本發(fā)明涉及計算資源管理領域，尤其涉及一種基于色差分析的火龍果品種與品質(zhì)預測方法。

背景技術：

1、火龍果作為一種廣受歡迎的熱帶水果，其市場需求逐年增長。然而，在火龍果的種植、采摘、運輸和銷售過程中，品質(zhì)管理一直是一個關鍵且復雜的問題。首先，火龍果的品種和成熟度識別缺乏高效、準確的方法。目前，大多數(shù)果農(nóng)和銷售商依賴人工經(jīng)驗來判斷火龍果的品種和成熟度，這種方法不僅效率低下，而且準確性受限于操作人員的經(jīng)驗水平。由于品種和成熟度的準確判斷直接影響火龍果的市場定位和銷售價值，傳統(tǒng)的人工識別方式無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對自動化和精細化管理的需求。此外，火龍果果肉品質(zhì)的評估和預測面臨技術難題。果肉品質(zhì)的核心指標包括色差值和質(zhì)量指標，目前，這些指標的檢測主要依靠實驗室的人工測試，不僅耗時耗力，而且難以實現(xiàn)大批量火龍果的快速篩選。同時，不同批次火龍果的果肉品質(zhì)存在較大差異，傳統(tǒng)的評估方法難以為品質(zhì)分級和銷售提供科學依據(jù)。在火龍果的儲存管理方面，缺乏科學的儲存條件優(yōu)化方法也是一個長期存在的問題?；瘕埞麅Υ嬷芷趦?nèi)的色差值變化直接反映果肉品質(zhì)的劣化過程，但現(xiàn)有的儲存管理通常未能充分考慮品種、成熟度、初始品質(zhì)和儲存溫濕度條件的綜合影響。這種管理方式容易導致儲存條件不當，使火龍果的優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間縮短，增加儲存損耗。此外，缺乏對儲存周期內(nèi)火龍果色差值變化和果肉品質(zhì)狀態(tài)的動態(tài)預測工具，使得儲存期間的品質(zhì)監(jiān)控和管理更加被動。因此，針對火龍果品種識別、品質(zhì)評估和儲存管理中存在的效率低、準確性差和流程分散等問題，亟需一種科學、高效的技術方法來實現(xiàn)火龍果的品種與品質(zhì)預測，為提升火龍果的市場價值和競爭力提供技術支持。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明對上述現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種基于色差分析的火龍果品種與品質(zhì)預測方法，主要包括：

2、獲取不同品種和成熟度的火龍果圖像，構(gòu)建火龍果品種識別模型，識別火龍果的品種和成熟度，并基于火龍果的品種和成熟度的識別結(jié)果對火龍果進行分揀；

3、根據(jù)完成分揀的火龍果圖像，計算火龍果外部邊緣輪廓的形狀因子和面積大小，并采用k-means聚類算法對火龍果進行批次分類；

4、使用色差儀檢測火龍果樣品果肉的色差值，構(gòu)建火龍果果肉質(zhì)量指標預測模型，確定不同批次火龍果的果肉質(zhì)量指標和果肉品質(zhì)；

5、根據(jù)火龍果的品種、成熟度、初始色差值、儲存溫度和濕度，構(gòu)建火龍果色差值預測模型，預測儲存周期內(nèi)火龍果在不同儲存條件下色差值的變化趨勢；

6、根據(jù)預測得到的儲存周期內(nèi)火龍果的色差值，對不同儲存時間點的火龍果果肉品質(zhì)狀態(tài)進行判斷，并確定不同儲存溫濕度條件下火龍果的最佳儲存周期；

7、根據(jù)儲存周期內(nèi)火龍果果肉品質(zhì)評估結(jié)果，統(tǒng)計不同儲存溫濕度條件下的品質(zhì)分布，調(diào)整儲存溫濕度范圍以延長火龍果優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間，并生成優(yōu)化儲存方案。

8、進一步地，所述獲取不同品種和成熟度的火龍果圖像，構(gòu)建火龍果品種識別模型，識別火龍果的品種和成熟度，并基于火龍果的品種和成熟度的識別結(jié)果對火龍果進行分揀，包括：

