一種基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，包括高光譜掃描系統(tǒng)、果蔬旋轉系統(tǒng)、果蔬輸送系統(tǒng)；所述高光譜掃描系統(tǒng)設于果蔬旋轉系統(tǒng)上方；所述果蔬輸送系統(tǒng)包括果蔬輸入軌道和果蔬輸出軌道；所述果蔬輸入軌道位于果蔬旋轉系統(tǒng)的上方，所述果蔬輸出軌道位于果蔬旋轉系統(tǒng)的下方；所述果蔬旋轉系統(tǒng)包括氣缸、第一電機、第二電機、第一滾筒和第二滾筒；所述第一滾筒和第二滾筒位于同一水平面，第一滾筒與第一電機連接，第二滾筒與第二電機連接；所述第一滾筒與氣缸連接，所述氣缸用于控制第一滾筒遠離或靠近第二滾筒。本發(fā)明可獲得待測果蔬表面的全部光譜圖像，避免了食品檢測中出現(xiàn)盲點，減少了食品分級中的誤判。
【專利說明】一種基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及食品品質檢測領域，特別涉及一種基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置。
【背景技術】
[0002]水果蔬菜是居民生活中必不可少的食品，大部分需要長途運輸，在運輸和存放過程中，如果將要潰爛的果蔬沒有及時清理，就會引起周圍其他果蔬的迅速潰爛。因此，需要快速檢測，盡早分離。然而，傳統(tǒng)的食品檢測大多由檢驗員人工挑選進行，耗時費力、效率低。因此，發(fā)展一種快速、無損、精確的自動檢測技術已經(jīng)成為迫切需要。隨著科技的進步，高光譜作為新興的無損檢測技術，將光譜與成像技術相結合，能夠同時提供光譜和空間信息，憑借其定性、定量以及定位的能力，成為食品的質量安全檢測、分類與分級的有利手段。目前，肉類、水果和蔬菜等方面的品質檢測都有采用高光譜技術的報道。中國專利CN200810124283.5公布了基于近紅外光譜技術的水果內部品質在線檢測方法及裝置，中國專利CN200410098623.3公布了一種快速無損檢測鴨梨黑心病的方法等等。
[0003]球狀或圓錐形的農產品在食品中占有很大的比例，如水果中的蘋果、梨、荔枝、桃子、杏等，蔬菜中的蘿卜、土豆、西紅柿等。由于目前采集高光譜圖像的方法通常是，將食品放在載物臺上，通過移動載物臺，高光譜逐行掃描以獲得光譜圖像。在球狀食品的高光譜掃描中，只能獲得球狀食品一個面的光譜圖像，無法獲得食品側面、背面的光譜圖像。如果一個水果在高光譜檢測中，損傷、潰爛的一面朝下，完好的一面朝上，則會被認為完好的果蔬。因此，在果蔬檢測中極易出現(xiàn)盲點和分類錯誤。如中國專利CN200810124283.5公布的基于近紅外光譜技術的水果內部品質在線檢測方法及裝置、中國專利CN201210330564.2公布的一種便攜式水果內部質量無損檢測裝置及方法、中國專利CN201210545938.2公布的近紅外光譜無損檢測水果內部品質的系統(tǒng)及方法等都未解決球形食品高光譜圖像采集不完整的問題。同時，目前高光譜檢測中，采集光譜是一個一個樣品進行，效率較低。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，可帶動待測果蔬翻轉一周，獲得待測果蔬表面的全部光譜圖像，避免了食品檢測中出現(xiàn)盲點，減少了食品分級中的誤判。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn):
[0006]一種基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，包括高光譜掃描系統(tǒng)、果蔬旋轉系統(tǒng)、果蔬輸送系統(tǒng)；所述高光譜掃描系統(tǒng)設于果蔬旋轉系統(tǒng)上方；所述果蔬輸送系統(tǒng)包括果蔬輸入軌道和果蔬輸出軌道；所述果蔬輸入軌道位于果蔬旋轉系統(tǒng)的上方，所述果蔬輸出軌道位于果蔬旋轉系統(tǒng)的下方；
[0007]所述果蔬旋轉系統(tǒng)包括氣缸、第一電機、第二電機、第一滾筒和第二滾筒；所述第一滾筒和第二滾筒位于同一水平面，第一滾筒與第一電機連接，第二滾筒與第二電機連接；所述第一滾筒與氣缸連接，所述氣缸用于控制第一滾筒遠離或靠近第二滾筒；
[0008]當檢測果蔬時，氣缸充氣，第一滾筒在氣缸的控制下向第二滾筒靠近，待測果蔬通過果蔬輸入軌道落入第一滾筒和第二滾筒形成的凹槽中，第一電機、第二電機分別帶動第一滾筒和第二滾筒轉動，待測果蔬在摩擦力的作用下轉動，同時高光譜掃描系統(tǒng)采集圖像；
