庫爾勒香梨果形的定量描述及分類

李凡，吳杰，胡蓉，馬本學(xué)

庫爾勒香梨果形的定量描述及分類

李凡，吳杰，胡蓉，馬本學(xué)

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，石河子832003）

庫爾勒香梨的果形是評定其品質(zhì)等級的重要指標(biāo)之一，也是提高其商品價值和優(yōu)化包裝設(shè)計的重要因素。為了克服香梨果形傳統(tǒng)人工分類所存在的主觀性強(qiáng)、偏差大和效率低的問題，采用縱橫比（Ar）和圓度比（Rr）分別對香梨縱截面和橫截面的不同形狀進(jìn)行定量描述。結(jié)果表明：縱橫比為1∶1.12和1∶1.29可實(shí)現(xiàn)香梨縱截面3種形狀的精確分類，圓度比為1∶1.10可實(shí)現(xiàn)香梨梨橫截面2種形狀精確分類；由縱橫比1∶1.29和圓度比1∶1.10劃分區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)香梨標(biāo)準(zhǔn)果形和非標(biāo)準(zhǔn)果形的精細(xì)分類。

庫爾勒香梨；果形；分類

庫爾勒香梨是新疆特色水果，維吾爾語名“乃西米提”，被譽(yù)為“梨中珍品”，在國際梨果市場具有較強(qiáng)的競爭力，是新疆出口創(chuàng)匯主要果品。大小均勻且形狀一致的香梨，不僅可減少包裝和運(yùn)輸成本，而且商品價值更高。與其它梨果相比，香梨果形較為復(fù)雜多變，張大海等（1999）［1］對香梨果形變化規(guī)律的觀察研究表明，香梨果形在近圓形、廣卵形、橢圓形和紡錘形范圍內(nèi)變化。

國外針對蘋果、獼猴桃、棗、西瓜、櫻桃等不同果品的幾何特性和外觀特征分類已有許多研究［2－6］，這些研究對特色果品的地理標(biāo)志產(chǎn)品申報、注冊和產(chǎn)權(quán)保護(hù)起到重要作用，并為果品等級評定和包裝設(shè)計提供了必要的依據(jù)，其中美國農(nóng)業(yè)部根據(jù)西瓜的兩種形狀建立了三個外觀等級分類標(biāo)準(zhǔn)［7］：U.S.Fancy，U.S.No.1，U.S.No.2。在梨果類，美國行業(yè)協(xié)會對加洲鱷梨建立了標(biāo)準(zhǔn)果形的詳細(xì)描述和外觀等級分類方法［8］。

目前，庫爾勒香梨品質(zhì)分級研究主要針對果梗和顏色識別［9－10］，有關(guān)庫爾勒香梨果形特征分級及分析研究尚未見報道，在已有的庫爾勒香梨農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn) NY／T585-2002［11］中也缺少香梨外觀等級劃分的細(xì)則，這直接影響了香梨外觀品質(zhì)等級的精確分類，制約了高檔香梨單果包裝技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致其商品價值不高而在國際梨果高端市場上的競爭力不強(qiáng)［12］。

傳統(tǒng)果形的評定方法為標(biāo)準(zhǔn)果形參照法［13］。該法通過果實(shí)縱剖面和橫剖面的形狀與標(biāo)準(zhǔn)果形參照形狀進(jìn)行目測比較，以劃分果品外觀等級，這種簡易方法由于評定的主觀性強(qiáng)而造成分級偏差大和商品化程度低，而且實(shí)際操作效率也很低。因此，本文將以標(biāo)準(zhǔn)果形參照法為基礎(chǔ)，采用統(tǒng)計分析的方法，研究如何定量描述香梨果形特征，為香梨果形精確分類、外觀品質(zhì)自動化分級和包裝設(shè)計優(yōu)化提供必要的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 香梨取樣

