多光譜檢測裝置及檢測方法
2023-07-07 23:03:01 1
專利名稱：多光譜檢測裝置及檢測方法
技術領域：
本發明涉及光譜檢測技術領域，特別是涉及一種用於農畜產品生產的多光譜檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
我國牛業品種資源豐富，主要包括以我國五大黃牛(魯西牛、秦川牛、延邊牛、南陽牛、晉南牛)為代表的地方品種和引進的國外優良品種(西門塔爾牛、利木贊牛、皮埃蒙特牛、夏洛來牛等)，其中，我國地方黃牛品種以生產高品質的大理石花紋沉積牛肉而備受消費者喜愛。隨著國民生活水平的逐漸提高，我國消費者對於牛肉特別是高檔牛肉的需求量與日俱增。據農業部統計，2008年我國牛肉總產量達613. 2萬噸，比2000年增長19. 5%0 牛肉產量佔全國肉類總產量的8. 4%;佔世界牛肉總產量的10%，肉牛產量僅次於美國和巴西，位居世界第三位。在國際市場上，我國生產的牛肉主要是以低價取勝，以獲取大量的出口，而除此之外我國的牛肉在國際市場上並沒有競爭力。這主要是由於我國農畜產品品質及安全檢測手段不完善，我國對肉類產品的品質分級、分類的檢測設備落後，很多情況下都依靠人工對產品進行簡單分級，甚至是不分級，這就造成產品的質量不一，部分優質產品也只能按照普通等級出售，給企業帶來巨大的經濟損失。目前，肉類行業使用的牛肉品質的主要評估方法主要有以下I、感官評定法，由經過專業訓練的人員對樣品進行分級評定，這種方法易受評定人員的主管因素的影響；2、設備評定法，如使用剪切儀測定牛肉的嫩度值，用紅外烘乾設備檢測牛肉的水分含量，但這種評定方法檢測比較耗時，且對樣品具有破壞性，不適合在線檢測；3、光譜檢測技術，作為一種新興技術，光譜檢測技術在各行業中得到了廣泛的應用，不會對樣品造成破壞，光譜檢測技術包括高光譜、紅外光譜、螢光光譜、多光譜等。光譜技術是利用光線在樣品內部的吸收、反射及散射特徵來實現對樣品參數的檢測。光線的吸收與樣品的化學成分有關，而光線的反射和散射主要由樣品的結構特性決定， 因此光線的反射特徵可以用於測定樣品的質地。目前，主要是採用高光譜技術、紅外光譜技術和螢光光譜技術進行檢測，但高光譜技術、紅外光譜技術、螢光光譜技術所配置的檢測儀器的價格動輒幾十萬，甚至數百萬，大大提高了企業的檢測成本，不利於企業產品的市場銷售。
發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何提供一種成本較低，檢測性能精確、穩定，且對樣品不會造成損傷的多光譜檢測裝置及檢測方法。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本發明提供一種包括光源、聚光鏡頭、攝影機、濾光片自動切換裝置、遮光罩和防護罩；所述防護罩位於遮光罩的上方，所述遮光罩的上表面和防護罩的下表面相對的位置分別開有第一通孔；所述遮光罩的底部與第一通孔相對的位置放置待檢測的樣品，其頂部固定設有光源；所述濾光片自動切換裝置設置在所述防護罩內，所述濾光片自動切換裝置包括殼體、安裝在殼體內的濾光片轉換輪、以及與所述濾光片轉換輪相連的驅動單元，所述殼體上開有貫穿殼體上下表面的觀察窗，所述觀察窗位於所述第一通孔處；所述濾光片轉換輪相對於觀察窗的位置的環向上設有多個濾光片沉孔，每個濾光片沉孔內設有濾光片；所述聚光鏡頭安裝在觀察窗的上方，其另一端與攝像機連接。其中，所述遮光罩的底部位於樣品的一側設有白參考瓦。