用於檢測柑橘表皮缺陷的在線圖像採集系統及方法與流程
2023-10-28 06:32:57
本發明涉及農業機械領域，具體涉及一種柑橘表皮缺陷果的在線圖像採集系統及方法。
背景技術：
柑橘風味獨特，營養豐富，深受消費者青睞。在我國柑橘總產量很大，但絕大部分品種在國內銷售價格低，「賣果難」的問題經常出現，這使得柑橘產業發展的勢頭受到抑制，一個重要原因就是採後商品化處理落後，外觀質量較差，導致水果的市場競爭力較弱。
根據水果產銷趨勢可以發現，水果產值的大部分是由產後處理和產後加工創造來的。水果的產後商品化處理包括清洗、打蠟、選果、包裝。目前我國國內水果商品化處理過程中的清潔、打蠟設備已經比較成熟，但是分級設備還比較落後。現有技術中已經有根據水果大小和顏色對水果分級的柑橘品質分級生產線，但是仍然無法檢測柑橘的表皮缺陷。
表皮缺陷分為常見性表皮缺陷和表皮腐爛。常見性表皮缺陷是指薊馬果、風傷果、潰瘍病果、裂傷果、炭疽病果、蟲傷果等，這些果實表皮因為病害或者蟲害導致外表醜陋，降低了消費者購買慾望，同時果實風味也受到影響。表皮腐爛是由真菌感染引起的，在柑橘果品收穫期間，極易通過傷口侵入果實，引起水果的採後腐敗。更嚴重的，表皮腐敗具有傳播性，在非常短的時間裡，少量的感染果可以使整批水果腐敗，造成很大的經濟損失；並且還會影響水果後續的運作，如儲藏和運輸。因此，保鮮運輸前，在產地準確地分揀出這些被感染引起的早期腐敗果，不僅可以非常好地控制整批水果的質量，也可以有效地防止這種病害傳播至其它批次柑橘。
目前，我國水果分級加工廠中，這些表皮缺陷果由工人手工挑選剔除。這種方法非常有效，但是操作員的工作負荷大，容易產生疲勞。每隔一段時間輪換操作員的方法也會導致檢測效率比較低，也無法保證每一個缺陷果都被剔除掉。因此，亟需開發一種有效的快速自動化檢測柑橘表皮缺陷的設備。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種用於檢測柑橘表皮缺陷的在線圖像採集系統及方法，可以解決現有技術中人工挑選柑橘早期腐爛和表皮缺陷工作負荷大導致檢測效率低的問題。
第一方面，本發明提供了一種用於檢測柑橘表皮缺陷的在線圖像採集系統及方法，所述系統包括紫外光檢測設備，可見光檢測設備和阻光外殼；所述阻光外殼設置在所述紫外光檢測設備和所述可見光檢測設備的外部，並且柑橘依次通過所述紫外光檢測設備和所述可見光檢測設備；
所述紫外光檢測設備用於向柑橘表皮照射紫外光以使柑橘腐敗區域產生黃色螢光並實時獲取柑橘旋轉狀態下不同位置的螢光圖像；
所述可見光檢測設備用於向柑橘表皮照射可見光並獲取所述柑橘旋轉時不同位置的彩色圖像；
所述阻光外殼用於在柑橘通過所述紫外光檢測設備和所述可見光檢測設備時阻止雜散光進入。
可選地，所述紫外光檢測設備包括：紫外光檢測箱體、多條高壓紫外光水銀燈管、多個紫外光通過濾波板、至少兩個第一條狀凹面鏡、至少兩個半圓弧形紫外光反射罩、紫外光漫反射膜、帶通濾光片和第一工業RGB彩色相機；
所述紫外光檢測箱體相對的兩個側面分別設置有進口和出口，其他兩個側面上設置有紫外光漫反射膜；所述紫外光檢測箱體的頂部固定有多條高壓紫外光水銀燈管，所述高壓紫外光水銀燈管與所述進口和出口所在直線方向相同；在多條高壓紫外光水銀燈管的外部設置有紫外光通過濾波板，在所述紫外光通過濾波板與所述頂部之間設置有半圓弧形紫外光反射罩；在所述紫外光檢測箱體頂部還設置有帶通濾光片；第一條狀凹面鏡設置在所述紫外光檢測設備底部中心線位置的兩側形成柑橘輸送通道，所述中心線與所述進口和出口所在直線方向相同；所述第一工業RGB彩色相機固定在所述紫外光檢測箱體的頂部；
