本发明属于食品加工，具体涉及一种食品褐变状态快速量化评价的方法。
背景技术：
1、褐变是食品在加工和储存过程中经历的自然变化，其主要原因是食品中的酶类或氧化反应。酶促褐变是果蔬褐变的主要原因之一。多酚类化合物在植物体内大量存在，当果蔬在加工过程中受到机械损伤或处于不良环境时，多酚类物质在多酚氧化酶的催化下氧化，导致食品呈现褐色。
2、褐变导致食品原有的色泽消失，不仅影响外观，同时也造成了营养流失，从而使经济价值大幅降低。消费者或者企业单位购买食品、选择加工方式之前，由于无法获知食品的褐变程度、褐变速率等信息，很难良好的筛选产品，包括无法选用适当的原料品种、合适的加工方式进行食品生产，这导致了经济上的损失。
3、为了解决这个问题，需要对食品的褐变程度、褐变速率和颜色差异进行准确且快速的量化。现有的技术主要使用色差计或人工经验进行颜色评估。如现有文献，冉昪等人(冉昪,唐式敏,朱玲等.新疆野苹果果实生长期的理化性质及褐变程度研究[j].西北农业学报,2023,32(12):1901-1912.)在研究新疆野苹果的果肉在空气中的氧化速度和褐变过程时，采用了色差仪进行评估；田瑞冬等人(田瑞冬,杨海莹,刘阳.密云区黄土坎鸭梨品质及抗褐变原因分析[j].北京农学院学报,2023,38(02):49-53.)在探究北京市密云区黄土坎鸭梨抗褐变的原因时，利用精密色差仪测出切开鲜果与放置3h后的果实l、e、a、b值并计算差值，l和e值越大表示褐变程度越高；张璐等人(张璐,纳添仓,叶广继.青海地区不同品种(系)马铃薯块茎褐变规律的研究[j].青海农林科技,2022(04):76-81.)为了比较马铃薯品种(系)间的褐变差异性，在马铃薯褐变程度的测定上，采用了色差仪测定了块茎切片暴露在空气中的亮度值l*，以此作为褐变程度的参考。以上研究内容均使用色差仪评估果蔬的褐变程度和褐变速率，然而，色差计仅限于点对点的检测，主要关注样品表面的特定点，对样品整体的颜色变化和差异的检测能力相对有限。
4、此外，人工经验虽然可以提供一定程度上的主观评估，但由于个体差异和主观判断的困难性，这种方法容易受到误差的影响。而且，在大规模生产中，人工评估往往不足准确量化样品褐变程度、褐变速率和颜色差异。
5、因此，迫切需要一种更准确、客观、且高效的方法，以量化食品样品的褐变程度、褐变速率和局部颜色差异，为食品加工行业提供更可靠的品质控制手段。
技术实现思路
1、为了改善现有技术方案的局限性，本发明提供了一种食品褐变状态快速量化评价的方法，通过采用图像分析技术，不仅实现对样品整体褐变程度的全面评估，而且还能够实现对样品的褐变速率和局部颜色差异进行快速、准确量化的评价。
2、为了实现以上技术目的，本发明采取方案如下；
3、一种食品褐变状态快速量化评价的方法，具体步骤如下：
4、步骤一，图像处理包含以下过程：
5、过程一，图像采集与预处理：
6、选择食品样本并进行切片处理以获得切片样品，将其在空气环境中静置一段时间；然后，获取切片样品的图像，再对图像进行预处理，得到预处理后的图像；所述预处理包括去噪、调整对比度、增强图像质量；
7、过程二，图像二值化
8、对过程一中预处理后的图像进行二值化处理，处理步骤为首先确定图像中样品区域分割的阈值；然后获取图像中每个像素的灰度值，并与图像中样品区域分割的阈值进行比较；如果灰度值大于阈值，则将该像素设置为样品，否则设置为背景，从而得到二值化图像；
9、过程三，提取感兴趣区域(roi)：
10、首先，提取过程二中所得到二值化图像中的所有轮廓；随后，对提取的轮廓进行逐个遍历，并计算每个轮廓的面积(通过统计轮廓中包含的像素数量实现)；然后，设定切片样品的轮廓面积阈值，检查每个轮廓的面积是否超过了已设定的轮廓面积阈值；当超过了所设定切片样品的轮廓面积阈值时，提取其对应的感兴趣区域(roi)，即轮廓内的像素集合；最后，进一步处理感兴趣区域，生成一个与原始图像相同大小的掩码，其中感兴趣区域的像素值设置为1，其他区域的像素值设置为0；
11、过程四，信息的提取：
12、基于过程三提取的roi和掩码，将roi转换为灰度图，得到灰度图像；同时确保掩码为二进制格式，并将掩码应用于灰度图像，然后统计处理后图像中各像素点的灰度值g_i和像素点的个数信息n；
13、步骤二，样品整体褐变程度的量化，包含以下过程：
14、过程一，基于步骤一中过程四得到的各像素点的灰度值进行求和，各像素点的灰度值之和记为像素点个数记为n；其中i和n均为正整数；
15、过程二，计算样品的平均灰度值计算公式为：
16、过程三，比较不同静置时间下切片样品的平均灰度值的大小，越大，即说明该样品的整体褐变程度越小；反之，则样品的褐变程度越大；
17、步骤三，样品褐变速率的量化，包含以下过程：
18、过程一，基于步骤一中过程四得到的各像素点的灰度值进行排序；
19、过程二，提取灰度值的上四分位数和下四分位数，分别用符号g_{3(n+1)/4}和g_{1(n+1)/4}表示，其中n为正整数(选择上四分位数和下四分位数是为了避免可能会存在的异常值，包括0或255)；
20、过程三，计算t_i时刻对应样品的褐变速率，记为v_{t_i}，t_0为(初始状态)零时刻对应的时间，t_0≥0，t_i为正整数；
