一种用于果蔬表面缺陷在线检测的多光谱成像系统及实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于番茄等各类果蔬表面缺陷或外表缺陷的在线检测的多光谱成像系统及实现方法，多光谱成像系统利用二色滤光片反射和透射的原理在不同位置布置了三组装有窄波段滤光片的CCD相机，经过CCD成像系统，得到所需波段图像；检测系统在动态条件下分别获取被测对象在三各波段的图像；并对其进行图像分割处理，提取其缺陷部分的图像信息，之后利用LabVIEW平台开发的缺陷识别程序对其进行识别，从而达到缺陷检测的目的；本方法利用二色镜的反射和透射原理实现了多光谱在线检测系统，所述系统可全面获取被检测对象在可见光至近红外范围内的特定波段图像，方法简单，相较于现有的技术，大大降低了检测成本，提高了检测速度和准确率，适合于工厂规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及果蔬外部品质在线检测方法，尤其涉及一种用于果蔬表面缺陷在线检测的多光谱成像系统及实现方法。
技术介绍
果蔬外部缺陷是影响果蔬在线加工生产的主要质量问题，主要包括霉烂、腐烂、虫伤、蚧壳虫、青心、裂伤、水浸等缺陷，会导致生产的果蔬制品中霉菌丝体含量超标，从而影响果蔬制品的质量和销量。但是目前国内以番茄酱为代表的各类果蔬制品的加工环节尚缺少成熟的检测分级装备，仅仅依靠人工来剔除一些霉烂果、腐烂果、虫伤果、日灼果、蚧壳虫果、青心果、水浸果等。人工分选的过程中劳动强度大，并且容易产生视觉误差，与此同时容易造成二次污染，食品卫生安全将难以保证。利用光谱成像技术应用在农产品无损检测是近几年的主要优势，和机器视觉一样都是不直接接触待检测的样本，通过获取样本的图像和光谱信息进行识别，综合图像特征和光谱特征，针对各类果蔬的表面缺陷，如霉变、日灼、虫伤、腐烂等，找到识别缺陷的最佳特征波段，实现果蔬表面缺陷的多光谱在线快速识别。2000年，JamesA.Throop等人基于多光谱图像技术对苹果品质进行检测，典型的缺陷都能被检测出来。2011年，DevrimUnaya等利用多光谱机器视觉自动分级双色苹果，结果表明，整体的分级识别率93.5％。WenqianHuang等对苹果轻微瘀伤进行检测，开发在线检测对苹果瘀伤的多光谱成像系统，结果表明，多光谱成像系统可用于在线检测对苹果的瘀伤。2011年，曹芳等提出了利用可见-近红外光谱技术和多光谱成像技术检测鸭梨损伤随时间及程度变化的新方法。研究发现，利用LS-SVM建立的模型预测效果较稳定，预测结果相关系数均在0.85左右。2010年，李晓慧等提出了一种基于多光谱光源的新多光谱图像采集方法，结果表明，采用红色与黄色波段下的多光谱图像缺陷提取结果与红外波段下的柑桔图像的缺陷提取结果相与的方法，来判断缺陷为内部还是外部缺陷，实识别率可达97％。综上，多光谱成像技术可直接获取几个有效的特征波段的光谱图像信息，大大减少了波段冗余，提高了检测效率，节约了检测成本。本专利技术针对以加工番茄为代表的果蔬的多类表面缺陷，基于二色镜片的分光原理，搭建多光谱成像在线检测平台，可实现果蔬多类表面缺陷的快速识别。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本低廉、快速高效的一种用于果蔬表面缺陷在线检测的多光谱成像系统及实现方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：搭建多光谱成像系统及图像采集硬件系统，利用LabVIEW开发平台编写软件系统；获取被测对象动态条件下的单波段图像信息，以其中一个波段下的图像作为掩膜模板，对另外波段的图像进行掩膜，获得去掉背景后的样本图像信息，然后对掩膜后的图像进行滤波，图像增强等预处理，然后对预处理后的图像自动阈值，把缺陷部位和正常部分分开，使用LabVIEW自带的工具箱移除边界可以将缺陷从图像中分离出来。