從庫爾勒市大墩子鄉(xiāng)果園采摘隨機(jī)采摘香梨，然后通過當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)豐富的果農(nóng)，將香梨根據(jù)果形縱截面和橫截面的不同形狀分為5類，如圖1所示，即縱截面形狀分為：（1）近圓形；（2）卵圓形；（3）長橢圓形；橫截面形狀分為：（1）圓狀；（2）橢圓狀。按照這5類果形將香梨果樣分組各取40個，確保無瘀傷和病害，然后在設(shè)定溫度－1℃～0℃和濕度85%～90%的儲藏條件保存果樣，以準(zhǔn)備進(jìn)行香梨果形的測量分析。

圖1 香梨橫截面和縱截面的形狀Fig.1 Five shapes based on longitudinal and lateral cross sections of Korla pear：（a）Subround；（b）Ovate；（c）Oblong；（d）Round；（e）Elliptical

1.2 香梨果形參數(shù)的測量

如圖2所示，假設(shè)香梨的形狀為三維橢球［11］，則香梨的三軸直徑為：長軸徑a（外接球直徑）、中軸徑b（與a垂直）、短軸徑c（與a、b垂直）。

圖2 香梨的三軸直徑Fig.2 The dimensions of a Kolar pear

為了實(shí)現(xiàn)香梨5類果形的數(shù)學(xué)描述，香梨縱截面的3種形狀可用縱橫比Ar（aspect ratio）來評定：Ar＝a／b；香梨橫截面的2種形狀可用圓度比Rr（roundness ratio）來評定：Rr＝b／c。用數(shù)字游標(biāo)卡尺（精度0.1 mm）測量三軸徑，根據(jù)測量值計算縱橫比Ar和圓度比Rr這兩個無量綱指標(biāo)，然后進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，結(jié)果見表1。

表1 香梨的基本幾何特性參數(shù)Tab.1 The geometric parameters of Kolar pears

2 結(jié)果與分析

2.1 香梨的縱截面形狀分析

香梨縱截面的縱橫比統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2顯示：卵圓形香梨縱橫比平均值為1.20，近圓形和長橢圓形香梨的縱橫比平均值分別為1.06和1.35。由于卵圓形香梨的縱橫比范圍為1.12～1.29，而近圓形和長橢圓形香梨的縱橫比范圍分別為0.96～1.12和1.29～1.47，所以如圖3所示，可以用縱橫比的比值1∶1.12和1∶1.29作為分類線來劃分香梨縱截面的近圓形、卵圓形和長橢圓形3種形狀，即：Ar＜1.12的香梨為近圓形，Ar＞1.29的香梨為長橢圓形，1.12≤Ar≤1.29的香梨為卵圓形。

表2 香梨縱截面和橫截面不同形狀的縱橫比和圓度比的比值Tab.2 Values of aspect ratio and roundness ratio of shapes based on longitudinal and lateral cross section of Kolar pears

圖3 香梨縱截面形狀的縱橫比Fig.3 Aspect ratio of three shapes based on longitudinal cross section of Kolar pears

2.2 香梨的橫截面形狀分析

由表2所示，橫截面為圓狀的香梨圓度比平均值為1.04，變化范圍為1.00～1.10；橫截面為橢圓狀的圓度比平均值為1.11，變化范圍為1.10～1.15，因此如圖4所示，可用圓度比比值1∶1.10作為香梨橫截面的圓狀和橢圓狀分類線，即Rr≤1.10的香梨為圓狀，Rr＞1.10的香梨為橢圓狀。

圖4 香梨橫截面形狀的圓度比Fig.4 Roundness ratio of t wo shapes based on lateral cross section of Kolar pears

2.3 香梨標(biāo)準(zhǔn)果形的劃分

在人工外觀等級評定時，當(dāng)香梨縱截面果形為長橢圓形或橫截面果形為橢圓狀的均被定為非標(biāo)準(zhǔn)果形，因此由圖5所示，圓度比的比值1∶1.10和縱橫比的比值1∶1.29就可以作為香梨劃分標(biāo)準(zhǔn)果形和非標(biāo)準(zhǔn)果形的分類線。當(dāng)香梨橫截面的圓度比Rr＜1.10且縱截面的縱橫比Ar＜1.29時，香梨果形為標(biāo)準(zhǔn)果形，而此區(qū)域之外被認(rèn)為非標(biāo)準(zhǔn)果形。