9、采用相機采集不同品種和成熟度的火龍果圖像，并采用數(shù)據(jù)增強方法擴充火龍果圖像數(shù)據(jù)，得到火龍果圖像擴充數(shù)據(jù)集，成熟度包括未成熟、近成熟和已成熟，數(shù)據(jù)增強方法包括旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、調(diào)整亮度和對比度；根據(jù)火龍果圖像擴充數(shù)據(jù)集，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡進行模型訓練，構(gòu)建火龍果品種識別模型，識別火龍果的品種和成熟度；根據(jù)火龍果的品種和成熟度的識別結(jié)果，采用分揀裝置對火龍果進行分揀。

10、進一步地，所述根據(jù)完成分揀的火龍果圖像，計算火龍果外部邊緣輪廓的形狀因子和面積大小，并采用k-means聚類算法對火龍果進行批次分類，包括：

11、根據(jù)完成分揀的火龍果圖像，使用canny邊緣檢測算法提取火龍果的外部邊緣輪廓，計算外部邊緣輪廓的形狀因子和面積大小，其中形狀因子為周長平方與面積的比值；根據(jù)完成分揀的火龍果的形狀因子和面積大小，采用k-means聚類算法對火龍果進行批次分類，得到每個火龍果樣本所屬的批次類別，并將火龍果按批次分類存儲。

12、進一步地，所述使用色差儀檢測火龍果樣品果肉的色差值，構(gòu)建火龍果果肉質(zhì)量指標預測模型，確定不同批次火龍果的果肉質(zhì)量指標和果肉品質(zhì)，包括：

13、根據(jù)火龍果的批次分類結(jié)果，采用隨機抽樣的方法從每個批次中隨機選取預設數(shù)量的火龍果樣本作為代表性樣本；使用色差儀檢測抽樣的火龍果樣品果肉的色差值，包括l*、a*、b*值；將果肉置于質(zhì)構(gòu)儀的測試平臺，設定固定壓縮比與壓縮速度，進行逐樣測量，并記錄每個樣本的果肉質(zhì)量指標，包括硬度、咀嚼性和膠著性；根據(jù)火龍果果肉的色差值和火龍果果肉的質(zhì)量指標，使用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡進行模型訓練，構(gòu)建火龍果果肉質(zhì)量指標預測模型；根據(jù)不同批次抽樣的火龍果樣品的果肉的色差值，使用火龍果果肉質(zhì)量指標預測模型，確定不同批次火龍果的果肉質(zhì)量指標；根據(jù)火龍果的果肉質(zhì)量指標，以及火龍果的質(zhì)量標注，使用隨機森林算法進行模型訓練，構(gòu)建火龍果果肉品質(zhì)評估模型，判斷火龍果的果肉品質(zhì)，果肉品質(zhì)包括優(yōu)質(zhì)、次優(yōu)、不合格。

14、進一步地，所述根據(jù)火龍果的品種、成熟度、初始色差值、儲存溫度和濕度，構(gòu)建火龍果色差值預測模型，預測儲存周期內(nèi)火龍果在不同儲存條件下色差值的變化趨勢，包括：

15、通過色差儀獲取不同品種和成熟度的火龍果果肉的初始色差值，并記錄每個樣本的初始狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括采摘時間、溫濕度條件；采用儲存溫濕度控制設備模擬火龍果儲存周期，通過設定不同儲存溫度和濕度，分別對火龍果進行分組儲存處理，并通過色差儀定時檢測每個儲存組火龍果的l*、a*、b*值變化，記錄所有火龍果分組的色差動態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)火龍果的品種、成熟度、初始色差值、儲存溫度和濕度，使用長短期記憶網(wǎng)絡進行模型訓練，構(gòu)建火龍果色差值預測模型，預測儲存周期內(nèi)火龍果在不同儲存條件下色差值的時間序列預測結(jié)果。

16、進一步地，所述根據(jù)預測得到的儲存周期內(nèi)火龍果的色差值，對不同儲存時間點的火龍果果肉品質(zhì)狀態(tài)進行判斷，并確定不同儲存溫濕度條件下火龍果的最佳儲存周期，包括：