对获得的缺陷进行像素提取并统计缺陷部位的面积和纵横径，通过聚类建立预测模型，根据模型的标定来确定缺陷所属类别，进而对缺陷进行识别。利用此模型进行缺陷的在线识别并输出识别结果。1)所述的多光谱图像采集系统主要由多光谱成像系统、卤素灯光源、支架和黑色橡胶运输带组成；2)所述的多光谱成像系统主要由二色镜片、三组CCD相机、窄带滤光片和相机框架组成：所述相机在暗箱一侧开设通光孔，三个相机分布在其他三个侧，按照接收入射光波长由短到长的顺序梯次布置，每组相机入射光线的光路长度相同故所采集的图像大小一致；所述二色镜共两片居于通光孔和相机中间，与水平面分别成角α和β；光从通光孔进入，通过第一片二色镜反射了400-600mm的光给相机1，其余光透过该镜片；经过第二片二色镜片时，600-750mm的光反射到了相机2处，750-1100nm的光则透过到相机3处；相机1、2为普通彩色CCD，相机3为近红外CCD；所述的窄波段滤光片位于每组CCD相机的镜头前，用来滤去杂光，经过CCD成像系统，得到所需波段图像；3)所述二色镜片：共两块第一块镜片：反射率＞98％的波段350-595nm；透射率＞95％的波段600-1000nm；第二块镜片：反射率＞98％的波段450-750nm透射率＞95％的波段768-1100nm；4)所述的卤素灯光源有四组相同功率的卤素灯组成，所发射光的波段范围涵盖了可见光区到近红外区；四组卤素灯分别位于所述支架的四角，两两之间成90°夹角。5)所述掩膜模板：选择其中一个波段下的图像并对其进行阈值分割处理，以所得结果作为掩膜的模板；6)缺陷图像提取：对掩膜后的图像进行滤波，图像增强等预处理，然后对预处理后的图像自动阈值，把缺陷部位和正常部分分开，使用LabVIEW自带的工具箱移除边界可以将缺陷从图像中分离出来；7)所述缺陷识别方法：对获得的缺陷进行像素提取并统计缺陷部位的面积和尺寸数据，通过聚类获得缺陷标签，建立预测模型，通过预测给出的标签来确定缺陷所属类别，进而对缺陷进行识别。本专利技术具有的有益的效果是：本专利技术利用二色镜的反射和透射原理实现了多光谱在线检测系统，该系统可全面获取被检测对象在可见光至近红外范围内的特定波段图像，方法简单，相较于现有的技术，大大降低了检测成本，提高了检测速度和准确率，适合于工厂规模化生产。本专利技术可用于番茄等各类果蔬的外部缺陷的在线检测。附图说明图1为本专利技术的果蔬表面缺陷识别的多光谱在线检测系统的方法实现流程图。图2为本专利技术的在线检测装置结构示意图。图3为本专利技术的多光谱相机结构示意图。图4为缺陷果识别结果图。图示中：1、CCD相机1，2、CCD相机2，3、CCD相机3，4、二色镜片1，5、通光孔，6、二色镜片2，7、多光谱相机组，8、卤素灯光源，9、PC机，10、支架；11、运输带，12、被测果实，13、二色镜片，14、二色镜固定架，15、相机框架，16、CCD相机。具体实施方式实施例1：图1所示为果蔬表面缺陷识别的多光谱相机成像系统光路结构图。所述的多光谱成像系统主要由二色镜片、三组CCD相机、窄带滤光片和相机框架组成：所述相机在暗箱一侧开设通光孔，三个相机分布在其他三个侧，按照接收入射光波长由短到长的顺序梯次布置，每组相机入射光线的光路长度相同故所采集的图像大小一致；所述二色镜片共两片居于通光孔和相机中间，与水平面分别成角α和β；光从通光孔进入，通过二色镜1反射了400-600mm的光给相机1，其余光透过该镜片；经过二色镜2时，600-750mm的光反射到了相机2处，750-1100nm的光则透过到相机3处；相机1、2为普通彩色CCD，相机3为近红外CCD；所述的窄波段滤光片位于每组CCD相机的镜头前，用来滤去杂光，经过CCD成像系统，得到所需波段图像。