SUPERVISOR
رضا ریاحی (استاد مشاور) مرتضی صادقی (استاد مشاور) سیداحمد میره ای (استاد راهنما)
STUDENT
Hossein Mohammad Hashemy
حسین محمدهاشمی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Non-destructive Quality Determination of Tomato by Using Laser Light Backscattering Imaging
Fruits and vegetables are essential sources of vitamins that are very important for health. Tomato is one of the vegetables that has achieved great popularity over the last century. This important economic and nutritional crop belongs to the solanaceae family. In recent years, considerable progress has been carried out in developing non-destructive methods for estimation of internal qualitative parameters of agricultural products. Laser technology is one of the methods that have been used in this field. Lasers are employed over a wide range of applications in scientific researches including biomedicine, agricultural sciences, industrial materials processing, microelectronics, and avionics. Laser light backscattering imaging (LLBI) is an advanced technology applicable as a non-invasive technique for determining quality of fruits, vegetables, and processed foodstuffs. This technique is an inexpensive method for rapidly receiving relevant information for site-specific measures. The present study investigates the possibility of this method for predicting firmness, soluble solids content, titratable acidity and moisture content during tomato ripening. Fruit SSC and titratable acidity determines the taste of tomato and the ratio of them is defined as the taste index. Firmness is an important parameter for determining fruit maturity, quality grade as well as harvest time. Images of crops were obtained using a backscattering imaging set-up with lasers emitting at different wavelength bands including visible lasers of 532 and 632 nm and near infrared (NIR) lasers of 808, 980 and 1064 nm. The lasers 532, 808, 980 and 1064 nm were applied at two output power levels. Immediately after image acquisition of tomato samples, firmness, SSC, titratable acidity and moisture content were measured by standard destructive methods. Different image processing algorithms were adopted to enhance the quality of the acquired images and extract the desired parameters. Iterative Arithmetic (IA) and OTSU threshold algorithms were used in order to adjust global threshold. After background segmentation, all nonzero gray values obtained from the images were higher than or equal to threshold. The dissimilar shape of samples were then improved using lambert's cosine law and the stochastic noise were removed by medium filtering algorithms. Numerical histogram (gray scale intensities) and statistical variables of images were used separately for developing artial least squares regression (PLSR) models. The statistical variables were included total number of pixels, average, average deviation, variance, skewness and kurtosis of the back scattered images. The results showed that the total number of pixels of backscattered region were negatively correlated with firmness and positively correlated with SSC during fruit ripening. The results also indicated highest performance of firmness predictive models based on the gray scale intensities and IA threshold algorithm with correlation coefficient of R = 0.84 and root mean square error of cross validation RMSECV = 2.40 N. For estimating soluble solid content, gray scale intensities and OTSU threshold algorithm resulted to the highest performance with R=0.80, and RMSECV = 0.4°Brix. Predictions obtained for SSC were slightly lower than firmness. Finally, the models based on backscattering images did not resulted to the promising accuracies for moisture content and titratable acidity of tomatoes. Keywrods Pixel, Laser, Near infrared, Backscattering imaging, Quality, Non-destructive, Prtial least squares, Threshold
