一种基于多光谱图像的水果品质评价装置。本发明专利技术装置包括检测箱，检测箱内的载物台、多光谱混合光源（由无影灯式漫照明光源和小光斑照明光源组成）和多光谱成像系统，及检测箱外带有图像采集卡的计算机通过连接线分别与多光谱成像系统和多光谱混合光源连接。多光谱成像系统为具有光谱隔离成像功能的照相系统，这一系统针对多光谱混合光源中的每一个窄带波长分别成像，所成图像在光谱上相互隔离无串扰。本发明专利技术针对不同的水果及所需测量成分的不同选取多个特定波长，通过对各个波长下获取的水果图像的相应处理可实现水果表面品质的机器视觉检测以及水果内部某一种或几种成分的检测，从而实现水果的表面品质和内部品质的联合检测。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多光谱图像的水果品质评价装置
本专利技术涉及一种基于多光谱图像的评价水果品质的装置，特别是涉及一种利用图像方法检测水果内部某种成分含量的装置，属于光学无损检测
技术介绍
我国是农业大国，但农业生产产值却很低。其中一个主要原因是由 于我国农产品收获后加工水平太低，从而制约了农民收入的提高，极大地阻碍了我国国民 经济的发展。为迅速解决这一瓶颈问题，我国把“农产品加工技术与设备研究开发”列为 “十五”重大科技攻关项目的第1项，由此可见我国政府和有关部门对这一问题的重视程度。 水果在我国的农产品中占有很大的比例，但目前我国水果采后加工处理的水平仍很低，检 测和分级手段也很落后，减弱了在国际市场上的竞争力，影响了农业产值的提高。我国加入 WTO后，进一步降低关税和开放农产品市场是必然趋势，我国农业和农产品加工业所面临的 竞争将会更加激烈。因此，提高我国农产品的产后处理水平，提高农产品质量，从而提高其 国际竞争能力是当务之急。随着计算机硬件、软件的飞速发展，无损检测技术以及自动化控制技术的发展为 现代分级检测技术提供了广阔的空间。目前国内外水果分级技术主要集中在两个方面一 方面是基于机器视觉的根据水果表面品质对水果进行分级的方法，另一方面是基于光谱技 术以及光谱分析仪的水果内部某一成分(如糖分、水分等)含量多少的分级方法。水果外 观品质分级，即按照水果的大小、形状、色泽、表面缺陷等特征进行品质检测，并进行自动化 分级和包装。这种方法仅能从视觉效果上对水果进行分级但对于其口感无法评价。而对水 果的可口程度的评价可通过水果中酸度、甜度、硬度、水分及可溶性固形物的含量的多少加 以评价。现有最常用的水果内部成分检测方法为近红外光谱法，利用水果内部的酸、糖、水 分和可溶性固形物等含有的不同的化学键如N-H、C-H和O-H等对不同波长的光吸收程度不 同造成的光谱仪上波长分布曲线的变化量来检测水果内部成分的含量。还有另一种水果内 部成分检测方法，即通过电子鼻测量水果散发出的气味中的各种化学物质的含量来预估水 果的成熟度与口感。近几年大量的学者投入到水果品质的无损检测技术的研究中来，大部 分学者或集中精力于水果外观品质的检测，或致力于水果内部品质的检测，其分级依据相 对片面。如能将水果的外观品质和内部成分的检测结合起来用于水果的评价，将是一种更 为客观、准确、全面的评价方法。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于多光谱图像的评价水果品质的装置，可 用于水果外形和内部成分的联合评价。本专利技术提供的基于多光谱图像的水果品质评价装置，包括检测箱，检测箱内底部 的载物台，检测箱顶部的多光谱混合光源和多光谱成像系统；检测箱外带有图像采集卡的 计算机通过成像系统连接线与多光谱成像系统连接，一方面控制多光谱成像系统的图像采 集过程，另一方面获取多光谱成像系统采集到的水果图像；所述的计算机同时通过控制连 接线与多光谱混合光源连接，用于控制多光谱混合光源中各个照明部分的开关；多光谱混合光源、载物台以及多光谱成像系统均安装在检测箱内，其目的是消除 环境光对检测过程的干扰。载物台用于承载被测水果，载物台颜色应选择与水果颜色差异 较大的颜色，使得成像时水果与背景差异明显，易于后期图像处理。所述的多光谱混合光源包括具有一组窄带光谱波长的无影灯式漫照明光源和小光斑照明光源(见附图2)，无影灯式漫照明光源用于产生具有红、绿、蓝及近红外光谱波长 大范围照明光以照明整个水果，小光斑照明光源用于在水果表面投射红外波长的光斑；所述的多光谱成像系统用于光谱隔离成像，该系统针对多光谱混合光源中的每一 个窄带波长分别对水果成像，所成图像在光谱上相互隔离无串扰。所述的无影灯式漫照明光源可由一组波长不同的LED组成，用于产生光强度分布 均勻的照明光以照明整个水果，不同波长的光可同时照明也可依次照明；无影灯式漫照明 光源或由含有所有所需波长的卤素灯或其它照明灯组成，其分布结构借鉴医用无影灯的结 构。