所述高壓紫外光水銀燈管用於發射紫外光；
所述半圓弧形紫外光反射罩將向四面八方的紫外光集中反射到柑橘表皮，以增強柑橘表皮接收的光照強度和光照均勻度並提高紫外螢光效果；
所述至少兩個第一條狀凹面鏡用於在柑橘通過所述柑橘輸送通道時呈現所述柑橘側面的螢光圖像；
所述第一工業RGB彩色相機用於實時獲取所述螢光圖像。
可選地，所述可見光檢測設備包括：可見光檢測箱體、至少兩個第二條狀凹面鏡、半圓弧形可見光反射罩、可見光漫反射膜、陣列式LED白色點光源和第二工業RGB彩色相機；
所述可見光檢測箱體相對的兩個側面分別設置有進口和出口，其他兩個側面上設置有可見光漫反射膜；所述可見光檢測箱體的頂部固定有陣列式LED白色點光源，所述陣列式LED白色點光源與所述進口和出口所在直線方向相同；在所述陣列式LED白色點光源與所述可見光檢測箱體的頂部之間設置有半圓弧形可見光反射罩；在所述可見光檢測箱體的頂部通過圓形通孔固定所述第二工業RGB彩色相機；至少兩個第二條狀凹面鏡設置在所述可見光檢測設備底部中心線位置的兩側形成柑橘輸送通道，所述可見光檢測設備底部中心線與所述進口和出口所在直線方向相同；
所述陣列式LED白色點光源用於發射可見光；
所述半圓弧形可見光反射罩將向四面八方的可見光集中反射到柑橘表皮，增強柑橘表皮反射光的反射強度和均勻度以增加柑橘背光區域的表皮光照亮度與檢測精度；
所述至少兩個第二條狀凹面鏡用於在柑橘通過所述柑橘輸送通道時呈現所述柑橘側面的圖像；
所述第二工業RGB彩色相機用於實時獲取所述柑橘側面的圖像。
可選地，所述第一條狀凹面鏡和所述第二條狀凹面鏡的安裝角度為45度；
和/或，
所述阻光外殼包括阻光拱形通道和相機外箱體；
所述阻光拱形通道設有三道用0.5mm厚橡膠皮條製成的通道門；相鄰兩道通道門之間距離為10cm；
所述相機外箱體固定在所述紫外光檢測設備和所述可見光檢測設備的上部；並且所述相機外箱體兩側還設置有橫杆，所述橫杆上設置有可調節高度的相機固定鋼架和槽孔，用於調節所述第一工業RGB彩色相機和/或所述第二工業RGB彩色相機的高度；
和/或，
所述帶通濾波片與所述第一工業RGB彩色相機鏡頭的中心位置在同一條垂直線上。
可選地，所述帶通濾光片允許波長為530～650nm的光線通過；所述高壓紫外光水銀燈管能夠發出主峰為365nm的紫外光。
第二方面，本發明實施例還提供了一種基於上文所述的在線圖像採集系統實現的檢測方法，所述方法包括：
柑橘在導軌和果杯的作用下，旋轉滾動地通過第一道通道門進入紫外光檢測設備；
所述紫外光檢測設備實時獲取柑橘直射圖像和映射圖像；當柑橘表皮出現早期腐爛時所述螢光圖像呈現為黃色；所述柑橘表皮正常時所述螢光圖像為暗色；
剔除表皮腐爛果後，剩餘柑橘進入可見光檢測設備；
所述可見光檢測設備實時獲取柑橘直射圖像和映射圖像，並根據所述直射圖像和所述映射圖像進行顏色空間變換和閾值分割,確定常見表皮缺陷果和正常果。
可選地，所述方法還包括：
根據直射圖像計算正常果的大小，並根據所述正常果的大小按照預設分級表進行分級。
可選地，判斷柑橘表皮出現早期腐爛通過以下步驟獲取：
獲取柑橘螢光圖像中G分量圖像，並計算所述G分量圖像的Mirror圖像；
根據所述G分量圖像和所述G分量圖像的Mirror圖像進行圖像比運算；
