基于光谱成像的青梅糖度与酸度快速无损检测装置制造方法及图纸

一种基于声光可调滤光器光谱成像的青梅糖度与酸度快速无损检测装置，包括光室、成像系统、图像处理与检测运算单元和显示单元；光室由上下两部分组成，光室上部由带观察孔的半球型反射罩、高度调节套筒组成；光室下部是不透光空间。光室上部设有载物台与被测对象；光室下部设有镜面反射面、光源；光室上下部之间设有透光材料。对于成像系统所在空间，成像系统包括高灵敏度相机及其镜头，在镜头与相机之间设有可进行波段扫描的滤光器件；高灵敏度相机的数据输出端连接图像处理与检测运算单元的数据输入端；图像处理与检测运算单元的显示信号输出端连接显示单元的显示信号输入端；图像处理与检测运算单元的数据信号输出端连接外部设备接口。本发明专利技术检验结果准确、客观，表达方式直观，从而为青梅的生产、贮藏、运输与销售环节中质量安全监管提供保障手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种针对青梅糖度与酸度检测的装置，采用基于声光可调滤光器光谱成像方式采集数据，显示青梅指标空间分布图，对空间分布图中的像素位置预测结果进行统计并显示各指标像素检测均值与分布范围，属于食品对象无损检测

技术介绍
青梅是营养价值较高的果实，具有独特的营养特色和生物学功能。目前我国青梅精深加工的高附加值产品主要有两类，制作梅精和制作发酵青梅酒，青梅果精深加工产品不同，对原料果的成分特点要求也不同。用于制作梅精的梅果有机酸成分含量要求尽可能高。酸高、糖低是青梅精制作对原料果成分特点的理想要求。用于酿造发酵青梅酒的梅果酸类物质含量不能过高，而其总糖含量则尽可能高些。酸低、糖高是酿造青梅酒工艺对梅果成分的理想要求。目前水果内部品质分析方法存在破坏样品、操作复杂、耗时长、成本高和无法实现在线检测等不足。在实际生产中，由于受到地域、品种、光照，以及园艺管理、不同植株及不同部位果实成熟度个体差异等影响，同批采摘的梅果总酸度及总糖含量之间存在较大差异。理化测定法常用于测定青梅的糖度和酸度，用电极电位法测定总酸度，用苯酚－硫酸法测定总糖含量，但这种方法具有破坏性、随机性、主观性，检测效率较低，无法满足对原料果开展按成分检测分等的需求。对青梅糖度与酸度进行检测的无损快速手段目前仍处于缺失状态。青梅果尺寸小、表面曲率大，在受到平行光照射时，入射角度的变化造成表面各点所受辐射强度随几何位置有明显差异，加上固定观测点到球形表面各点的观测角度变化，很难获得观测亮度均匀的球形目标图像，影响基于各波段光谱图像中空间各点观测亮度开展的光谱图像检测的准确性。
技术实现思路
为了提升青梅表面照明的均匀性，需要根据青梅果形与尺寸特征定制专用反射照明系统。青梅的糖度与酸度由于受到青梅自身组织成分的非均匀性及所受环境影响因素的非均匀性作用不可能均匀一致，所以对青梅品质的检测应当反映糖度与酸度在空间上的分布情况及在青梅表面各个像素点位置处预测数据的统计显示，而非仅采用平均值或代表值反映被测对象的整体情况。本专利技术为解决青梅快速无损检测其品质特征指标程度在空间分布情况及在青梅表面各个像素点位置处预测数据的统计显示问题，提出了一种基于声光可调滤光器光谱成像的青梅糖度与酸度快速无损检测装置。一种基于声光可调滤光器光谱成像的青梅糖度与酸度快速无损检测装置，包括光室、成像系统、图像处理与检测运算单元和显示单元；所述光室内设有光源和用来安放被测对象的载物台；光载物台受光源的充分照明；光室设有观察孔，成像系统通过观察孔采集被测对象的图像；所述载物台的位置可调；成像系统的数据输出端连接图像处理与检测运算单元的数据输入端；图像处理与检测运算单元的显示信号输出端连接显示单元的显示信号输入端；图像处理与检测运算单元的数据信号输出端连接外部设备接口。所述载物台为圆形，其尺寸覆盖成像系统的整个视场；载物台的材质与被测对象在所用光源的照明下，反射率有显著差异，便于从视场中自动分割出被测对象。方式A、所述光源为点光源；光室的结构为：光室的设有内部空腔；内部空腔由上下两部分构成，构成内部空腔上部的是半球型反射罩，构成内部空腔下部的是内凹的镜面反射面；内部空腔的上下两部分之间设有由透光材料制成的支撑板，载物台在该支撑板上；光源位置在支撑板与镜面反射面之间的空间内；反射罩的内壁覆有反射涂层，该反射涂层的要求为：反射涂层在观测波段不能有强烈的光谱吸收；制成支撑板的透光材料，该透光材料的透射率在观测波段不能有强烈的光谱吸收；支撑板的下表面覆有辐射波段选择涂层，该辐射波段选择涂层在满足成像光谱范围要求的情况下排除成像无关波段(如紫外辐射和热辐射)；方式B、所述光源为面光源；面光源均匀分布在被测对象的周围空间；(具体实施时候，光室的内部空腔可以为球形。