一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统，包括：主机、安装在主机壳体内部的光源、食品样品盛放装置、光谱芯片，主机上设置有数据处理模块，光源、光谱芯片分别与主机连接；光源提供近紫外、可见到近红外全波段的光源照明；食品样品盛放装置用于盛放食品样品；数据处理模块内包含有食品样品光谱数据模块和匹配识别模块，光谱芯片用于采集经过光源照射后待检测食品样品的光谱信息；本发明专利技术的优点是：对食品无损检测，利用光谱芯片获取食品的物化信息，包括食品新鲜度，通过数据处理系统获取蔬果新鲜度百分比，另外，光谱芯片能量利用率高、尺寸小、检测结构简单、精准度高、操作便捷、检测速度快、对食品无损坏。

A detection system and method of food freshness based on spectral chip

【技术实现步骤摘要】
一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统及检测方法
本专利技术涉及光谱识别
，具体涉及一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统及检测方法。
技术介绍
食品是人类赖以生存、发展的基础，食品安全直接关系到人类的生命健康，误食腐败、发霉的食品极易发生食物中毒，中毒严重者可能还可能失去生命，因此对食品新鲜度的检测一直是社会关注的焦点问题。目前的检测方法除了人们通过实际经验识别食品外表，进行感官判断给出其新鲜度外，还采用图像采集设备获取食品图像法，以及气味检测装置对食品腐烂过程中所释放出的气体进行检测，这些检测方法无法提前获取食品新鲜度信息，具有灵敏度低、检测速度慢、准确性差等缺点。因此，利用光谱法可以实现食品的快速、准确、无损检测。但目前光谱芯片器又具有体积较大、价格昂贵、不便于携带等弊端，也为光谱法食品安全检测的普及带来较大困难。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统及检测方法，利用尺寸、厚度均为微米量级的光谱芯片实现食品新鲜度的定量、无损、快速、高效检测，以解决上述现有技术的不足。本专利技术提供的基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统包括：主机、安装在主机壳体内部的光源、食品样品盛放装置、光谱芯片，主机上设置有数据处理模块，光源、光谱芯片分别与主机连接；主机用于对光源的光源开关、光谱芯片的光谱采集、数据处理模块的光谱采集进行指令控制；光源的波长范围在350-2500nm，提供近紫外、可见到近红外全波段的光源照明；食品样品盛放装置用于盛放食品样品；数据处理模块内包含有食品样品光谱数据模块和匹配识别模块，食品样品光谱数据模块用于储存已知食品样品的光谱数据，匹配识别模块用于对光谱芯片所采集的光谱进行处理分析并与食品样品光谱数据模块内的数据相匹配，得出有关食品样品的信息并传递给主机，匹配识别模块内包含有食品新鲜度标准模块，食品新鲜度标准模块制定的新鲜度％＝食品检测时的光谱/(食品最新鲜时的光谱-食品腐烂时的光谱)，利用该定量标准可获得食品新鲜度的百分比，食品新鲜度用百分比表示，100％表示新鲜，0％表示已经腐烂变质，计算依据食品的光谱数据变化；光谱芯片用于采集经过光源照射后待检测食品样品的光谱信息；光谱芯片包括：光学聚集镜器件、光谱调制模组、探测器、光谱解调模组、光谱显示控制模组、光谱分析模组和分析结果显示模组；其中，光学聚集镜器件用于接收经过外界光源激发或者自身向外辐射光信号的待测物质发射光谱的光谱信号；其中，光谱调制模组包括：光谱材料模块，光谱材料模块用于调制光谱信息强度和对应像素位置信息以及接收待测物质发射光谱信号，将接收到的光谱信号进行区域化光谱调制，不同区域会得到不同的光谱调制信息，其中，光谱材料模块所使用的光谱调制材料根据调制材料的调制特性，通过不同光谱调制材料后，入射光谱信号会产生不同的光谱信息，上述光谱强度信息由探测器接收；其中，探测器用于探测光谱调制模组中经光谱材料模块调制后光谱信息强度和对应像素位置信息；其中，光谱解调模组包括光谱强度及位置采集模块和光谱信息解调模块，光谱强度及位置采集模块用于获取探测器探测到的光谱信息，光谱信息解调模块用于反演待测物光谱信息；其中，光谱显示控制模组包括光谱芯片系统控制模块、光谱数据显示模块、光谱数据存储模块，光谱芯片系统控制模块用于控制整个系统开关及工作参数，光谱数据显示模块用于实时显示探测光谱曲线，光谱数据存储模块用于存储探测到的光谱信息原始数据；其中，光谱分析模组利用光谱数据处理算法处理光谱显示及控制模组中采集到的光谱数据，光谱数据处理算法包括：其中，i为标注光谱中光谱信息强度，n为总波段数，mij为光谱库中的对应像素位置信息，x为采集到的光谱数据；其中，分析结果显示模组，包括数据显示模块和数据结果存储模块，数据显示模块用于显示光谱分析模组的结果显示，数据结果存储模块用于显示光谱分析模组的信息存储。作为优选，食品样品光谱数据模块包含有食品新鲜度的数据库，数据库是利用光谱芯片获得待测食品在最新鲜时刻的散射光谱信息，再经过食品腐败周期后获取食品腐败时的散射光谱信息，得到能够反应出待测食品新鲜度的光谱演化行为，构成信息处理模块的数据库，匹配识别模块对食品样品的光谱进行检测后，再与数据库数据比对获得相应的食品新鲜度，该数据库利用中国专利申请CN110361368A，进行数据库的建立。