葡萄被誉为四大水果之首,2017年我国的总产量高达1308.0万t。红提是葡萄品种之一,因颗粒饱满、果肉坚实、香甜可口、富含较多的营养物质受到人们的广泛喜爱。随着人们生活水平的提高,消费者在关注红提外观品质的同时,更青睐于口感好、风味佳的内部品质。目前对红提内部品质检测大都采用传统的破坏性检测方法,因检测方法繁琐费时,且只能进行抽样检测,检测范围较小,检测完的试验样品已完全损坏,无法销售,造成较大的浪费。本文以不同生长期的红提果粒和红提串为研究对象,利用可见/近红外光谱技术、高光谱成像技术对生长期红提内部品质进行无损检测研究,设计了便携式红提果粒和红提串内部品质检测装置。基于各种光谱图像技术,建立了高光谱图像信息融合的红提可溶性固形物含量的无损检测模型,进一步提高检测模型的预测精度。论文主要研究内容与结论如下:1)生长期红提果粒和红提串内部品质参数及光谱特性变化规律研究。采用可见/近红外光谱技术和高光谱成像检测技术,研究了生长期红提的内部物质含量(可溶性固形物、总酸、p H、硬度和含水率)随着果实逐渐成熟的变化规律,探析了可见/近红外光谱特性及高光谱特性在红提生长成熟阶段与内部品质之间的对应关系及变化过程,分析了内部物质在生长期内各物质的相关关系,结果表明:在红提的整个生长期,红提可溶性固形物(Souble Solids Content,SSC)和p H值的变化相同,随着红提的逐渐成熟,指标值逐渐增加;红提总酸、硬度和含水率的变化趋势相同,都随着红提的逐渐成熟,各个指标值都逐渐减小。在生长过程中,总酸和含水率有相同的变化趋势,从生长发育的第61 d～81 d,两者都急剧下降,从生长发育的第91 d～116 d,总酸和含水率基本保持在一个固定值的大小,变化波动较小。可溶性固形物与p H、总酸、硬度和含水率高度相关。在近红外漫反射光谱下,红提果粒的波峰和波谷的位置比较固定,在生长的前期,在相同的生长期限内两条曲线之间的间距相对较大,随着果实逐渐成熟,相同时间间隔内两条曲线的间距逐渐减小;在可见/近红外光谱波段下,红提在生长过程中,光谱波段在550 nm～600 nm的波段的光谱曲线变化较大,在此区间波峰的位置会由545 nm附近逐渐变成635 nm附近,在生长的前期,在相同的生长期限内两条曲线之间的间距相对较大,随着果实逐渐成熟,在相同的生长期限内两条曲线的间距逐渐减小。2)基于可见/近红外光谱技术的红提果粒内部品质检测模型研究。以生长期红提果粒为研究对象,分别利用Antaris II傅里叶变换近红外光谱装置和USB2000+光谱装置搭建了红提果粒可见/近红外漫反射光谱采集系统,利用Maya2000 pro光谱装置搭建了红提果粒可见/近红外透射光谱采集系统,分别建立了透射和漫反射两种方式的红提果粒内部品质预测模型,并对比分析了透射方式与漫反射方式下所建模型的优劣及适用场景。研究了利用Maya2000 pro搭建的透射光谱采集系统下,放置模式对模型的影响。结果表明,在漫反射方式下和透射方式下都能准确的预测红提可溶性固形物、总酸、p H、硬度和含水率的含量,在相同的条件下,经过透射模式采集光谱所建的模型好于漫反射模式采集光谱所建的模型。在搭建的Maya2000 pro光谱采集系统下,放置模式对所建模影响较大,对于红提果粒的SSC、总酸、p H值、硬度和含水率指标,平均光谱所建模型的预测效果最好,竖放模式下所建模型的预测效果好于横放模式。3)基于可见/近红外光谱的红提串内部品质检测模型研究。针对红提串外形复杂、尺寸不一,较难进行红提串光谱采集的问题,以生长期红提串为研究对象,利用UG进行了光谱采集探头的三维建模,并通过3D打印技术制作了光谱探头采集装置。结合光谱探头采集装置,采用漫反射的光谱采集方式,搭建了红提串的光谱采集系统。建立了漫反射的红提串内部品质预测模型,通过光谱预处理、特征波长提取等一系列方法提高了所建模型的预测精度,确定了一种红提串内部品质预测的最优模型和检测方法。