论文题目: 番茄果实的基础物理特征及力学性质的研究与应用探讨
论文类型: 硕士论文
论文专业: 农业机械化工程
作者: 李成
导师: 马小愚
关键词: 番茄,机器视觉,傅里叶描述子,成熟度,人工神经网络,力学流变学特性
文献来源: 东北农业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 农产品的许多品质、品种特性可以用它的基础物理特征、力学流变学性质来表示。本文选取八个品种的番茄果实,由机器视觉系统获取番茄果实的图像,研究其基础物理特征;由力学试验机及自行研制的蠕变试验系统获取果实的力学性能数据,研究番茄果实的力学流变学性质。并研究其在品种分类和成熟度分级等方面的应用。 首先研究了番茄果实图像的预处理方法,解决了有效去除了番茄果实镜面反射的影响和支撑物与果实的分离等难点问题。 由图像分析提取果实的宽、高、面积等尺寸,计算了果实的高宽比、球形度、圆形度等形状指数;可用于品种分类;采用傅里叶分析法,对各品种番茄果实的形状作有效、快速、多信息、高精度的描述提取的形状系数,并用图像边缘曲线频谱中前6个分量,与尺寸、形状指数等共10个形状参数作为品种间识别的特征参数,利用人工神经网络进行种间分类,获得了很好的识别效果,正确率达88.3%。 采用HSI颜色模型研究番茄果实的颜色特性,以色度均值作为颜色指标,给出了各品种番茄果实的颜色特性的客观数量描述;研究了不同成熟度果实的色度变化,并由对同一品种不同成熟度果实的色度与果实酸量间的关系得到验证;选择同一品种不同成熟度番茄果实色度直方图的离散均值共8个参数作为输入变量,选择8-13-4结构的BP神经网络为番茄果实成熟度分级的分类器,进行训练及分级,正确率达95%。 研究了番茄的力学流变学特性:研制了蠕变试验装置,配置了蠕变特性测量系统;应用赫兹接触理论导出了番茄挤压方程、接触处上的应力分布及番茄果实的压缩弹性模量;建立了番茄果实的三单元Maxwell应力松弛模型,并用Z变换法识别了松弛特性参数;建立了果实的四元件Burgers蠕变模型,,给出了拟合蠕变特性参数的算法。并通过试验研究了番茄果实的压缩力学特性、应力松弛特性及蠕变特性,获得了弹性模量、压缩破坏能、压缩破坏应力、应力松弛特性指标如:Maxwell单元个数、松弛模量、松弛时间,以及蠕变特性指标如Kelvin单元个数、延迟模量、延迟时间等参数。 研究了对不同成熟度番茄果实的挤压特性、应力松弛与蠕变特性,获得了部分力学指标随成熟度变化的规律。发现,成熟度对各力学——流变学特性指标影响显著,其中弹性模量、破坏力、第一松弛分量、第一延迟模量对成熟度较为敏感,首次研究了由色度角表示的成熟度与果实弹性模量的关系。 番茄果实在收获、运输等过程中多次受到长时间挤压载荷的作用,本论文研究成果可应用于预测和控制番茄果实的机械损伤,为番茄的机械化生产、采摘、运输、加工、储藏、品种培育、质量控制、品质分析等提供物理性质方面基础资料数据,对提高产品的质量与经济价值有重要的意义。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1 引言
1．1 研究的目的和意义
1．2 国内外研究现状
1．2．1 国外研究现状
1．2．2 国内研究现状
1．3 研究的主要内容
2 果实图像的采集及预处理
2．1 试验材料
2．2 果实图像的采集
2．2．1 系统硬件
2．2．2 图像处理软件
2．2．3 CCD比例系数标定
2．3 图像的预处理
2．3．1 图像模型的分析与确定
2．3．2 图象的空域滤波增强
2．3．3 图像的分割
2．3．4 二值形态学运算
2．3．5 果实边界的提取
2．4 小结
3 番茄果实表观特征的提取
3．1 番茄果实尺寸
3．1．1 番茄果实外部尺寸的提取
3．1．2 番茄果实外部尺寸的统计分析
3．1．3 番茄果实形状指数的提取
3．2 番茄果实形状特性指标的提取
3．2．1 果实图像区域的矩特征和形心的计算
3．2．2 基于傅里叶变换的果实形状特征的描述
3．3 番茄果实颜色特征
3．3．1 颜色指标的选取
3．3．2 番茄果实色度的分析
3．4 小结
4 基于BP神经网络的品种及成熟度分类
4．1 BP神经网络模型与结构
4．2 BP学习规则
4．3 BP网络训练过程
4．4 网络设计及试验结果分析
4．4．1 品种间分类分析
4．4．2 种内成熟度分析
4．5 小结
5 番茄果实力学—流变学性质及应用探讨
5．1 理论分析
5．1．1 挤压弹性模量及应力分析
5．1．2 流变学模型
5．2 试验材料、设备与试验步骤
5．2．1 试验材料
5．2．2 试验设备
5．2．3 小型蠕变试验装置的设计
5．3 番茄果实压缩特性的试验结果与分析
5．3．1 番茄果实压缩特性的力学指标
5．3．2 番茄果实松弛特性的力学指标
5．3．3 番茄果实蠕变特性的研究
5．4 番茄果实力学流变学应用探讨
5．4．1 减少机械损伤上的应用
5．4．2 设计机器及加工工艺上的应用
5．5 小结
6 结论与研究特色及不足之处
6．1 结论
6．2 研究特色
6．3 不足之处
参考文献
附录A 部分力学——流变学试验数据
附录B 本研究中自行编译的部分程序
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-10-31
参考文献
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- [2].SlSWEET12c和SlSWEET14在番茄果实成熟期糖转运与积累中的作用[D]. 程杰.沈阳农业大学2018
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