作为优选，探测器选用QHYCCDD的一款QHY5-II型号，采用QHY5-II相机1/2英寸黑白版传感器。本专利技术另一个目的是提供的一种食品新鲜度的光谱的检测方法，具体包括以下步骤：步骤S1：将食品样品放于食品样品盛放装置上，调整光源与食品样品盛放装置之间的距离，以便光谱芯片进行光谱采集；步骤S2：主机开始自检，自检正常后，利用主机发出检测指令，光谱芯片与数据处理模块处于预热待机状态；步骤S3：光源接受到开启指令后，光源发出近紫外到近红外光照到食品样品上，食品样品接受到光源照射，入射光在食品样品表面形成漫反射；同时启动光谱芯片，采集食品样品对光源散射带有新鲜度信息的光波，由食品样品散射回来的光波导入光谱芯片中，经过光谱芯片分光后获取食品样品的光谱，光谱数据被采集后，进入数据处理模块，数据处理模块的食品样品光谱数据模块将储存的已知食品样品光谱数据，通过匹配识别模块对光谱芯片所采集的光谱进行处理分析，并与食品样品光谱数据模块内的数据相匹配，迅速识别食品样品；步骤S4：食品样品识别成功后，利用食品新鲜度标准模块判断出食品样品的新鲜度，并再次与食品样品光谱数据模块的数据库光谱比对，最终获得食品的新鲜度信息。作为优选，在步骤S4中食品样品物化信息的散射光谱信号通过反演方法进行数据处理，并与数据库光谱比对，最终获得食品的新鲜度信息。作为优选，在步骤S3中光谱芯片采集的步骤为：S31：利用光学聚集镜器件接收经过外界光源激发或者自身向外辐射光信号的待测物质发射光谱的光谱信号；S32：利用光谱调制模组的光谱材料模块调制光谱信息强度和对应像素位置信息以及接收待测物质发射光谱信号，将接收到的光谱信号进行区域化光谱调制，不同区域会得到不同的光谱调制信息，其中，光谱材料模块所使用的光谱调制材料根据调制材料的调制特性，通过不同光谱调制材料后，入射光谱信号会产生不同的光谱信息，上述光谱强度信息由探测器接收；S33：利用探测器探测光谱调制模组中经光谱材料模块调制后光谱信息强度和对应像素位置信息；S34：利用光谱解调模组的光谱强度及位置采集模块获取探测器探测到的光谱信息，利用光谱解调模组的光谱信息解调模块反演待测物光谱信息；S35：利用光谱显示控制模组的光谱芯片系统控制模块控制整个系统开关及工作参数，利用光谱显示控制模组的光谱数据显示模块实时显示探测光谱曲线，利用光谱显示控制模组的光谱数据存储模块存储探测到的光谱信息原始数据；S36：光谱分析模组利用光谱数据处理算法处理光谱显示及控制模组中采集到的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统，其特征在于，包括：主机、安装在主机壳体内部的光源、食品样品盛放装置、光谱芯片，所述主机上设置有数据处理模块，所述光源、光谱芯片分别与所述主机连接；/n所述主机用于对光源的光源开关、光谱芯片的光谱采集、数据处理模块的光谱采集进行指令控制；/n所述光源的波长范围在350-2500nm，提供近紫外、可见到近红外全波段的光源照明；/n所述食品样品盛放装置用于盛放食品样品；/n所述数据处理模块内包含有食品样品光谱数据模块和匹配识别模块，所述食品样品光谱数据模块用于储存已知食品样品的光谱数据，所述匹配识别模块用于对所述光谱芯片所采集的光谱进行处理分析并与食品样品光谱数据模块内的数据相匹配，得出有关食品样品的信息并传递给所述主机，所述匹配识别模块内包含有食品新鲜度标准模块，所述食品新鲜度标准模块制定的新鲜度％＝食品检测时的光谱/(食品最新鲜时的光谱-食品腐烂时的光谱)，利用该定量标准可获得食品新鲜度的百分比，食品新鲜度用百分比表示，100％表示新鲜，0％表示已经腐烂变质，计算依据食品的光谱数据变化；/n所述光谱芯片用于采集经过光源照射后待检测食品样品的光谱信息；所述光谱芯片包括：光学聚集镜器件、光谱调制模组、探测器、光谱解调模组、光谱显示控制模组、光谱分析模组和分析结果显示模组；/n其中，所述光学聚集镜器件用于接收经过外界光源激发或者自身向外辐射光信号的待测物质发射光谱的光谱信号；/n其中，所述光谱调制模组包括：光谱材料模块，所述光谱材料模块用于调制光谱信息强度和对应像素位置信息以及接收待测物质发射光谱信号，将接收到的光谱信号进行区域化光谱调制，不同区域会得到不同的光谱调制信息，其中，所述光谱材料模块所使用的光谱调制材料根据调制材料的调制特性，通过不同光谱调制材料后，入射光谱信号会产生不同的光谱信息，上述光谱强度信息由探测器接收；/n其中，所述探测器用于探测所述光谱调制模组中经光谱材料模块调制后光谱信息强度和对应像素位置信息；/n其中，所述光谱解调模组包括光谱强度及位置采集模块和光谱信息解调模块，所述光谱强度及位置采集模块用于获取所述探测器探测到的光谱信息，所述光谱信息解调模块用于反演待测物光谱信息；/n其中，所述光谱显示控制模组包括光谱芯片系统控制模块、光谱数据显示模块、光谱数据存储模块，所述光谱芯片系统控制模块用于控制整个系统开关及工作参数，所述光谱数据显示模块用于实时显示探测光谱曲线，所述光谱数据存储模块用于存储探测到的光谱信息原始数据；/n其中，所述光谱分析模组利用光谱数据处理算法处理光谱显示及控制模组中采集到的光谱数据，所述光谱数据处理算法包括：...