面光源可以采用cob LED。各个cob LED均匀分布在球面上，该球面的球心位置即为被测对象位置。在cobLED与被测对象之间设有均光板，均光板呈球面，再在其内表面根据需要覆滤光膜。成像系统的镜头可以装设在球面上。)方式C、所述光源为线光源；线光源均匀分布在测对象(6)的周围空间。(具体实施时候，光室的内部空腔可以为球形。线光源可以采用LED灯带。各个LED灯带沿球面的经线均匀分布在球面上，该球面的球心位置即为被测对象位置。在LED灯带与被测对象之间设有均光板，均光板呈球面，再在其内表面贴附有均光板，再在均光板内表面根据需要覆滤光膜。成像系统的镜头可以装设在球面上。)上述方式B和C中，“滤光膜”在满足成像光谱范围要求的情况下排除成像无关波段(如紫外辐射和热辐射)；方式A中：所述成像系统和被测对象在同一直线上，且在观察孔的两侧；观察孔的轴线与该直线重合；光源照明的角度满足：从下向上通过透光材料经反射罩表面均匀覆盖被测对象，避免光线直接进入成像系统的镜头。载物台的位置可调，调节机构为高度调节套筒；高度调节套筒包括伸缩可调连接的上、下两段套筒，上、下两段套筒分别与半球形反射罩和下部光室密闭连接；高度调节套筒围成的空腔是光室的内部空腔的一部分。所述成像系统包括高灵敏度相机及其镜头；高灵敏度相机可以同时满足辐射量最小和最大的光谱波段的成像要求；镜头是抗色散镜头，在镜头与相机之间设有可进行波段扫描的滤光器件；镜头指向反射罩上的观察孔，高灵敏度相机)通过该观察孔采集被测对象的图像；所述载物台的位置可调，调节方法为：在调节载物台的位置时，边调节，边观察被测对象经成像系统等得到的亮度梯度等高线的形状；若等高线呈平行同心分布规律，则表示中央区域亮度明显高于周围，检测区域亮度不均；然后，反复调节载物台的位置，直到等高线不再呈现同心分布，则表明检测区域亮度均匀，可以开始光谱图像采集。被测对象表面照明均匀度是通过采集被测对象表面图像，利用sobel算子计算检测区域各点梯度方向，通过亮度梯度等高线的形状特征评价被测区域的照明均匀度。若等高线密集且呈平行同心分布，则检测区域亮度不均；若等高线稀疏且没有明显中心，则表示检测区域亮度均匀。图像运算与检测单元根据成像系统采集的光谱图像进行空间分布检测，并显示各指标像素检测均值与分布范围，步骤包括：1)建立传统检测指标区域光谱预测模型库选取被测对象种群、部位、存储方式与环境下的检测对象组成某种群、部位、存储方式与环境的样本，样本中的对象目标质量特征的分布范围应覆盖拟检测范围的全部。质量特征总体程度在样本中尽量均匀分布，即样本中每个质量水平上的对象数量尽量一致。多个样本组成样本库，以反映不同种群、部位、存储方式及环境下检测对象的情况。样本库中的每个样本经过光谱采集、得到光谱图像存于光谱图像库中，光谱图像经光谱图像预处理、有效检测区域提取、有效检测区域光谱提取得到训练肉品平行样本的光谱信息存于光谱库中；对经过图像采集的样本通过传统的感官、理化及微生物检测获取传统检测标定值，存于传统检测指标库中；传统检测指标库与光谱库共同组成知识库。对知识库进行传统检测指标的区域光谱预测建模得到传统检测指标区域光谱预测模型，对知识库中针对多种传统检测指标或存储条件的数据进行区域光谱预测建模得到多套传统检测指标的区域光谱预测模型存储于传统检测指标区域光谱预测模型库中。2)进行像素指标检测对被测对象进行光谱图像采集、光谱图像预处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声光可调滤光器光谱成像的青梅糖度与酸度快速无损检测装置，其特征是，包括光室(1)、成像系统、图像处理与检测运算单元(15)和显示单元(16)；所述光室(1)内设有光源(11)和用来安放被测对象(6)的载物台(7)；光载物台(7)受光源(11)的充分照明；光室(1)设有观察孔，成像系统通过观察孔采集被测对象(6)的图像；所述载物台(7)的位置可调；成像系统的数据输出端连接图像处理与检测运算单元(15)的数据输入端；图像处理与检测运算单元(15)的显示信号输出端连接显示单元(16)的显示信号输入端；图像处理与检测运算单元(15)的数据信号输出端连接外部设备接口(14)。

【技术特征摘要】