利用單閾值方法構建去除背景的掩膜圖像，並利用所述掩膜圖像以及亮度和光譜提取柑橘的腐爛缺陷特徵；
基於亮度的腐爛缺陷特徵提取包括：利用所述醃膜圖像相繼點乘和的分量比圖像得到螢光反射校正圖像；將去除螢光反射圖像進行閾值提取和開運算得到腐爛區域的二值圖像；
基於光譜的腐爛缺陷特徵提取包括：選擇同時滿足G>R和G>B的光譜點為腐爛區域像素，對所得區域進行閉運算。
可選地，判斷柑橘表皮具有表皮缺陷通過以下步驟獲取：
獲取可見光照射下柑橘RGB圖像中G分量圖像和B分量圖像，計算的分量比圖像；
採用單閾值方法構建二值化掩膜模板，提取到去除背景的RGB掩膜圖像；
將所述RGB掩膜圖像轉化成HSI顏色空間圖像，並提取H分量圖像；
對所述H分量圖像執行偽彩色變化以獲取偽彩色圖像；
將所述偽彩色圖像轉變為RGB圖像，從所述RGB圖像中提取G分量圖像G』；
對所述G分量圖像G』進行單閾值計算且進行形態學去噪聲得到二值化圖像，所述二值化圖像中的非零序區域為常見表皮缺陷區域。
由上述技術方案可知，本發明中紫外光檢測設備可根據柑橘表皮的螢光特性，採集螢光圖像，通過圖像分析確定表皮腐爛區域，識別腐爛果，再通過卸果裝置剔除表皮腐爛果；可見光檢測設備可採集到果面的顏色差異，通過圖像顏色空間變換和閾值分割，可判別出正常果和常見表皮缺陷果。可見，本發明通過水果的旋轉和凹面鏡的使用，可以採集到水果的全表面圖像，從而提高檢測精確度；兩次不同原理與方法的檢測，可以逐步剔除表皮缺陷果。另外，本發明還可以大大降低工人的勞動強度，使水果可以快速準確分級，提升產品競爭力，提高果農收益。
附圖說明
通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特徵和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中：
圖1是本發明提供的一種用於檢測柑橘表皮缺陷的在線圖像採集系統結構示意圖；
圖2是圖1中紫外光檢測設備結構示意圖；
圖3是圖1中可見光檢測設備結構示意圖；
圖4是圖1中阻光拱形通道結構示意圖；
圖5是圖1中相機外箱體結構示意圖；
圖6～圖7是水果通過紫外光檢測設備示意圖；
圖8是水果通過可見光檢測設備示意圖；
圖9是早期腐爛果檢測流程示意圖；
圖10是早期腐爛果檢測結果示意圖；
圖11是常見缺陷果檢測流程示意圖；
圖12是常見表皮缺陷果檢測結果示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1所示，本實施例公開一種用於檢測柑橘表皮缺陷的在線圖像採集系統，包括紫外光檢測設備、可見光檢測設備和阻光外殼。阻光外殼設置在紫外光檢測設備和可見光檢測設備的外部，並且柑橘依次通過紫外光檢測設備和可見光檢測設備。紫外光檢測設備用於向柑橘表皮照射紫外光以使柑橘腐敗區域產生黃色螢光並實時獲取所述柑橘的螢光圖像；可見光檢測設備用於向柑橘表皮照射可見光並獲取所述柑橘旋轉時不同位置的彩色圖像；阻光外殼用於在柑橘通過所述紫外光檢測設備和所述可見光檢測設備時阻止雜散光進入。
