指标分为‘紧实‘、‘适中‘、‘疏松‘三个等级,建立了以主成分分析(pca)提取信息的线性判别(lda)、神经网络(bpann),以及以pls提取信息的lda、支持向量机(svm)等四种分类器,对果穗紧实度进行分类检测,认为pls-svm模型的分类能力最好,准确率达到88.33%。3)基于?果穗轮廓-多边形逼近迭代-最小二乘圆拟合‘的堆积葡萄颗粒圆识别及其数量评估。统计巨峰葡萄的果粒属性,每穗果粒重量的频数成对称分布,果粒形状近似于椭圆体,可用其当量球半径表示果粒半径。采用轮廓跟踪法提取二值图像果穗区域的边缘,比较了轮廓旋转局部极值、多边形逼近迭代的轮廓交叉点检测结果,认为基于多边形逼近迭代法能够分割出更多有效的交叉点以及较少的执行时间。将交叉点之间的圆弧段进行最小二乘标准圆拟合(lscf)果粒,筛选符合既定条件的拟合圆,从而得到果粒质量。检测得到果穗的果粒平均重量与实际值的相关系数(rp)为0.9033,rmse为0.7563g/粒,平均偏差为6.98%。假设检出果粒为果穗实际果粒的正态抽样,预测果穗的果粒数量与实际值的rp为0.9276,rmse为5.563粒/穗,平均偏差为-4.15%。4)基于可见/近红外光谱技术的鲜食葡萄内部品质及感官偏好的检测。在自制平台上分别采集了离穗果粒的漫反射、透射光谱进行比较,认为透射光谱更能获取果粒的内部品质信息,最佳的pls模型预测糖度(sc)、酸度(ta)的rp分别为0.885、0.773,rmsep分别为0.598、0.048。通过消费者对鲜食葡萄的内在品质进行感官评分,但得分与其糖酸度的相关性仅为0.528。将感官得分的样本为两类,通过pca将透射光谱降维去噪后,建立神经网络(bpann)、支持向量机(svm)、极限学习机(elm)三种分类模型,得到pca-elm的分类性能最好,准确率为78.7%。设计了一种负压式漫反射在穗果粒的光谱采集方式,通过无信息变量剔除(uve)、自适应重加权采样(cars)、遗传算法(ga)等筛选变量,建立回归模型,得到最佳uve-pls模型检测在穗果粒糖度的rp为0.6862,rmsep为0.9972。预测果穗各果粒的糖度,发现其不成正态、对称分布,穗内糖度差异一般在5%brix以上,并建议采集果穗不同位置的多个果粒光谱来评估果穗的平均糖度。5)基于多视成像及光谱技术的鲜食葡萄内外品质指标的分级。本文主要以穗形、颜色、紧实度、果粒平均重量等果穗外观品质,以及果穗平均糖度等五项指标进行分级。通过果穗区域的长宽比、重量、轮廓曲线等参数筛选合格穗形的果穗。将果穗彩色图像由RGB转到HIS颜色空间,分割色调(Hue)通道的成熟颜色区域,以果穗多视图像的成熟区域面积累加计算着色比例。按逻辑方法将47穗鲜食葡萄分为四个等级,重复测试四次,得到特级果品仅占16.6%,一级果品占24.5%,二级果品占23.9%,统货占39.1%;分类重复率为86.9%。本研究旨在提高鲜食葡萄品质分级的客观性与时效性,为鲜食葡萄品质的自动化快速检测与分级提供新方法、新思路,对科学指导鲜食葡萄的采后处理分级、增加市场竞争力和提高企业经济效益有着极其重要的意义。