食品成熟度识别用偏振-光谱图像传感器及设计方法技术

本发明专利技术提供了一种食品成熟度识别用偏振

【技术实现步骤摘要】
食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器及设计方法


[0001]本专利技术属于图像传感器
，具体涉及一种食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器及设计方法。

技术介绍

[0002]随着智能家居与物联网发展，智能家电领域对非接触式探测的检测需求日益迫切。进行家用食品加工的非接触式成熟度检测，可以辅助人们进行烹饪，为人们生活提供便利。
[0003]另外，鸡腿等肉类食品是人们生活中的重要食材，肉类食品加工不成熟易携带多种病菌，过于成熟影响口感，因此，家用的成熟度检测非常重要。
[0004]现有的食品成熟度检测多用探针式食品温度计，为接触式探测。接触式探测破坏食品表面形貌，影响烹饪效果，也不安全卫生。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的采用接触式探测检测食品成熟度会破坏食品表面形态、不卫生等技术问题，本专利技术提供了一种食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器及设计方法，采用光谱成像传感器通过非接触式探测方式检测食品成熟度，保证食品形貌、安全卫生。
[0006]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器，包括像素感光单元和分光结构；所述像素感光单元包括若干像素感光部位；所述分光结构包括与像素感光部位一一对应的滤波结构，所述分光结构包括若干周期，每个周期包括3*3个滤波结构，每个周期包括随机排列的偏振方向不同的4个偏振滤波结构和5个光谱滤波结构，所述光谱滤波结构用于检测食品成熟前后的光谱特征。
[0008]进一步地，所述光谱滤波结构包括至少一个宽谱滤波薄膜结构，其余为窄带滤波薄膜结构。
[0009]进一步地，所述光谱滤波结构包括1个宽谱滤波薄膜结构和4个窄带滤波薄膜结构。
[0010]进一步地，所述宽谱滤波薄膜结构谱段范围为食品成熟前后特征光谱范围；所述窄带滤波薄膜结构的谱段中心波长分散在食品成熟前后特征光谱范围内。
[0011]进一步地，所述宽谱滤波薄膜结构为带通宽谱滤波结构。
[0012]进一步地，所述窄带滤波薄膜结构为FP腔结构。
[0013]进一步地，所述FP腔结构与像素感光单元之间设置匹配层，所述匹配层一体式沉积生长在所述像素感光单元上，所述FP腔结构一体式沉积生长在所述匹配层上。
[0014]进一步地，所述FP腔结构上设置过渡层、截止滤波膜，所述过渡层一体式沉积生长在所述FP腔结构上，所述截止滤波膜一体式沉积生长在所述过渡层上。
[0015]进一步地，所述截止滤波膜包括至少一层，当截止滤波膜有多层时，多层截止滤波
膜分别截止不同的干扰波段，最下层截止滤波膜一体式沉积生长在所述过渡层上，所述多层截止滤波膜之间粘接固定。
[0016]进一步地，所述4个偏振滤波结构分布在每个周期的四个角上。
[0017]进一步地，一个带通宽谱滤波结构分布在每个周期的中心，其余位置为窄带滤波薄膜结构。
[0018]进一步地，所述偏振滤波结构为四象限线栅结构，4个偏振方向分别为0
°
、45
°
、90
°
、135
°
。
[0019]进一步地，将一体式生长分光结构的像素感光单元作为光谱成像芯片，所述图像传感器还包括成像镜头、数据采集及处理模块、人机交互模块，所述成像镜头设置在光谱成像芯片光入射方向，所述光谱成像芯片连接数据采集及处理模块、人机交互模块；所述数据采集及处理模块用于采集图像数据并进行成熟度判断，所述人机交互模块用于发出指令控制光谱成像芯片采集图像，以及将成熟度信息实时发送到用户端。
[0020]进一步地，所述人机交互模块采用WIFI进行无线通信，将所述图像传感器的操作系统与手机专用APP连接，通过手机发送指令、接收食品成熟信息。
[0021]本专利技术还提供了一种食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器监测方法，包括
[0022]将图像传感器固定在烹饪场所，镜头对准烹饪食材；
[0023]控制图像传感器按固定时间间隔采集光谱图像；
[0024]采集光谱图像的光谱信息、偏振信息，通过偏振信息消除烟雾干扰，通过将采集的光谱信息与成熟食品的光谱信息比对，判定食品是否成熟；
[0025]若食材未成熟，则删除光谱图像继续进行采集，若食材成熟，输出食品成熟信息。
[0026]本专利技术又提供了一种食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器设计方法，包括
[0027]确定食品成熟前后特征光谱范围；
[0028]设计至少一个光谱滤波结构为宽谱滤波薄膜结构，其谱段范围覆盖特征光谱范围；
[0029]设计其余光谱滤波结构为窄带滤波薄膜结构，若干窄带滤波薄膜结构的谱段中心波长分散在特征光谱范围内；