如圖1、圖2、圖6、圖7所示，紫外光檢測設備包括紫外光檢測箱體1、高壓紫外光水銀燈管8、紫外光通過濾波板9、第一條狀凹面鏡10、半圓弧形紫外光反射罩11、紫外光漫反射膜12、帶通濾光片13和第一工業RGB彩色相機22。其中，高壓紫外光水銀燈管8安裝紫外光檢測箱體1的頂部。當上述頂部設置有梯形時，該高壓紫外水銀燈管8安裝在肩部(即梯形的腰)，並且可發射中心波段365nm紫外光。高壓紫外水銀燈管8的安裝高度可以調節，從而使得燈管發出的光更有效的照射在水果表皮。高壓紫外光水銀燈管8背面設置有半圓弧形紫外光反射罩11，該半圓弧形紫外光聚光反射罩11材質為氧化鋁板，其表皮鍍有耐高溫層，並貼有紫外光漫反射膜12。紫外光聚光反射罩11和紫外光漫反射膜12可以使得紫外水銀燈管8向四面八方發出的光，最大程度集中反射到水果表皮，增強水果表皮所接收的光照強度和光照均勻度，提高紫外螢光效果。
紫外光檢測箱體1頂部為平頂，並設置有一圓形通孔平臺。通孔平臺上部用於安裝帶通濾光片13，該帶通濾波片用於通過波長為530～650nm的光線，530nm以下和650nm以上全部截止。可見，通過安裝帶通濾波片13，可以有效地去除紫外光高壓水銀燈管8發出的紫外光中紫外可見光(由於製造工藝受限，紫外光光源中通常包含部分紫色可見光)。第一條狀凹面鏡10安裝在檢測箱底部中心位置兩側，兩塊凹面鏡中間為水果輸送通道，其安裝α角度可以設置有0°～90°。優選為45°，此時可以以最大面積地將輸送通道內的水果側面圖像呈現在第一條狀凹面鏡10中，並被第一工業RGB彩色相機22獲取到進行缺陷識別。
如圖1、圖3、圖8所示，可見光檢測設備包括可見光檢測箱體2、第二條狀凹面鏡(實際應用中，第二條狀凹面鏡與第一條狀凹面鏡10完全相同，後面都以第一條狀凹面鏡10表示)、圓形通孔14、半圓弧形可見光反射罩15、可見光漫反射膜16、陣列式LED白色點光源17、第二工業RGB彩色相機22』。
陣列式LED白色光點光源17安裝在可見光檢測箱體2的上端肩部，陣列式LED白色光點光源17背面設置有半圓弧形可見光反射罩14。可見光檢測箱體2內部貼有可見光反射膜16，可以提高反射光的反射強度和均勻度，增加水果背光部分區域的表皮光照亮度提高檢測精度。
圓形通孔14上方安裝有第二工業RGB彩色相機22』，相機目鏡對準圓形通孔14，以便採集箱體內通過的水果圖像。第二條狀凹面鏡10』安裝在可見光檢測箱3底部中心位置兩側，兩塊第二條狀凹面鏡10』中間為水果輸送通道，其安裝α角度為45°左右，用以最大面積地將輸送通道內的水果側面圖像呈現在凹面鏡10中，可以使反射光源角度最大限度對準輸送通道中通過的水果表皮，增加其光照亮度，並被第二工業RGB彩色相機22』獲取到側面圖像，並進行表皮缺陷識別。
如圖1、圖4、圖5，阻光外殼包括阻光拱形通道7和相機外箱體3。阻光拱形通道7包含三道用0.5mm厚橡膠條18製成的拱形通道門，相鄰兩道通道門之間距離為10cm。在柑橘果實依次通過3道通道門時，可以很好的防止外界雜散光進入檢測箱體，幹擾檢測效果。相機外箱體3固定在紫外光檢測箱體和可見光檢測箱體頂部，兩側設置有可調節高度的相機固定衡杆，可以通過安裝槽孔21調節相機物距高度，使相機鏡頭與紫外光檢測設備中的帶通濾光片13、可見光檢測箱的圓形通孔14銜接。
本發明實施例提供的一種用於檢測柑橘表皮缺陷的在線圖像採集系統工作流程包括：
輸送的水果在導軌4和果杯5的作用下旋轉滾動，通過阻光拱形通道7進入紫外光檢測箱體1，由於阻光拱形通道7長度達20cm，且具有3層橡膠條製成的通道門，可以隔離外界幹擾光。