所述的小光斑照明光源具有一组所需波长的激光光束或聚焦光束，以在水果表面 投射一个小的光斑；不同波长的光斑可同时照明也可依次照明；小光斑照明光源可由一组 不同波长的激光器合束产生也可由其它光源经过滤波后聚焦产生。所述的激光器为光纤 输出的半导体激光器LD或光纤激光器；所述的其它光源为相应波长的半导体发光二极管 LED、卤素灯、红外灯或紫外灯等。所述的无影灯式漫照明光源和小光斑照明光源的近红外波长之间应尽量避免重 叠，此时这两部分光源可处于常亮状态；如测量需要时，这两种光源的波长之间可以相互重 叠，存在重叠时，须通过控制这两部分光源依次照明。所述的多光谱成像系统可通过两种方式实现，应对被测水果清晰成像，成像范围 应略大于被测水果，其中，方式一采用具有彩色相机的分光光学结构的3CCD三光谱成像系统来实现，即相 机中安装分光棱镜将物镜收集到的光束按照波长分别送往三个面阵CCD，每个面阵CCD前 安装窄带滤光片以实现光谱隔离；各CCD对对应波长敏感，三个CCD的精确定位使得这三个 CXD对同一个物空间成像(见附图3)；或者方式二 采用响应光谱范围涵盖可见、红外波段的CCD相机加装带有窄带滤光片 轮盘的镜头，该CCD相机应对所需要的光谱范围内的光波均敏感；带有窄带滤光片轮盘的 镜头中的滤光片应根据所需要的波长范围选定，轮盘可在电机的控制下转动(见附图4)。本专利技术的优点和积极效果本专利技术装置采用图像分析的方法来检测水果内部某一种或几种成分的含量。与此 同时结合基于机器视觉的水果外观品质检测可实现一种内外联合检测的更为客观、准确、 全面的水果评价方法。附图说明图1为本专利技术涉及的基于多光谱图像的水果品质评价装置结构示意图；图中101为多光谱混合光源；102为多光谱成像系统；103为检测箱；104为载物 台；105为成像系统连接线；106为带有图像采集卡的计算机；107为控制连接线；108为被 测水果。图2为本专利技术涉及的多光谱混合光源(101)的装置结构示意图；图中H为均勻照明光源，即无影灯式漫照明光源；C为多光谱相机安装孔；L为小 光斑照明光源；图3为采用具有彩色相机的分光光学结构的3CCD三光谱成像系统结构示意图；图中1为成像物镜；2为分光棱镜组；3为第一波长窄带滤光片；4为第一波长敏 感面阵CCD ；5为第二波长窄带滤光片；6为第二波长敏感面阵CCD ；7为第三波长窄带滤光 片；8为第三波长敏感面阵CCD ；9为时序控制器或数字快门；10为数字信号处理器；11为微 型控制器；12为三路数据输出驱动器；13为数据存储器；14为图像信号输出。图4为采用光谱范围极广的CCD相机加装带有窄带滤光片轮盘的镜头的多光谱成 像系统的结构示意图；图中15为CXD相机；16为成像镜头；17为伺服电机；18为窄带滤光片；19为滤 光片固定旋转套；20为转轴；图5为带有腐烂损伤的黄香蕉苹果的实际图像，A红外光、B红光、C绿光下采集到 的图像；图6为去除图5所示图像中的背景获得带有腐烂损伤的苹果的图像，A红外光、B 红光、C绿光下采集到图像；图7为带有腐烂损伤的苹果的红、绿、红外图像加以叠加获得的叠加图像；图8为带有腐烂损伤的苹果的判定图像；图9为表面完好的苹果的图像，A红外光、B红光、C绿光下采集本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多光谱图像的水果品质评价装置，其特征在于，该装置包括检测箱，检测箱内底部的载物台，检测箱顶部的多光谱混合光源和多光谱成像系统；检测箱外带有图像采集卡的计算机通过成像系统连接线与多光谱成像系统连接，一方面控制多光谱成像系统的图像采集过程，另一方面获取多光谱成像系统采集到的水果图像；所述的计算机同时通过控制连接线与多光谱混合光源连接，用于控制多光谱混合光源中各个照明部分的开关；所述的多光谱混合光源包括具有一组窄带光谱波长的无影灯式漫照明光源和小光斑照明光源，无影灯式漫照明光源用于产生具有红、绿、蓝及近红外波长的大范围照明光以照明整个水果，小光斑照明光源用于在水果表面投射具有红外波长的光斑；所述的多光谱成像系统用于光谱隔离成像，该系统针对多光谱混合光源中的每一个窄带波长分别对水果成像，所成图像在光谱上相互隔离无串扰。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐春晓，李恩邦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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