圖5 基于縱橫比和圓度比香梨標(biāo)準(zhǔn)果形的劃分Fig.5 Aspect ratio versus roundness ratio for classification of standard shape of Kolar pears

3 結(jié)論

1）香梨果形根據(jù)其縱截面可以分為近圓形、卵圓形、長橢圓形3類，根據(jù)香梨縱截面的縱橫比Ar比值1∶1.12和1∶1.29作為分類線來劃分香梨的這3種形狀。

2）香梨果形根據(jù)其橫截面可以分為圓狀、橢圓狀兩類，根據(jù)香梨橫截面的圓度比Rr1∶1.10劃分香梨的這2種形狀。

3）可以采用縱橫比的比值1∶1.29和圓度比的比值1∶1.10相結(jié)合形成的區(qū)域，進(jìn)行香梨標(biāo)準(zhǔn)果形和非標(biāo)準(zhǔn)果形的精細(xì)分類。

［1］張大海，徐慶岫，李利民，等.庫爾勒香梨果形變化規(guī)律研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，1999，36（6）：261-263.

［2］Currie A J，Ganeshanandam S，Noiton D A，et al.Quantitative evaluation of apple（Mal us×domestica Borkh.）fr uit shape by principal co mponent analysis of Fourier descriptors［J］.Euphytica，2000，111：219-227.

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［4］ Keramat Jahr omi M，Jafari A，Rafiee S，et al.So me physical properties of date fruit（cv.Lasht）［J］.Agricultural Engineering Inter national，2007（4）：1-7.

［5］Sadrnia H，Rajabipour A，Jafary A，et al.Classification and analysis of fr uit shapes in long type water melon using i mage processing［J］.Inter national Jour nal of Agriculture ＆ Biology，2007，9（1）：68-70.

［6］Beyer M，Hahn R，Peschel S，et al.Analysing fruit shape in sweet cherry［J］.Sceintia Horticulturae，2002，96：139-150.

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［8］Platt R G.Avocado varieties recently registered wit h the Calif or nia avocado society［J］.Calif or nia Avocado Society Year book，1975-76，59：41-51.

［9］馬本學(xué).基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的香梨果梗提取方法［J］.石河子大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，26（5）：636-638.

［10］屈年巍，馬本學(xué)，王維新，等.基于機(jī)器視覺和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的庫爾勒香梨顏色分級［J］.石河子大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，28（4）：514-518.

［11］中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).NY／T585-2002庫爾勒香梨［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002：1-3.

［12］張強(qiáng)，祁春節(jié)，彭抒昂.中國梨果國際競爭力的研究［J］.世界農(nóng)業(yè)，2006（8）：34-37.

［13］周祖鍔.農(nóng)業(yè)物料學(xué)［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1994：55-62.

Quantitative Analysis and Classification of Fruit shape in Korla Pear

LI Fan，WU Jie，HU Rong，MA Benxue
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

Fruit shape is one of the most i mportant quality parameters for grading of Kolar pears.It also is the key factor to increase mar ket value of Kolar pears and opti mize package str uct ure.Traditional method for rating fr uit shape depends on person，so the rating process runs very slowly and rating scores may be biased.Therefore aspect ratio（Ar）and roundeness ration（Rr）were used as non－di mensional parameters to analyze geo metrical attributes of longit udinal and lateral cross sections of Kolar pears，respectively.Statistical results showed that aspect ratio lines 1∶1.12 and 1∶1.29 could be used as separating indicators to detect three shapes of longitudinal cross section of Kolar pears，and roundness ratio line 1∶1.10 could classif y t wo shapes of lateral cross section.Additionally，t he roundness ratio lines in conjunction with aspect ratio line could for m regions to separate standard shapes from non-standard shapes.

Korla pear；fr uit shape；classification

TP391.412

A

1007-7383（2011）04-0514-04

2011-04-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（60665002），石河子大學(xué)自然科學(xué)一般項(xiàng)目（ZRKX2009 YB04）

李凡（1986-），男，碩士研究生，專業(yè)研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測；e-mail：shzlifan＠qq.com。通訊作者：吳杰（1972-），男，副教授，從事農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全與檢測研究；e-mail：wjie_mac＠shzu.edu.cn。