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统，其特征在于，包括：主机、安装在主机壳体内部的光源、食品样品盛放装置、光谱芯片，所述主机上设置有数据处理模块，所述光源、光谱芯片分别与所述主机连接；
所述主机用于对光源的光源开关、光谱芯片的光谱采集、数据处理模块的光谱采集进行指令控制；
所述光源的波长范围在350-2500nm，提供近紫外、可见到近红外全波段的光源照明；
所述食品样品盛放装置用于盛放食品样品；
所述数据处理模块内包含有食品样品光谱数据模块和匹配识别模块，所述食品样品光谱数据模块用于储存已知食品样品的光谱数据，所述匹配识别模块用于对所述光谱芯片所采集的光谱进行处理分析并与食品样品光谱数据模块内的数据相匹配，得出有关食品样品的信息并传递给所述主机，所述匹配识别模块内包含有食品新鲜度标准模块，所述食品新鲜度标准模块制定的新鲜度％＝食品检测时的光谱/(食品最新鲜时的光谱-食品腐烂时的光谱)，利用该定量标准可获得食品新鲜度的百分比，食品新鲜度用百分比表示，100％表示新鲜，0％表示已经腐烂变质，计算依据食品的光谱数据变化；
所述光谱芯片用于采集经过光源照射后待检测食品样品的光谱信息；所述光谱芯片包括：光学聚集镜器件、光谱调制模组、探测器、光谱解调模组、光谱显示控制模组、光谱分析模组和分析结果显示模组；
其中，所述光学聚集镜器件用于接收经过外界光源激发或者自身向外辐射光信号的待测物质发射光谱的光谱信号；
其中，所述光谱调制模组包括：光谱材料模块，所述光谱材料模块用于调制光谱信息强度和对应像素位置信息以及接收待测物质发射光谱信号，将接收到的光谱信号进行区域化光谱调制，不同区域会得到不同的光谱调制信息，其中，所述光谱材料模块所使用的光谱调制材料根据调制材料的调制特性，通过不同光谱调制材料后，入射光谱信号会产生不同的光谱信息，上述光谱强度信息由探测器接收；
其中，所述探测器用于探测所述光谱调制模组中经光谱材料模块调制后光谱信息强度和对应像素位置信息；
其中，所述光谱解调模组包括光谱强度及位置采集模块和光谱信息解调模块，所述光谱强度及位置采集模块用于获取所述探测器探测到的光谱信息，所述光谱信息解调模块用于反演待测物光谱信息；
其中，所述光谱显示控制模组包括光谱芯片系统控制模块、光谱数据显示模块、光谱数据存储模块，所述光谱芯片系统控制模块用于控制整个系统开关及工作参数，所述光谱数据显示模块用于实时显示探测光谱曲线，所述光谱数据存储模块用于存储探测到的光谱信息原始数据；
其中，所述光谱分析模组利用光谱数据处理算法处理光谱显示及控制模组中采集到的光谱数据，所述光谱数据处理算法包括：其中，i为标注光谱中光谱信息强度，n为总波段数，mij为光谱库中的对应像素位置信息，x为采集到的光谱数据；
其中，所述分析结果显示模组，包括数据显示模块和数据结果存储模块，所述数据显示模块用于显示光谱分析模组的结果显示，所述数据结果存储模块用于显示光谱分析模组的信息存储。


2.根据权利要求1所述的一种基于光谱芯片的食品新鲜度检测系统，其特征在于，所述食品样品光谱数据模块包含有食品新鲜度的数据库，所述数据库是利用光谱芯片获得待测食品在最新鲜时刻的散射光谱信息，再经过食品腐败周期后获取食品腐败时的散射光谱信息，得到能够反应出待测食品新鲜度的光谱演化行...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚治海，任玉，石晶，亓唯赫，徐子佳，张英，
申请(专利权)人：吉林求是光谱数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22