库尔勒香梨果形的定量描述及分类

李凡，吴杰，胡蓉，马本学

库尔勒香梨果形的定量描述及分类

李凡，吴杰，胡蓉，马本学

（石河子大学机械电气工程学院，石河子832003）

库尔勒香梨的果形是评定其品质等级的重要指标之一，也是提高其商品价值和优化包装设计的重要因素。为了克服香梨果形传统人工分类所存在的主观性强、偏差大和效率低的问题，采用纵横比（Ar）和圆度比（Rr）分别对香梨纵截面和横截面的不同形状进行定量描述。结果表明：纵横比为1∶1.12和1∶1.29可实现香梨纵截面3种形状的精确分类，圆度比为1∶1.10可实现香梨梨横截面2种形状精确分类；由纵横比1∶1.29和圆度比1∶1.10划分区域，可实现香梨标准果形和非标准果形的精细分类。

库尔勒香梨；果形；分类

库尔勒香梨是新疆特色水果，维吾尔语名“乃西米提”，被誉为“梨中珍品”，在国际梨果市场具有较强的竞争力，是新疆出口创汇主要果品。大小均匀且形状一致的香梨，不仅可减少包装和运输成本，而且商品价值更高。与其它梨果相比，香梨果形较为复杂多变，张大海等（1999）［1］对香梨果形变化规律的观察研究表明，香梨果形在近圆形、广卵形、椭圆形和纺锤形范围内变化。

国外针对苹果、猕猴桃、枣、西瓜、樱桃等不同果品的几何特性和外观特征分类已有许多研究［2－6］，这些研究对特色果品的地理标志产品申报、注册和产权保护起到重要作用，并为果品等级评定和包装设计提供了必要的依据，其中美国农业部根据西瓜的两种形状建立了三个外观等级分类标准［7］：U.S.Fancy，U.S.No.1，U.S.No.2。在梨果类，美国行业协会对加洲鳄梨建立了标准果形的详细描述和外观等级分类方法［8］。

目前，库尔勒香梨品质分级研究主要针对果梗和颜色识别［9－10］，有关库尔勒香梨果形特征分级及分析研究尚未见报道，在已有的库尔勒香梨农业部标准 NY／T585-2002［11］中也缺少香梨外观等级划分的细则，这直接影响了香梨外观品质等级的精确分类，制约了高档香梨单果包装技术的发展，导致其商品价值不高而在国际梨果高端市场上的竞争力不强［12］。

传统果形的评定方法为标准果形参照法［13］。该法通过果实纵剖面和横剖面的形状与标准果形参照形状进行目测比较，以划分果品外观等级，这种简易方法由于评定的主观性强而造成分级偏差大和商品化程度低，而且实际操作效率也很低。因此，本文将以标准果形参照法为基础，采用统计分析的方法，研究如何定量描述香梨果形特征，为香梨果形精确分类、外观品质自动化分级和包装设计优化提供必要的依据。

1 材料与方法

1.1 香梨取样

从库尔勒市大墩子乡果园采摘随机采摘香梨，然后通过当地经验丰富的果农，将香梨根据果形纵截面和横截面的不同形状分为5类，如图1所示，即纵截面形状分为：（1）近圆形；（2）卵圆形；（3）长椭圆形；横截面形状分为：（1）圆状；（2）椭圆状。按照这5类果形将香梨果样分组各取40个，确保无瘀伤和病害，然后在设定温度－1℃～0℃和湿度85%～90%的储藏条件保存果样，以准备进行香梨果形的测量分析。

图1 香梨横截面和纵截面的形状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 香梨果形参数的测量

如图2所示，假设香梨的形状为三维椭球［11］，则香梨的三轴直径为：长轴径a（外接球直径）、中轴径b（与a垂直）、短轴径c（与a、b垂直）。

图2 香梨的三轴直径Fig.2 The dimensions of a Kolar pear

为了实现香梨5类果形的数学描述，香梨纵截面的3种形状可用纵横比Ar（aspect ratio）来评定：Ar＝a／b；香梨横截面的2种形状可用圆度比Rr（roundness ratio）来评定：Rr＝b／c。用数字游标卡尺（精度0.1 mm）测量三轴径，根据测量值计算纵横比Ar和圆度比Rr这两个无量纲指标，然后进行数理统计分析，结果见表1。