实施例2：图2所示为果蔬表面缺陷识别的多光谱在线检测装置结构示意图。首先，搭建多光谱图像硬件采集系统包括多光谱相机7、卤素灯光源8、PC机9、支架10和运输带11；其次，利用LabVIEW开发平台编写软件系统，获取被测对象动态条件下的单波段图像信息，以其中一个波段下的图像作为掩膜模板，对另外波段的图像进行掩膜，获得去掉背景后的样本图像信息，然后对掩膜后的图像进行滤波，图像增强等预处理，然后对预处理后的图像自动阈值，把缺陷部位和正常部分分开，使用LabVIEW自带的工具箱移除边界可以将缺陷从图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于果蔬表面缺陷在线检测的多光谱成像系统，其特征在于：所述的多光谱成像系统主要由多光谱相机、卤素灯光源、支架、PC机和黑色橡胶运输带组成；所述的多光谱相机主要由二色镜片、三组CCD相机、窄波段滤光片和相机框架组成：所述CCD相机在暗箱一侧开设通光孔，三组CCD相机分布在其余三侧，按照接收入射光波长由短到长的顺序梯次布置，每组CCD相机入射光线的光路长度相同故所采集的图像大小一致；所述二色镜片共两片，且居于通光孔和相机中间，与水平面分别成角α和β；光从通光孔进入，通过第一片二色镜片反射了400‑600mm的光给第一组CCD相机1，其余光透过该镜片；经过第二片二色镜片时，600‑750mm的光反射到了第二组CCD相机2处，750‑1100nm的光则透过到第三组CCD相机3处；第一组CCD相机1和第二组CCD相机2为普通彩色CCD，第三组CCD相机3为近红外CCD；所述的窄波段滤光片位于每组CCD相机的镜头前，用来滤去杂光，经过CCD成像系统，得到所需波段图像；所述二色镜片：共两块，第一块镜片：反射率＞98％的波段350‑595nm；透射率＞95％的波段600‑1000nm；第二块镜片：反射率＞98％的波段450‑750nm透射率＞95％的波段768‑1100nm；所述的卤素灯光源由四组相同功率的卤素灯组成，所发射的光的波段范围涵盖了可见光区到近红外区；四组卤素灯分别位于所述支架的四角，两两之间成90°夹角。...

【技术特征摘要】
1.一种用于果蔬表面缺陷在线检测的多光谱成像系统，其特征在于：所述的多光谱成像系统主要由多光谱相机、卤素灯光源、支架、PC机和黑色橡胶运输带组成；所述的多光谱相机主要由二色镜片、三组CCD相机、窄波段滤光片和相机框架组成：所述CCD相机在暗箱一侧开设通光孔，三组CCD相机分布在其余三侧，按照接收入射光波长由短到长的顺序梯次布置，每组CCD相机入射光线的光路长度相同故所采集的图像大小一致；所述二色镜片共两片，且居于通光孔和相机中间，与水平面分别成角α和β；光从通光孔进入，通过第一片二色镜片反射了400-600mm的光给第一组CCD相机1，其余光透过该镜片；经过第二片二色镜片时，600-750mm的光反射到了第二组CCD相机2处，750-1100nm的光则透过到第三组CCD相机3处；第一组CCD相机1和第二组CCD相机2为普通彩色CCD，第三组CCD相机3为近红外CCD；所述的窄波段滤光片位于每组CCD相机的镜头前，用来滤去杂光，经过CCD成像系统，得到所需波段图像；所述二色镜片：共两块，第一块镜片：反射率＞98％的波段350-595nm；透射率＞95％的波段600-1000nm；第二块镜片：反射率＞98％...

【专利技术属性】
技术研发人员：张若宇，杨曦，齐妍杰，金作徽，邹昆霖，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65