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。