میوه ها و سبزیجات از منابع اصلی ویتامین ها به شمار می روند و نقش مهمی را در سلامتی افراد ایفا می کنند.گوجه فرنگی یکی از سبزیجاتی میباشد که محبوبیت زیادی در قرن گذشته در بین مصرف کنندگان بدست آورده است. این محصول مهم غذایی و اقتصادی مربوط به خانواده solanaceae می باشد. گوجه فرنگی به دو دسته گوجه فرنگی تازه و گوجه فرنگی مخصوص فرآوری تقسیم بندی می شود. در سال های اخیر پیشرفت های زیادی در توسعه روش های غیرمخرب برای تخمین خواص کیفی محصولات کشاورزی حاصل شده است. فناوری لیزر یکی از روش هایی است که در این زمینه از آن استفاده می شود. لیزرها کاربردهای فراوانی در زمینه های تحقیقات علمی، پزشکی زیستی و علوم کشاورزی تا پردازش مواد صنعتی، میکروالکترونیک و ارتباطات هوایی را دارا می باشند. تصویربرداری از نور پراکنش یافته لیزر یک تکنولوژی پیشرفته می باشد که به عنوان یک تکنیک غیرمخرب برای تعیین کیفیت میوه ها، سبزیجات و مواد غذایی فرآوری شده مورد استفاده قرار می گیرد. این تکنیک یک روش کم هزینه برای دریافت اطلاعات به صورت سریع به منظور اندازه گیری در محل می باشد. تحقیق حاضر امکان سنجی این روش را به منظور پیش بینی سفتی، مواد جامد محلول، اسیدیته قابل تیتر و محتوای رطوبتی در طول رسیدگی محصول گوجه فرنگی مورد مطالعه و بررسی قرار می دهد. مواد جامد محلول و اسیدیته قابل تیتر طعم گوجه فرنگی را مشخص می کند به نحوی که نسبت این دو در منابع به عنوان شاخص طعم معرفی شده است. سفتی نیز یک پارامتر مهم برای تعیین رسیدگی میوه، درجه کیفیت و زمان برداشت می باشد. تصاویر مربوط به محصولات با استفاده از یک سامانه تصویربرداری از نور پراکنش یافته لیزر به وسیله لیزرهایی با طول موج های مختلف شامل لیزرهای مرئی 532 و 632 نانومتر و لیزرهای فروسرخ نزدیک 808، 980 و 1064 نانومتر تهیه شدند. در مورد لیزرهای 532، 808، 980 و 1064 نانومتر از دو سطح مختلف توان در تصویربرداری استفاده شد. پس از تصویربرداری از نمونه های گوجهفرنگی، سفتی، مواد جامد محلول، اسیدیته قابل تیتر و محتوای رطوبتی به وسیله روش های استاندارد مرجع اندازهگیری شدند. در پردازش تصاویر بدست آمده به منظور حذف پسزمینه از دو الگوریتم اعمال آستانه اتسو و Iterative Arithmetic (IA) استفاده شد. پس از آن، الگوریتم های پردازش تصویر به منظور تصحیح شکل غیریکنواخت نمونه ها و حذف نویز اعمال شد. برای تصحیح غیریکنواختی نمونهها از قانون کسینوس لامبرت و برای حذف نویز از روش فیلتر میانگین استفاده شد. نتایج تحلیل تصاویر پردازش شده نشان داد که تعداد کل پیکسلهای پراکنش یافته با افزایش درجه رسیدگی محصول، افزایش مییابند. به نحوی که تعداد پیکسل ها دارای یک همبستگی منفی با سفتی و یک همبستگی مثبت با مواد جامد محلول بودند. برای مدل سازی پارامترهای مورد نظر، از هیستوگرام عددی و متغیرهای آماری تصاویر به صورت جداگانه به عنوان متغیرهای مستقل در رگرسیون حداقل مربعات نسبی استفاده شد. متغیرهای آماری تصاویر شامل تعداد کل، میانگین، انحراف میانگین، واریانس، چولگی و کشیدگی پیکسلهای پراکنش یافته تصویر بودند. نتایج مدل سازی بالاترین عملکرد را برای پیشبینی سفتی بر پایه هیستوگرام عددی تصویر و الگوریتم انتخاب آستانه IA با ضرایب 84/0=R c و N40/2=RMSECV نشان داد. برای تخمین مواد جامد محلول، هیستوگرام عددی تصویر و الگوریتم انتخاب آستانه اتسو بهترین نتیجه را با ضرایب 80/0=R c و °Brix4/0=RMSECV در برداشت. کلمات کلیدی: پیکسل، لیزر، فروسرخ نزدیک، تصویر پراکنش یافته، کیفیت، غیرمخرب، حداقل مربعات نسبی، آستانه