其中，所述濾光片自動切換裝置還包括位置檢測單元，所述位置檢測單元包括兩個分別與驅動單元相連的傳感器，所述殼體和濾光片轉換輪相對的位置分別開有的第二通孔，所述兩個傳感器分別位於殼體的第二通孔的上下端，將殼體的第二通孔與濾光片轉換輪的第二通孔重合時的位置設為初始位置。其中，所述驅動單元為步進電機，所述驅動單元通過雙齒輪結構的傳動裝置與所述濾光片轉換輪連接，所述雙齒輪相嚙合，其中一個齒輪與濾光片轉換輪同軸相連，另一個齒輪與所述驅動單元的轉動軸相連。其中，還包括手柄，所述手柄位於防護罩的外部，所述手柄上設置有啟動開關，所述啟動開關通過導線與驅動單元相連。其中，所述攝影機為電荷耦合相機。其中，所述光源為可發出均勻面光線的石英滷鎢燈。一種上述的多光譜檢測裝置的檢測方法，包括圖像獲取步驟打開光源和攝像機， 同時通過驅動單元驅動濾光片轉換輪轉動使得所需的濾光片對準觀察窗，由攝像機通過聚光鏡頭從濾光片中獲取樣品的灰度圖像；轉動濾光片轉換輪切換濾光片，獲取多張不同波段的灰度圖像。其中，所述樣品為畜肉樣品，所述多光譜檢測方法還包括圖像分割步驟通過圖像分割運算模型將不同波段下的灰度圖像兩兩進行運算， 獲得分級的樣品的灰度圖像；運算後所得的灰度圖像中各像素點的灰度值設為Iu，兩個不同波段下的灰度圖像的灰度值分別設為Iiu和I2U，圖像矩陣的行數為i，列數為j，則圖像分割運算模型為=Iij = Ilij-I2ij ；樣品的大理石花紋等級判定步驟根據所述的圖像分割運算模型為=Iij =
取出脂肪顆粒，利用分割後的樣品的灰度圖像信息可以計算出待測樣品中脂肪顆粒的大小、分布均勻性、分布密度等大理石花紋特徵變量，從而可得出出樣品的大理石花紋等級，樣品的大理石花紋等級設為L，根據所述圖像分割運算模型中得到的樣品灰度值
Iij計算出大理石花紋特徵變量的值Xi,回歸係數設為k和bi; i = 1，2，......，m，m為所
建模型中所選濾光片的數量，則大理石花紋等級的預測運算模型為
權利要求
1.一種多光譜檢測裝置，其特徵在於，包括光源、聚光鏡頭、攝影機、濾光片自動切換裝置、遮光罩和防護罩；所述防護罩位於遮光罩的上方，所述遮光罩的上表面和防護罩的下表面相對的位置分別開有第一通孔；所述遮光罩的底部與第一通孔相對的位置放置待檢測的樣品，其頂部固定設有光源；所述濾光片自動切換裝置設置在所述防護罩內，所述濾光片自動切換裝置包括殼體、安裝在殼體內的濾光片轉換輪、以及與所述濾光片轉換輪相連的驅動單元，所述殼體上開有貫穿殼體上下表面的觀察窗，所述觀察窗位於所述第一通孔處；所述濾光片轉換輪相對於觀察窗的位置的環向上設有多個濾光片沉孔，每個濾光片沉孔內設有濾光片；所述聚光鏡頭安裝在觀察窗的上方，其另一端與攝像機連接。
2.如權利要求I所述的多光譜檢測裝置，其特徵在於，所述遮光罩的底部位於樣品的一側設有白參考瓦。
3.如權利要求I所述的多光譜檢測裝置，其特徵在於，所述濾光片自動切換裝置還包括位置檢測單元，所述位置檢測單元包括兩個分別與驅動單元相連的傳感器，所述殼體和濾光片轉換輪相對的位置分別開有的第二通孔，所述兩個傳感器分別位於殼體的第二通孔的上下端，將殼體的第二通孔與濾光片轉換輪的第二通孔重合時的位置設為初始位置。
4.如權利要求I所述的多光譜檢測裝置，其特徵在於，所述驅動單元為步進電機，所述驅動單元通過雙齒輪結構的傳動裝置與所述濾光片轉換輪連接，所述雙齒輪相嚙合，其中一個齒輪與濾光片轉換輪同軸相連，另一個齒輪與所述驅動單元的轉動軸相連。