结果表明,通过搭建的系统所建立的红提串总酸和p H的最优PLSR模型的RPD均大于2.5,表明具有较高的预测精度,SSC的RPD为2.2501,模型具有一定的预测性。红提串建立的PLSR最优模型对各个指标的预测性能存在一定的差异,对p H的预测性能最好,总酸次之,SSC的预测性能相对最差,但预测的性能可以满足精度的要求,红提串所建立的SSC、总酸和p H的最优模型效果明显低于对红提果粒所建模型的效果。红提串检测模型反映的是整串红提的整体信息,可有效的对整串红提内部物质进行测定,所建的红提串最优检测模型可以应用于田间红提生长过程内部品质指标监测,具有重要的实际意义。4)基于高光谱成像技术的红提果粒内部品质检测模型研究。为了研究高光谱成像技术对红提果粒内部品质的预测效果,并分析高光谱成像技术与可见/近红外技术所建模型的差异,以生长期红提果粒为研究对象,基于高光谱成像技术深入研究了不同光谱预处理方法、特征波段提取方法和放置模式对模型预测效果的影响,建立了不同的预测模型,对比分析所建不同预测模型的优劣,确定一种最优的预测模型。对于SSC指标,分别建立了基于光谱信息、图像信息及光谱信息与图像信息融合后三种不同方式提取的特征信息预测模型。结果表明,在放置模式的研究中,对于红提果粒SSC、总酸、p H、硬度和含水率指标,利用果柄横放的模型效果比果柄侧朝上和果柄侧朝下效果更好,果粒侧朝下所建模型的效果好于果柄侧朝上所建模型效果,利用整个果粒的平均光谱所建模型的效果最好。红提果粒总酸的最佳模型是通过二次波段提取的方法,红提果粒SSC、p H、硬度和含水率的最佳模型都是通过一次波段提取的方法。通过高光谱成像技术,可以准确的预测红提果粒SSC、总酸、p H、硬度和含水率内部指标。SSC、总酸和p H所建模型预测性能明显好于硬度和含水率所建模型。对于PLSR和LSSVM模型,在相同的特征波长提取下,非线性LSSVM模型的效果好于线性PLSR模型,且模型更加稳定,但模型的运算时间较长,PLSR预测模型的精度已经较好,可满足红提果粒内部品质的检测。利用光谱特征建立红提果粒SSC模型的相关系数大于图像特征所建模型,光谱信息与图像信息相比,能更好的预测红提果粒的SSC指标。对于红提果粒SSC指标,图像光谱融合后所建模型最好,模型的稳定性最好,所建的LSSVM模型效果好于PLSR所建模型的效果。5)红提单一品质指标最优检测模型的筛选及综合品质指标确定。为了深入分析不同检测方法对各指标的预测优劣,得到最优的检测方法和最佳预测模型,针对红提果粒和红提串各内部品质检测指标,分析、对比各种方法下所建最优模型的适用场所和特点,并将所测的红提果粒和红提串的各个指标通过因子分析的方法进行融合,建立了在可见/近红外漫反射光谱采集模式下生长期红提果粒和红提串的综合品质指标,实现了对红提果粒和红提串内部品质的整体评价。结果表明,近红外漫反射光谱建立的生长期红提果粒SSC和含水率的最优预测模型效果最好,该波段范围内与红提果粒SSC和含水率指标的相关信息较多,因此预测性能较好。可见/近红外透射光谱建立的生长期红提果粒总酸、硬度和p H的最优预测模型效果好于可见/近红外漫反射光谱所建预测模型,通过透射光谱采集方式能更好预测生长期红提果粒的总酸、硬度和p H指标。利用光谱技术检测生长期的红提果粒和红提串是可行的。6)便携式红提果粒和红提串内部品质无损检测装置研发。以生长期的红提果粒和红提串为研究对象,根据红提果粒和红提串的尺寸和特点,分别设计了红提果粒和红提串光谱探头采集装置,研发了便携式红提果粒和红提串检测装置,把前述所建模型植入装置中,实现对红提果粒和红提串成熟状态及内部品质的综合检测与分级。结果表明,通过便携式红提果粒内部品质检测装置可同时检测红提果粒的SSC、总酸、p H、硬度和含水率内部指标,通过便携式红提串内部品质检测装置可同时检测红提串的SSC、总酸和p H内部指标。