進入紫外光檢測設備時，高壓紫外光水銀燈管發出的強紫外光的可以使得真菌感染引起的腐敗柑橘其腐爛區域發出黃色的螢光，而正常果皮區域則不會發出螢光將保持較暗的表皮顏色。由於製造技術上的原因，所用高壓紫外光水銀燈管所發出的光雖然中心波長是365nm，但其輻射範圍是320～400nm，所以紫外光中必然帶著紫色的光，這樣在鏡頭前安裝的帶通濾波片13可以有效地將紫色光去除，獲取果皮和腐敗區域對照度更為清晰的黃色螢光圖像。
由於水果被傳送時處於旋轉翻滾狀態，為了更加全面檢測水果樣本整個表皮區域，每個水果在旋轉時拍攝3幅不同位置圖像。此外，檢測箱中所安裝的條狀凹面鏡10可以呈現水果旋轉過程中左右兩側的圖像，第一工業RGB相機22可以記錄下每一個樣本在紫外光檢測箱體1內的3幅直射圖和6幅條狀凹面鏡10中的映射圖像，可以全面的採集樣本表皮信息，提高表皮腐爛果的識別精度。
紫外光檢測箱體1內所採集的螢光圖像通過計算機的分析，立刻分辨出該樣本是否為腐爛樣本，如果該樣本是腐爛樣本，則當該樣本從紫外光檢測箱體1通過後被卸果裝置卸果，即不再進入可見光檢測設備。如果該樣本不是腐爛果，則該樣本進入可見光檢測箱體2。
可見光檢測箱體2內，在陣列式LED白色光點光源17的照射下，第二工業RGB彩色相機22』採集柑橘旋轉時不同位置下的3幅直射圖像和6幅映像圖，由於表皮缺陷果受病位置與正常表皮顏色不同，因此通過RGB圖像中表皮顏色的差異可區分出常見缺陷果和正常果。當採集的可見光圖像在計算機的分析後發現其表皮有缺陷，則歸入缺陷果類，當樣本分析後無明顯缺陷，則該樣本為正常果。此外，還可通過3幅直射圖去計算正常果的大小，進而通過正常果的大小根據預設分級表進行果實分級。上述預設分級表是預設在計算機的正常果大小與等級對應表。
需要說明的是，本發明採集得到的紫外光檢測圖和可見光檢測圖均包含至少3幅直射圖和6幅水果左右兩側位置在凹面鏡10和10』中的映射圖像，計算機分析所採集得到的圖像時，9幅圖像中任何一幅圖像包含腐爛或者任何一種常見表皮缺陷時，均被判定為腐爛果或者常見表皮缺陷果。
本實施例的柑橘早期腐爛果和常見表皮缺陷果的機器視覺圖像採集系統適用於不同大小和種類的柑橘類水果，能夠實現自動化檢測真菌感染引起的早期柑橘腐爛果和常見表皮缺陷果，篩選和分級正常果，從而提升檢測表皮缺陷果的效率和準確率，降低工人的勞動強度。
第二方面，本發明還提供了一種基於上文所述的在線圖像採集系統實現的檢測方法，所述方法包括：
柑橘在導軌和果杯的作用下，旋轉滾動地通過第一道通道門進入紫外光檢測設備；
所述紫外光檢測設備實時獲取柑橘直射圖像和映射圖像；當柑橘表皮出現早期腐爛時所述螢光圖像呈現為黃色；所述柑橘表皮正常時所述螢光圖像為暗色；
剔除表皮腐爛果後，剩餘柑橘進入可見光檢測設備；
所述可見光檢測設備實時獲取柑橘直射圖像和映射圖像，並根據所述直射圖像和所述映射圖像進行顏色空間變換和閾值分割,確定常見表皮缺陷果和正常果。
優選地，所述方法還包括：根據3幅直射圖像計算正常果的大小，並根據所述正常果的大小按照預設分級表進行分級。
實際應用中，以贛南臍橙為例，所選樣本包括腐敗果、多種常見表皮缺陷果(風傷、炭疽病，潰瘍，裂果，薊馬，蟲咬)和正常果，柑橘表皮出現早期腐爛通過以下步驟獲取，如圖9所示，包括：
步驟1，根據工業RGB彩色相機獲取如圖10-a(圖10中第一列)所示的柑橘側面的螢光圖像，以及該螢光圖像中G分量圖像(如圖10-b所示)，並計算所述G分量圖像的Mirror圖像。
步驟2，根據上述G分量圖像和上述G分量圖像的Mirror圖像進行圖像比運算得到圖像比圖像(如圖10-c所示)。
