西瓜成熟度的音頻檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、西瓜是世界上種植面積較廣、產(chǎn)量較大的一種農(nóng)作物,也是人們非常喜愛的一種消暑果品。隨著社會(huì)和科技的發(fā)展,人們對(duì)西瓜品質(zhì)的要求越來越高,銷售品質(zhì)高、成熟度好的西瓜往往會(huì)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。西瓜在采摘后往往要經(jīng)過運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程,瓜農(nóng)和經(jīng)銷商就需要根據(jù)儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間的長(zhǎng)短,采摘不同成熟度的西瓜,以保證在銷售時(shí)達(dá)到最佳的成熟度?，F(xiàn)在對(duì)西瓜的采摘大多是由人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷西瓜的成熟度,由于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、狀態(tài)等各種因素會(huì)導(dǎo)致較大的偏差。另外,用戶(包括商販等)在

2、市場(chǎng)或田間選購西瓜時(shí)也由于不懂如何選擇成熟的西瓜而買到次品的現(xiàn)象很多?？墒怯薪?jīng)驗(yàn)的西瓜專家,通過輕拍西瓜,根據(jù)聲音即可判斷西瓜的成熟度。因此,亟需研究開發(fā)能夠準(zhǔn)確、科學(xué)的判斷西瓜的成熟度,且易于使用和推廣的西瓜成熟度音頻檢測(cè)方法和儀器。
　　 目前,較多用于西瓜成熟度音頻檢測(cè)的方法主要有近紅外(NIR)光譜檢測(cè)法、核磁共振(NMR)檢測(cè)法和音頻振動(dòng)響應(yīng)檢測(cè)法。NIR檢測(cè)法由于光源透射性能有限,較難檢測(cè)皮厚、體積大的西瓜等水果。N

3、MR檢測(cè)法檢測(cè)結(jié)果較精確,但是設(shè)備造價(jià)高、體積大,只能在西瓜采摘后進(jìn)行檢測(cè),因此不適于實(shí)際的應(yīng)用和推廣。音頻檢測(cè)法雖然目前較前兩種方法檢測(cè)準(zhǔn)確度低,但是檢測(cè)速度快、設(shè)備小巧、造價(jià)低廉,能夠同時(shí)用于西瓜采摘前后的成熟度檢測(cè),從而成為了西瓜成熟度的音頻檢測(cè)方法研究的熱點(diǎn)。因此,本文選用了模仿西瓜專家通過拍擊西瓜的聲音來判斷西瓜成熟度的原理,將音頻檢測(cè)法作為研究的方向。
　　 本文研究了音頻檢測(cè)西瓜成熟度的關(guān)鍵技術(shù),提出和改進(jìn)了相關(guān)算

4、法,提出了一套檢測(cè)科學(xué)、效果理想且易于移植的西瓜成熟度音頻檢測(cè)算法和方法。主要工作如下:
　　 1.研究了敲擊信號(hào)截取方法。根據(jù)敲擊信號(hào)特點(diǎn),改進(jìn)了基于短時(shí)能量和過零率的端點(diǎn)檢測(cè)算法,提出了自適應(yīng)的端點(diǎn)檢測(cè)算法。該算法可準(zhǔn)確判斷敲擊信號(hào)的起止位置,截取采集的音頻信號(hào)中所包含的多次敲擊信號(hào),得到對(duì)敲擊信號(hào)較為理想的檢測(cè)效果。
　　 2.研究了敲擊信號(hào)消噪方法。對(duì)于能量較小噪聲,采用了小波消噪算法去除信號(hào)中混雜的噪聲。根據(jù)敲

5、擊信號(hào)的特點(diǎn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn),確定了效果較好的小波消噪算法和相關(guān)參數(shù)。對(duì)于噪聲能量較大、聲源復(fù)雜的情況,提出使用FastICA算法分離出敲擊信號(hào)和噪聲,實(shí)驗(yàn)證明了該算法的可行性。
　　 3.對(duì)多種音頻特征的評(píng)價(jià)和對(duì)比進(jìn)行了研究。提出了頻帶幅值向量(BMV)和梅爾倒譜系數(shù)向量這兩種新的音頻特征,并且計(jì)算了4種常用音頻特征,通過音頻樣本對(duì)這6種特征進(jìn)行評(píng)價(jià),得到了最佳的特征。由于6種特征的維度不同,因此給出了能夠?qū)Σ煌S度的特征進(jìn)行同一標(biāo)

6、準(zhǔn)評(píng)價(jià)的F比和D比評(píng)價(jià)方法。經(jīng)過對(duì)6種特征的大量樣本進(jìn)行評(píng)價(jià),確定了與成熟度相關(guān)性最高的頻帶幅值向量,作為本文檢測(cè)方法中最為關(guān)鍵的音頻特征。
　　 4.研究了敲擊力度對(duì)音頻信號(hào)的影響關(guān)系。設(shè)計(jì)了敲擊力度定量分析實(shí)驗(yàn)臺(tái),通過使用鐵心橡膠球的下落高度控制敲擊力度,分組采集音頻樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)不同高度組樣本波形和頻帶幅值向量特征的對(duì)比分析,得出了不同敲擊力度對(duì)信號(hào)的波形影響較大,而對(duì)BMV特征影響非常微小,可以忽略不計(jì)的結(jié)論,為后