表1 香梨的基本几何特性参数Tab.1 The geometric parameters of Kolar pears

2 结果与分析

2.1 香梨的纵截面形状分析

香梨纵截面的纵横比统计结果见表2。

表2显示：卵圆形香梨纵横比平均值为1.20，近圆形和长椭圆形香梨的纵横比平均值分别为1.06和1.35。由于卵圆形香梨的纵横比范围为1.12～1.29，而近圆形和长椭圆形香梨的纵横比范围分别为0.96～1.12和1.29～1.47，所以如图3所示，可以用纵横比的比值1∶1.12和1∶1.29作为分类线来划分香梨纵截面的近圆形、卵圆形和长椭圆形3种形状，即：Ar＜1.12的香梨为近圆形，Ar＞1.29的香梨为长椭圆形，1.12≤Ar≤1.29的香梨为卵圆形。

表2 香梨纵截面和横截面不同形状的纵横比和圆度比的比值Tab.2 Values of aspect ratio and roundness ratio of shapes based on longitudinal and lateral cross section of Kolar pears

图3 香梨纵截面形状的纵横比Fig.3 Aspect ratio of three shapes based on longitudinal cross section of Kolar pears

2.2 香梨的横截面形状分析

由表2所示，横截面为圆状的香梨圆度比平均值为1.04，变化范围为1.00～1.10；横截面为椭圆状的圆度比平均值为1.11，变化范围为1.10～1.15，因此如图4所示，可用圆度比比值1∶1.10作为香梨横截面的圆状和椭圆状分类线，即Rr≤1.10的香梨为圆状，Rr＞1.10的香梨为椭圆状。

图4 香梨横截面形状的圆度比Fig.4 Roundness ratio of t wo shapes based on lateral cross section of Kolar pears

2.3 香梨标准果形的划分

在人工外观等级评定时，当香梨纵截面果形为长椭圆形或横截面果形为椭圆状的均被定为非标准果形，因此由图5所示，圆度比的比值1∶1.10和纵横比的比值1∶1.29就可以作为香梨划分标准果形和非标准果形的分类线。当香梨横截面的圆度比Rr＜1.10且纵截面的纵横比Ar＜1.29时，香梨果形为标准果形，而此区域之外被认为非标准果形。

图5 基于纵横比和圆度比香梨标准果形的划分Fig.5 Aspect ratio versus roundness ratio for classification of standard shape of Kolar pears

3 结论

1）香梨果形根据其纵截面可以分为近圆形、卵圆形、长椭圆形3类，根据香梨纵截面的纵横比Ar比值1∶1.12和1∶1.29作为分类线来划分香梨的这3种形状。

2）香梨果形根据其横截面可以分为圆状、椭圆状两类，根据香梨横截面的圆度比Rr1∶1.10划分香梨的这2种形状。

3）可以采用纵横比的比值1∶1.29和圆度比的比值1∶1.10相结合形成的区域，进行香梨标准果形和非标准果形的精细分类。

［1］张大海，徐庆岫，李利民，等.库尔勒香梨果形变化规律研究［J］.新疆农业科学，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.

［3］Rashidi M，Seyvan K.Modeling of Ki wifr uit mass based on outer di mensions and projected area［J］.American-Eurasian J Agric ＆ Environ Sci，2008，3（1）：26-29.

［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.

［7］ United States Depart ment of Agriculture.United States Standards for Grades of Water melons［S］.1997，8833-8834.

［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］马本学.基于数学形态学的香梨果梗提取方法［J］.石河子大学学报：自然科学版，2008，26（5）：636-638.

［10］屈年巍，马本学，王维新，等.基于机器视觉和人工神经网络的库尔勒香梨颜色分级［J］.石河子大学学报：自然科学版，2010，28（4）：514-518.

［11］中华人民共和国农业行业标准.NY／T585-2002库尔勒香梨［S］.北京：中国标准出版社，2002：1-3.

［12］张强，祁春节，彭抒昂.中国梨果国际竞争力的研究［J］.世界农业，2006（8）：34-37.

［13］周祖锷.农业物料学［M］.北京：农业出版社，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

国家自然科学基金项目（60665002），石河子大学自然科学一般项目（ZRKX2009 YB04）

李凡（1986-），男，硕士研究生，专业研究方向为农产品品质检测；e-mail：shzlifan＠qq.com。通讯作者：吴杰（1972-），男，副教授，从事农产品品质安全与检测研究；e-mail：wjie_mac＠shzu.edu.cn。