步驟3，利用單閾值方法(閾值T1＝80)構建去除背景的掩膜圖像，並利用掩膜圖像以及亮度和光譜提取柑橘的腐爛缺陷特徵。
基於亮度的腐爛缺陷特徵提取包括：分別提供和的分量比圖像。然後利用步驟1中上述醃膜圖像相繼點乘和的分量比圖像得到螢光反射校正圖像(如圖10-d所示)。將去除螢光反射圖像進行閾值提取(閾值T2＝124)和開運算得到腐爛區域的二值圖像(如圖10-e所示)。在此，圖像的乘法運算是因為水果表皮較大的曲率變化導致螢光RGB圖像(如圖10-a所示)各分量圖像表皮灰度分布不均，從而給腐爛區域的提取造成困難，進行點乘運算可以使表皮灰度分布均勻，同時可去除螢光反射。
基於光譜的腐爛缺陷特徵提取包括：選擇同時滿足G>R和G>B的光譜點為腐爛區域像素，對所得區域進行閉運算。本發明的發明人通過對腐爛表皮和常見缺陷表皮的光譜特性分析發現，只有早期腐爛表皮的G分量灰度值同時高於R和B的分量灰度值即G>R且G>B，而其他類型表皮缺陷則不具備這一光譜特性，因此選擇同時滿足G>R且G>B的光譜點即為腐爛區域像素。
為了提高腐敗區域的識別成功率，本發明實施例中將亮度與光譜特徵進行組合即同時滿足亮度特徵提取和光譜特徵提取的圖像像素才是腐爛區域。
需要說明的是，圖10中從上到下每行分別表示：(1)正常果；(2)果梗；(3)風傷；(4)裂果；(5)薊馬；(6)蟲咬；(7)潰瘍；(8)早期腐爛果。
實際應用中，判斷柑橘具有常見表皮缺陷通過以下步驟獲取，如圖11所示，包括：
步驟1，獲取可見光照射下柑橘RGB圖像(如圖12-a所示)中G分量圖像和B分量圖像，計算的分量比圖像。
步驟2，採用單閾值方法(閾值為145)構建二值化掩膜模板(如圖12-b所示)，提取到去除背景的RGB掩膜圖像。
步驟3，將RGB掩膜圖像轉化成HSI(色調H，飽和度S和亮度I)顏色空間圖像，並提取H分量圖像(如圖12-c所示)。需要說明的是，轉化成HSI顏色空間圖像是因為水果表皮曲率變化較大，導致RGB圖像各分量圖像表皮灰度分布不均，會給缺陷區域提取造成困難。另外，提取H分量圖像是由於H分量為HSI空間中的色調分量，其對水果表皮較大曲率變化造成的可見光強度照射下不均的敏感性較低。
步驟4，對H分量圖像執行偽彩色變化以獲取偽彩色圖像(圖12-d所示)。
步驟5，將偽彩色圖像轉變為RGB圖像，並從該RGB圖像中提取G分量圖像G』(如圖12-e所示)。由圖12-e可見，常見缺陷區域的果皮和正常果皮區域對照度明顯。
步驟6，對G分量圖像G』進行單閾值計算(閾值為150)快速分割並進行形態學去噪得到二值化圖像(圖12-f)。該二值化圖像中的非零序區域為常見表皮缺陷區域(圖12-g)。從結果可以看出，多種常見缺陷果的缺陷區域均能夠有效地被檢測到。
需要說明的是，圖12中從上到下每行分別表示：(1)正常果，(2)風傷，(3)炭疽病，(4)潰瘍，(5)裂果，(6)薊馬，(7)蟲咬
由上可以看出，本發明實施例提供的檢測方法基於上文所述的在線圖像採集系統實現，因而可以解決同樣的技術問題，並取得相同的技術效果，在此不再一一贅述。
在本發明中，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術語「多個」指兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。
雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的範圍之內。