1.一种基于声光可调滤光器光谱成像的青梅糖度与酸度快速无损检测装置，其特征是，包括光室(1)、成像系统、图像处理与检测运算单元(15)和显示单元(16)；所述光室(1)内设有光源(11)和用来安放被测对象(6)的载物台(7)；光载物台(7)受光源(11)的充分照明；光室(1)设有观察孔，成像系统通过观察孔采集被测对象(6)的图像；所述载物台(7)的位置可调；成像系统的数据输出端连接图像处理与检测运算单元(15)的数据输入端；图像处理与检测运算单元(15)的显示信号输出端连接显示单元(16)的显示信号输入端；图像处理与检测运算单元(15)的数据信号输出端连接外部设备接口(14)。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征是所述载物台(7)为圆形，其尺寸覆盖成像系统的整个视场；载物台(7)的材质与被测对象(6)在所用光源的照明下区别显著，便于从视场中自动分割出被测对象(6)。3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征是方式A、所述光源为点光源；光室(1)的结构为：光室(1)的设有内部空腔；内部空腔由上下两部分构成，构成内部空腔上部的是半球型反射罩(5)，构成内部空腔下部的是内凹的镜面反射面(12)；内部空腔的上下两部分之间设有由透光材料制成的支撑板(9)，载物台(7)在该支撑板上；光源位置在支撑板(9)与镜面反射面(12)之间的空间内；反射罩(5)的内壁覆有反射涂层；支撑板(9)的下表面覆有辐射波段选择涂层(10)，该辐射波段选择涂层(10)在满足成像光谱范围要求的情况下排除成像无关波段；或者方式B、所述光源为面光源；面光源均匀分布在被测对象(6)的周围空间；或者，方式C、所述光源为线光源；线光源均匀分布在测对象(6)的周围空间。4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征是方式A中：所述成像系统和被测对象(6)在同一直线上，且在观察孔的两侧；观察孔的轴线与该直线重合；光源(11)照明的角度满足：从下向上通过透光材料(9)经反射罩(5)表面均匀覆盖被测对象(6)，避免光线直接进入成像系统的镜头；实现载物台(7)的位置可调的调节机构为高度调节套筒(8)；高度调节套筒(8)包括伸缩可调连接的上、下两段套筒，上、下两段套筒分别与半球形反射罩(5)和下部光室(1)密闭连接；高度调节套筒(8)围成的空腔是光室(1)的内部空腔的一部分。5.根据权利要求3所述的检测装置，其特征是所述方式B中，光室的内部空腔可以为球形；面光源采用cob LED；各个cob LED均匀分布在球面上，该球面的球心位置即为被测对象位置；在cob LED与被测对象之间设有均光板，均光板呈球面，再在其内表面根据需要覆滤光膜；成像系统的镜头装设在球面上；滤光膜在满足成像光谱范围要求的情况下排除成像无关波段。6.根据权利要求3所述的检测装置，其特征是所述方式C中，光室的内部空腔可以为球形；线光源采用LED灯带；各个LED灯带沿球面的经线均匀分布在球面上，该球面的球心位置即为被测对象位置；在LED灯带与被测对象之间设有均光板，均光板呈球面；再在均光板内表面根据需要覆滤光膜；成像系统的镜头可以装设在球面上；滤光膜在满足成像光谱范围要求的情况下排除成像无关波段。7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征是所述成像系统包括高灵敏度相机(2)及其镜头；高灵敏度相机须同时满足辐射量最小和最大的光谱波段的成像要求；镜头是抗色散镜头(4)，在镜头与相机之间设有可进行波段扫描的滤光器件；镜头指向反射罩(5)上的观察孔，高灵敏度相机(2)通过该观察孔采集被测对象(6)的图像。8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征是所述载物台(7)的位置可调，调节方法为：在调节载物台(7)的位置时，边调节，边观察被测对象经成像系统得到的亮度梯度等高线的形状；若等高线呈平行同心分布规律，则表示中央区域亮度明显高于周围，检测区域亮度不均；然后，反复调节载物台(7)的位置，直到等高线不...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵茂程，汪希伟，李忠，闫姗，居荣华，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32