[0009]當待測果蔬轉動一周后，高光譜掃描系統(tǒng)停止采集圖像，氣缸放氣，第一滾筒在氣缸的控制下遠離第二滾筒，待測果蔬落入果蔬輸出軌道。
[0010]所述第一滾筒和第二滾筒均為鋼制滾筒，表面均設有用于增大滾筒表面與果蔬表面摩擦力的條紋。
[0011]所述輸入軌道中設有輸入軌道隔板，將輸入軌道劃分為多個通道，每個通道供一個果蔬通過；所述輸入軌道隔板延長至第一滾筒和第二滾筒形成的凹槽上方，將落入凹槽的多個果蔬相互隔開。
[0012]所述輸出軌道中設有輸出軌道隔板，將輸出軌道劃分為多個通道，每個通道供一個果蔬通過。
[0013]所述第一滾筒和第二滾筒的大小相同，旋轉方向和速度相同。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0015](I)本發(fā)明的裝置可帶動待測果蔬翻轉一周，獲得待測果蔬表面的全部高光譜圖像，避免了食品檢測中出現(xiàn)盲點，減少了食品分級中的誤判。
[0016](2)本發(fā)明的裝置可同時采集多個果蔬表面的高光譜圖像，提高了檢測效率。
[0017](3)本發(fā)明的裝置結構簡單，使用方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置的正視圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置的果蔬旋轉系統(tǒng)的示意圖。
[0020]圖3傳統(tǒng)高光譜掃描出的梨近紅外光譜圖像。
[0021]圖4為本發(fā)明的基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置掃描出的梨近紅外光譜圖像。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0023]實施例
[0024]如圖1?圖2所示，本實施例的基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，包括高光譜掃描系統(tǒng)、果蔬旋轉系統(tǒng)、果蔬輸送系統(tǒng)；所述高光譜掃描系統(tǒng)設于果蔬旋轉系統(tǒng)上方；所述果蔬輸送系統(tǒng)包括果蔬輸入軌道4和果蔬輸出軌道8 ;所述果蔬輸入軌道4位于果蔬旋轉系統(tǒng)的上方，所述果蔬輸出軌道8位于果蔬旋轉系統(tǒng)的下方；
[0025]所述果蔬旋轉系統(tǒng)包括氣缸11、第一電機16、第二電機7、第一滾筒9和第二滾筒5 ;所述第一滾筒9和第二滾筒5位于同一水平面；第一滾筒9與第一電機16連接，所述第二電機7通過皮帶6第二滾筒5帶動轉動；第一電機16置于第一滾筒9內，驅動第一滾筒9繞其軸承轉動；所述第一滾筒9與氣缸11通過拉桿10連接，所述氣缸11用于控制第一滾筒9遠離或靠近第二滾筒5 ;本實施例的第一滾筒和第二滾筒均為鋼制滾筒，表面設有用于增大滾筒表面與果蔬表面摩擦力的條紋，筒直徑為15cm，轉速為2轉/min。
[0026]所述高光譜掃描系統(tǒng)包括光室I,置于光室內的光源2、鏡頭13、高光譜儀14和CCD相機15,高光譜儀由近紅外光譜儀(芬蘭Spectral Imaging有限公司，波長900-2500nm,波長分辨率是6nm)和CCD相機(比利時Xenics Infrared Solutions公司，像素是320X300)構成。相機曝光速度為2ms/次。
[0027]當檢測果蔬時，氣缸充氣，第一滾筒在氣缸的控制下向第二滾筒靠近，待測果蔬3通過果蔬輸入軌道落入第一滾筒9和第二滾筒5形成的凹槽中，第一電機16、第二電機7分別帶動第一滾筒9和第二滾筒5轉動，待測果蔬3在摩擦力的作用下轉動，同時高光譜掃描系統(tǒng)采集圖像；
[0028]當待測果蔬轉動一周后，高光譜掃描系統(tǒng)停止采集圖像，氣缸放氣，第一滾筒在氣缸的控制下遠離第二滾筒，待測果蔬落入果蔬輸出軌道。
[0029]本實施例的輸入軌道4中設有輸入軌道隔板12,將輸入軌道4劃分為多個通道,每個通道供一個果蔬通過；所述輸入軌道隔板12延長至第一滾筒9和第二滾筒5形成的凹槽上方，將落入凹槽的多個果蔬相互隔開；所述輸出軌道8中設有輸出軌道隔板17,將輸出軌道8劃分為多個通道，每 個通道供一個果蔬通過。通過設置隔板，可同時對多個果蔬進行檢測。
[0030]本實施例以受損梨為例，對本實施例的基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置的檢測過程進行說明:
[0031]鴨梨100顆購于廣州番禺農貿市場，挑選60顆完好的，40顆受損鴨梨(有碰撞損傷，或有多處蟲眼或潰爛)，梨的平均直徑為7cm。采用本實施例的果蔬表面損傷檢測裝置獲得高光譜圖像，采用以下步驟對高光譜圖像進行分析:
[0032]S1、對高光譜圖像進行分割。從高光譜裝置中采集到的圖像，沿著軌道隔板，將每個樣品分割為單獨的果蔬樣品圖像。
[0033]S2、對果蔬樣品圖像的反射圖像進行獨立主成分(ICA)變換，得到第一個獨立主成分圖像ICA1。利用獨立主成分分析(ICA)技術去相關后，可以更加清晰明確地反映梨的受損特性。
[0034]S3、將ICAl圖像轉換為灰度共生矩陣(GLCM)，提取4個紋理特征:能量(ASM)、對比度(C0N)、相關(COR)和熵(ENT)。生成灰度共生矩陣的方向為45度，灰度灰階為8。
[0035]S4、基于4個GLCM的特征值，對梨樣品進行Fisher判別，判別公式為:
[0036]Ql=178628.64^+9815.198Τ2_545047.163Τ3+343478.504Τ4_169536.43
[0037]Q2=178679.83^+10216.606Τ2_536407.961Τ3+345120.374Τ4_168424.77
[0038]其中，T1為能量、T2為對比度、T3為相關、T3為熵；
[0039]將果蔬樣品圖像的T1~T4代入上述兩式，若得到的Ql大于Q2，則為完好果蔬，反之，則為受損果蔬。
[0040]本實施例對對100個梨樣品進行檢測，60個完好梨中57個檢測正確，40個受損梨中38個檢測正確，綜合檢測正確率95%。
[0041]圖3為利用傳統(tǒng)的高光譜掃描裝置得到的圖像，只能掃描梨的一個面，發(fā)現(xiàn)梨上的一個潰爛點(亮斑處)。如果梨完好的一面朝上，則無法檢測到梨的潰爛、損傷。采用本發(fā)明設計的高光譜裝置，梨在旋轉中被掃描，可以得到梨表面一周的圖像信息(圖4)，可發(fā)現(xiàn)梨的多處潰爛點。有效避免了球狀果蔬檢測中的盲點，提高檢測準確性，減少果蔬貯藏運輸中的損失。
[0042]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，其特征在于，包括高光譜掃描系統(tǒng)、果蔬旋轉系統(tǒng)、果蔬輸送系統(tǒng)；所述高光譜掃描系統(tǒng)設于果蔬旋轉系統(tǒng)上方；所述果蔬輸送系統(tǒng)包括果蔬輸入軌道和果蔬輸出軌道；所述果蔬輸入軌道位于果蔬旋轉系統(tǒng)的上方，所述果蔬輸出軌道位于果蔬旋轉系統(tǒng)的下方； 所述果蔬旋轉系統(tǒng)包括氣缸、第一電機、第二電機、第一滾筒和第二滾筒；所述第一滾筒和第二滾筒位于同一水平面，第一滾筒與第一電機連接，第二滾筒與第二電機連接；所述第一滾筒與氣缸連接，所述氣缸用于控制第一滾筒遠離或靠近第二滾筒； 當檢測果蔬時，氣缸充氣，第一滾筒在氣缸的控制下向第二滾筒靠近，待測果蔬通過果蔬輸入軌道落入第一滾筒和第二滾筒形成的凹槽中，第一電機、第二電機分別帶動第一滾筒和第二滾筒轉動，待測果蔬在摩擦力的作用下轉動，同時高光譜掃描系統(tǒng)采集圖像； 當待測果蔬轉動一周后，高光譜掃描系統(tǒng)停止采集圖像，氣缸放氣，第一滾筒在氣缸的控制下遠離第二滾筒，待測果蔬落入果蔬輸出軌道。
2.根據(jù)權利要求1所述基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，其特征在于，所述第一滾筒和第二滾筒均為鋼制滾筒，表面均設有用于增大滾筒表面與果蔬表面摩擦力的條紋。
3.根據(jù)權利要求1所述基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，其特征在于，所述輸入軌道中設有輸入軌道隔板，將輸入軌道劃分為多個通道，每個通道供一個果蔬通過；所述輸入軌道隔板延長至第一滾筒和第二滾筒形成的凹槽上方，將落入凹槽的多個果蔬相互隔開； 所述輸出軌道中設有輸出軌道隔板，將輸出軌道劃分為多個通道，每個通道供一個果蔬通過。
4.根據(jù)權利要求1所述基于高光譜的果蔬表面損傷檢測裝置，其特征在于，所述第一滾筒和第二滾筒的大小相同，旋轉方向和速度相同。
【文檔編號】G01N21/25GK103954563SQ201410151741
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權日:2014年4月15日
【發(fā)明者】孫大文, 謝安國, 曾新安, 劉丹, 韓忠 申請人:華南理工大學