21、过程四，比较不同静置时间下切片样品的褐变速率v_{t_i}的大小，v_{t_i}越大，即说明该时刻下样品褐变速率的越快，反之，则样品褐变速率的越慢。
22、步骤四，样品局部颜色差异的量化，包含以下过程：
23、过程一，选择m个相互比较的局部区域，分别标记为m_1，m_2，……，m_i，其中i是大于等于2的正整数；其中m_1，m_2，……，m_i对应区域面积分别为s_1，s_2，……，s_i；然后提取m_1，m_2，……，m_i区域的像素点的灰度值，以m_1区域为例，其对应的灰度值为g_1_1，g_1_2，……，g_1_n，总体标记为g_1_i；m_2区域对应的灰度值为g_2_1，g_2_2，……，g_2_n，总体记为g_2_i；余下m_3……，m_i同理；因此，灰度值总体标记依次为g_1_i，g_2_i，……，g_n_i均为正整数；
24、过程二，计算m_1，m_2，……，m_i区域的平均灰度值，分别记为
25、过程三，两两比较各局部区域颜色差异并进行计算，分别记为α1，α2，……，αi，其中，同理计算出α_3、……α_i；且α1,α2,……,α_i∈[-1,1]；
26、过程四，比较局部颜色差异α_1，α_2，……，α_i的数值，其数值越接近1，即说明该局部区域的颜色变化较小，其颜色趋于一致，即说明该区域食品褐变程度相对较为均匀。
27、优选的，步骤一的过程一中所述食品包括但不局限于苹果、香蕉、马铃薯、山药、桃、梨；所述切片样品的厚度为2-10mm。
28、优选的，步骤一的过程一中所述放置一段时间为1-60min。
29、优选的，步骤一的过程二中所述确定图像中样品区域分割的阈值采取的方法为全局阈值(otus)算法。
30、优选地，步骤一的过程三中所述提取二值化图像中的所有轮廓的方法为opencv中的findcontours函数。
31、优选地，步骤一的过程三中所述切片样品的轮廓面积阈值为1000。
32、优选的，步骤一的过程四中所述将roi转换为灰度图采取的方法为加权平均法。
33、优选的，步骤四的过程一中所述m_1，m_2，……，m_i对应区域的面积相等，即s_1＝s_2＝……＝s_i。
34、优选的，步骤四过程一的灰度值的取值区间均为[0，255]；步骤四过程二的平均灰度值的取值区间均在[0,255]内。
35、本发明的有益效果：
36、(1)相较于传统的色差计算或人工经验，本发明能够实现更精确、客观的量化评估；通过图像分析和数值计算，能够全面、快速地评估样品的褐变程度、褐变速率和局部颜色差异，有效避免了主观判断和个体差异可能带来的误差。
37、(2)本发明采用图像处理技术，不仅对样品整体的褐变程度进行评估，还能追踪褐变速率以及局部颜色差异；通过对样品褐变程度、褐变速率和颜色差异的定量评估，提供了食品加工行业更可靠的品质控制手段。这种全方位的评估有助于更准确地了解食品在加工过程中的变化情况，为后续的品质控制和调整提供更多信息支持。
38、(3)本发明可以适用于不同类型的食品样品，并且通过图像采集、灰度化处理和分析等步骤，实现了对样品褐变过程的详细监测；其方法简便、可操作性强，使其在实际生产中具备实用性和广泛适用性，应用前景广阔。
1.一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤一的过程一中所述食品包括但不局限于苹果、香蕉、马铃薯、山药、桃、梨。
3.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤一的过程一中所述切片样品的厚度为2-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤一的过程一中所述放置一段时间为1-60min。
5.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤一的过程二中所述确定图像中样品区域分割的阈值采取的方法为全局阈值算法。
6.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤一的过程三中所述提取二值化图像中的所有轮廓的方法为opencv中的findcontours函数。
7.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤一的过程三中所述切片样品的轮廓面积阈值为1000。
8.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤一的过程四中所述将roi转换为灰度图采取的方法为加权平均法。
9.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤四的过程一中所述m_1，m_2，……，m_i对应区域的面积相等，即s_1＝s_2＝……＝s_i。
10.根据权利要求1所述的一种食品褐变状态快速量化评价的方法，其特征在于，步骤四的过程一中的灰度值的取值区间均为[0，255]；步骤四过程二的平均灰度值的取值区间均在[0,255]内。