[0030]根据目标识别要求设置偏振滤波结构和光谱滤波结构的位置。
[0031]进一步地，用于鸡腿成熟度识别时，成熟鸡腿与生鸡腿特征光谱范围为600
‑
850nm；分光结构每个周期中心为600
‑
850nm的带通宽谱滤波结构，四个角位置分别为0
°
、45
°
、90
°
、135
°
四角度的偏振滤波结构，其余位置为600
‑
850nm范围内的窄带滤波结构。
[0032]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0033]本专利技术提供的食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器，采用非接触式方法实时获取烹饪中食品的成熟状态，辅助用户达到最优的食品加工效果，提高人们生活品质，保证食品卫生安全。
[0034]光谱成像传感器体积小、质量轻，基于先进半导体技术量产成本低，可满足日常家用需求。
[0035]该偏振
‑
光谱图像传感器适用于家用食品加工成熟度实时检测，尤其用于烹饪中鸡腿类食品的成熟度检测。
附图说明
[0036]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术具体实施例提供的食品成熟度识别用偏振
‑
光谱成像传感器分光结构的单周期滤波结构示意图；
[0038]图2为本专利技术具体实施例提供的成熟前后鸡腿光谱特征，其中，区域1为成熟鸡腿，区域2为生鸡腿；
[0039]图3为本专利技术具体实施例提供的FP腔结构有效谱段范围外的光谱泄露示意图。
具体实施方式
[0040]下面对本专利技术的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器，其特征在于，包括像素感光单元和分光结构；所述像素感光单元包括若干像素感光部位；所述分光结构包括与像素感光部位一一对应的滤波结构，所述分光结构包括若干周期，每个周期包括3*3个滤波结构，每个周期包括随机排列的偏振方向不同的4个偏振滤波结构和5个光谱滤波结构，所述光谱滤波结构用于检测食品成熟前后的光谱特征。2.根据权利要求1所述的食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器，其特征在于，所述光谱滤波结构包括至少一个宽谱滤波薄膜结构，其余为窄带滤波薄膜结构。3.根据权利要求2所述的食品成熟度识别用偏振
‑
光谱图像传感器，其特征在于，所述光谱滤波结构包括1个宽谱滤波薄膜结构和4个窄带滤波薄膜结构。4.根据权利要求2或3所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，所述宽谱滤波薄膜结构谱段范围为食品成熟前后特征光谱范围；所述窄带滤波薄膜结构的谱段中心波长分散在食品成熟前后特征光谱范围内。5.根据权利要求4所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，所述宽谱滤波薄膜结构为带通宽谱滤波结构。6.根据权利要求5所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，所述窄带滤波薄膜结构为FP腔结构。7.根据权利要求6所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，所述FP腔结构与像素感光单元之间设置匹配层，所述匹配层一体式沉积生长在所述像素感光单元上，所述FP腔结构一体式沉积生长在所述匹配层上。8.根据权利要求6所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，所述FP腔结构上设置过渡层、截止滤波膜，所述过渡层一体式沉积生长在所述FP腔结构上，所述截止滤波膜一体式沉积生长在所述过渡层上。9.根据权利要求8所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，所述截止滤波膜包括至少一层，当截止滤波膜有多层时，多层截止滤波膜分别截止不同的干扰波段，最下层截止滤波膜一体式沉积生长在所述过渡层上，所述多层截止滤波膜之间粘接固定。10.根据权利要求1所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，所述4个偏振滤波结构分布在每个周期的四个角上。11.根据权利要求10所述的食品成熟度识别用偏振
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光谱图像传感器，其特征在于，一个带通宽谱滤波结构分布在每个周期的中心，其余位置为窄带滤波薄膜结构。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵安娜，刘舒扬，张晨，张云昊，王天鹤，周志远，潘建旋，姜洪妍，王才喜，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：