17、根據(jù)預測得到的儲存周期內(nèi)火龍果的色差值，使用火龍果果肉質(zhì)量指標預測模型以及火龍果果肉品質(zhì)評估模型，對不同儲存時間點的火龍果果肉品質(zhì)狀態(tài)進行判斷，得到火龍果果肉品質(zhì)隨儲存時間變化的評估表；根據(jù)儲存周期內(nèi)的色差變化幅度與對應果肉品質(zhì)分布，確定不同儲存溫濕度條件下火龍果的最佳儲存周期，并記錄各儲存條件的儲存周期長度；若儲存周期內(nèi)果肉色差值變化幅度大于預設幅度閾值或果肉品質(zhì)狀態(tài)劣化速度大于預設速度閾值，則調(diào)整儲存溫濕度條件。

18、進一步地，所述根據(jù)儲存周期內(nèi)火龍果果肉品質(zhì)評估結(jié)果，統(tǒng)計不同儲存溫濕度條件下的品質(zhì)分布，調(diào)整儲存溫濕度范圍以延長火龍果優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間，并生成優(yōu)化儲存方案，包括：

19、根據(jù)儲存周期內(nèi)火龍果的果肉品質(zhì)評估結(jié)果，統(tǒng)計不同儲存溫濕度條件下的火龍果品質(zhì)分布，確定火龍果的優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間；通過對比不同儲存條件下的優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間，判斷儲存溫濕度對火龍果品質(zhì)的影響，得到各儲存溫濕度條件的品質(zhì)調(diào)控效果；根據(jù)儲存溫濕度條件對果肉品質(zhì)的調(diào)控效果，采用優(yōu)化算法對儲存條件進行參數(shù)調(diào)整，設置儲存溫度范圍和濕度范圍作為優(yōu)化約束條件，以延長火龍果的優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間為目標，得到火龍果的最佳儲存溫濕度組合；根據(jù)最佳儲存溫濕度組合，采用火龍果色差值預測模型，預測優(yōu)化后的火龍果色差值變化趨勢，并使用火龍果果肉質(zhì)量指標預測模型和火龍果果肉品質(zhì)評估模型，對優(yōu)化條件下的儲存周期進行模擬，判斷火龍果果肉品質(zhì)變化的改善狀況，得到優(yōu)化儲存條件后的火龍果品質(zhì)變化評估表；根據(jù)優(yōu)化儲存條件后的品質(zhì)變化評估表，與原始儲存條件下的評估表進行對比，判斷優(yōu)化儲存溫濕度條件對火龍果果肉品質(zhì)延長效果的提升程度；若評估結(jié)果顯示提升程度低于預設程度閾值，則調(diào)整優(yōu)化算法的參數(shù)范圍和約束條件，重新生成儲存條件組合，直到評估結(jié)果顯示提升程度高于預設程度閾值，并輸出火龍果優(yōu)化儲存方案。

20、本發(fā)明實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

21、本發(fā)明提供了一種基于色差分析的火龍果品種與品質(zhì)預測方法，本發(fā)明利用圖像處理技術與品種識別模型，能夠快速準確地識別火龍果的品種和成熟度，實現(xiàn)火龍果的自動化分揀，降低人工操作的誤差。通過計算火龍果的形狀因子和面積大小，并采用k-means聚類算法進行批次分類，為后續(xù)儲存和品質(zhì)監(jiān)測提供科學可靠的批次管理基礎。利用色差儀檢測果肉的色差值，結(jié)合果肉質(zhì)量指標預測模型，能夠快速評估不同批次火龍果的果肉質(zhì)量指標和果肉品質(zhì)狀態(tài)，為果肉品質(zhì)分級和市場銷售提供科學支撐。通過色差值預測模型和儲存條件模擬，實現(xiàn)對儲存周期內(nèi)火龍果色差值和品質(zhì)變化趨勢的精準預測，為優(yōu)化儲存條件和延長優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間提供可靠依據(jù)。進一步結(jié)合優(yōu)化算法調(diào)整儲存溫濕度條件，有效延長火龍果的優(yōu)質(zhì)品質(zhì)保持時間，降低儲存過程中的損耗。本發(fā)明全面提升了火龍果在品種與品質(zhì)預測、批次管理和儲存優(yōu)化過程中的科學性和智能化水平，為火龍果產(chǎn)業(yè)提供了高效、可靠的技術解決方案，降低了損耗，提升了產(chǎn)業(yè)整體效益和市場競爭力。