5.如權利要求I所述的多光譜檢測裝置，其特徵在於，還包括手柄，所述手柄位於防護罩的外部，所述手柄上設置有啟動開關，所述啟動開關通過導線與驅動單元相連。
6.如權利要求I所述的多光譜檢測裝置，其特徵在於，所述攝影機為電荷耦合相機。
7.如權利要求I所述的多光譜檢測裝置，其特徵在於，所述光源為可發出均勻面光線的石英滷鎢燈。
8.—種如權利要求1-7任一項所述的多光譜檢測裝置的檢測方法，其特徵在於，包括圖像獲取步驟打開光源和攝像機，同時通過驅動單元驅動濾光片轉換輪轉動使得所需的濾光片對準觀察窗，由攝像機通過聚光鏡頭從濾光片中獲取樣品的灰度圖像；轉動濾光片轉換輪切換濾光片，獲取多張不同波段的灰度圖像。
9.如權利要求8所述的多光譜檢測裝置的檢測方法，其特徵在於，所述樣品為畜肉樣品，所述多光譜檢測方法還包括圖像分割步驟通過圖像分割運算模型將不同波段下的灰度圖像兩兩進行運算，獲得分級的樣品的灰度圖像；運算後所得的灰度圖像中各像素點的灰度值設為Iu，兩個不同波段下的灰度圖像的灰度值分別設為Iiu和I2u，圖像矩陣的行數為i，列數為j，則圖像分割運算模型為Jij = Ilij-I2ij ；樣品的大理石花紋等級判定步驟根據所述的圖像分割運算模型為=Iij = Ilij-I2ij提取出脂肪顆粒，利用分割後的樣品的灰度圖像信息可以計算出待測樣品中脂肪顆粒的大小、分布均勻性、分布密度等大理石花紋特徵變量，從而可得出出樣品的大理石花紋等級， 樣品的大理石花紋等級設為L，根據所述圖像分割運算模型中得到的樣品灰度值Iu計算出大理石花紋特徵變量的值Xi,回歸係數設為k和bi;i = 1,2,......，m，m為所建模型中所選濾光片的數量，則大理石花紋等級的預測運算模型為
10.如權利要求8所述的多光譜裝置的檢測方法，其特徵在於，還包括樣品相對發射率的換算步驟在放置樣品的一側設有白參考瓦，通過將白參考瓦的標準灰度值與樣品灰度圖像中各像素點的灰度值進行比較，換算出各個像素的相對反射率 Xij ;樣品灰度圖像上像素點的灰度值設為Gu，白參考瓦的標準灰度值設為Gtl,圖像矩陣的行數為i，列數為j，則每種濾光片的樣品相對反射率Xu的計算公式為樣品品質參數的測定步驟利用多元線性回歸模型檢測樣品的灰度圖像中各像素點的品質參數；樣品灰度圖像中像素點的品質參數值設定SFu，回歸係數為&和fk，k= 1，2，......，m，m為所建模型中所選濾光片的數量，由所述樣品相對反射率的計算公式換算出每種濾光片的樣品相對反射率Xku，則所建立的多元線性回歸模型為
全文摘要
本發明涉及光譜檢測技術領域，公開了一種用於農畜產品生產的多光譜檢測裝置及檢測方法。本發明一種多光譜檢測裝置，包括光源、聚光鏡頭、攝影機、濾光片自動切換裝置、遮光罩和防護罩，防護罩位於遮光罩的上方，樣品和光源設置在遮光罩內，聚光鏡頭、攝影機和濾光片自動切換裝置設置在防護罩內，攝影機通過聚光鏡頭安裝在濾光片自動切換裝置的觀察窗的上方，所述觀察窗對著樣品。本發明通過攝像機獲取濾光片中樣品的灰度圖像，同時採用濾光片自動切換裝置切換不同光譜的濾光片，實現對樣品進行無接觸的在線檢測，避免了對樣品造成損傷，該檢測裝置成本較低，檢測性能精確、穩定。
文檔編號G01N21/84GK102590213SQ20121001801
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者彭彥昆, 歐陽文, 江發潮, 石力安, 郭輝 申請人:中國農業大學