【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于食品检测领域，具体涉及一种基于图像和光谱融合的猪肉品质检测方法及装置。
技术介绍
1、化学检测技术是现阶段检测猪肉品质的主要手段，例如通过环乙烷/乙酸乙酯等作为提取剂，对猪肉的蛋白质含量、脂肪含量、ph值、还原糖含量、胆固醇含量等进行测量。其优势显著：测量结果较为准确，测量的营养成分种类更多。但其劣势也不可忽视：除了成本较高和出结果时间较长，化学检测方式对猪肉的完整性带来破坏。这种测量方式可以较为精准地检测出猪肉的营养成分含量，但对于猪肉口感、各成分的物理分布并不能实现检测作用。
2、而现阶段我国正需要建立更完整的猪肉数据库，需要进行大数据采集和分析，所以专利技术一套方便快捷且精准、无损的对猪肉数据进行采集的多维度质量检测系统具有很大的实用价值。光谱技术现在在各个领域里的应用愈发广泛，而且可以通过得到某物质的反射或者透射光谱，分析出其组成成分。
3、中国专利“cn101251526a”公开了一种鲜猪肉综合品质无损检测方法与装置。但是这类方法测量的光谱是是对整个光纤数值孔径内的光信号进行采集，会出现光谱测量与图像测量区域不吻合、光谱测量涵盖较多环境光噪声等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种能够准确进行猪肉品质检测的方法及装置。
2、为了达到上述目的，本专利技术设想通过利用光谱仪和摄像器件对猪肉的营养成分和各含量的物理分布进行多元且准确的测量，并将两者对应结合起来，形成更为完整的猪肉品质检测系
3、(1)测量猪肉样品的光谱：将猪肉样品放置在载物台上，调节宽带光源功率使其出光，根据猪肉样品上光斑大小及位置调节载物台高度与水平面xy位置，通过摄像器件图像观察直至光斑大小与位置合适，然后开始测量，并通过数据处理终端对光谱测量数据进行记录保存；
4、(2)拍摄光谱测量范围：保持宽带光源出光状态，使用摄像器件对猪肉样品进行拍摄，并通过数据处理终端对记录了光谱测量范围的图片进行保存；
5、(3)拍摄猪肉样品纹理：关闭宽带光源和光谱仪，打开环形光源作为纹理拍摄的照明光源，打开摄像器件，拍摄猪肉样品切面纹理图片，并通过数据处理终端将其进行保存；
6、(4)统一光谱测量范围和拍摄范围：利用roi分析，将猪肉样品切面纹理图片与记录了光谱测量范围的图片进行比对，并将两者统一起来，通过数据处理终端将结果进行保存。
7、另一方面，本专利技术还提供了一种基于图像与光谱融合的猪肉品质检测装置，该装置包括光谱测量模块、样品拍摄模块、光路整合模块、数据处理终端和载物台，光谱测量模块和样品拍摄模块分别电连接至数据处理终端，光路整合模块位于光谱测量模块、样品拍摄模块和载物台之间。
8、进一步地，光谱测量模块包括光谱仪、宽带光源、扩束元件和y型光纤，宽带光源与光谱仪之间通过y型光纤连接，y型光纤的两根分支端分别连接宽带光源和光谱仪，y型光纤的合并端连接扩束元件。优选地，光谱仪和宽带光源的波长范围覆盖近紫外-可见-近红外波段，且宽带光源的光谱范围大于光谱仪。
9、进一步地，由于猪肉样品所含不同结构蛋白质对光源的特征波长分布较广，涵盖从紫外至中红外的波段，因此，所选光源不仅需覆盖较宽波段和相对平坦的光谱分布，还需考虑性价比和照明光谱分布的均匀性，故宽带光源优选卤钨灯，特别是高功率卤钨灯，优选功率为至少100w的卤钨灯，其波长范围为350-2500nm。
10、进一步地，扩束元件优选为余弦校正器或功能性扩散片。
11、进一步地，样品拍摄模块包括摄像器件和光源。光源优选为环形光源。更优选地，光源为冷白光led环形光源。摄像器件优选为彩色ccd。
12、进一步地，光路整合模块包括分光器。进一步地，出于对光路构成和分光效果的考虑，分光器优选为分光棱镜，光谱测量模块位于分光器侧面，样品拍摄模块位于分光器上方，载物台位于分光器下方，光谱测量模块和样品拍摄模块的光路整合在一起。
13、进一步地，载物台包括消反光底板，该消反光底板具有多个同心圆的三棱齿，且其齿形向外。消反光底板优选包括黑色哑光漆作为表面附着层。
14、优选地，数据处理终端与光谱仪和摄像器件分别相连，保存光谱仪所测得光谱测量数据和摄像器件所拍摄的图片。数据处理终端优选为个人计算机(pc)。
15、本专利技术的装置中，光谱测量模块独立采集猪肉样品的整体光谱信息，样品拍摄模块独立采集猪肉的纹理信息。光路整合模块将光谱测量模块和样品拍摄模块的光路进行重合，使两者的测量区域存在大面积交叠，保证猪肉测量区域具有一致性。数据处理终端对光谱测量模块和样品拍摄模块所采集的猪肉光谱信息和纹理信息进行处理和分析，完成对猪肉肉质的评价。
16、本专利技术的方法和装置的工作原理是利用不同结构的蛋白质以及其他营养成分经宽带光源照射后，通过光谱仪测量其反射光的光谱上呈现不同的特征波长与特征峰，由此来分析测定各组分在猪肉样品里的含量；另外通过拍摄纹理并与光谱测量范围对比并将其统一，分析其各组分在样品内的分布，以及组分含量和组分分布之间的关系。为了更精确匹配图像和光谱两个维度测量区域，实现“所见即所测即所得”的目标，同时尽可能减少噪声影响，本专利技术使用纹理测量感兴趣(roi)区域保证两种手段的测量区域一致，同时进一步引入消反光底板可以消除由底板产生的环境杂散光干扰，进而提高光谱信噪比，使光谱测量结果误差更小。同时，为克服光谱仪所用光纤数值孔径小的局限，本专利技术也提出在光纤出射端增加扩束元件，以缩短整体光谱测量光路的长度，实现紧凑的结构设计。
17、相比于现有技术，本专利技术提供的装置和方法的优势在于：(1)相比于传统化学方式对猪肉进行质量检测，本专利技术提供的方式无需对猪肉的完整性进行破坏就可以达到相近的结果的准确性。(2)整体耗时更短，成本相对低廉。(3)不同成分(如蛋白质和脂肪)的分布对肉质口感影响很大，而传统方法展示的是积分后的结果，并不能检验这一点。本专利技术将纹理与光谱测量结合起来，比传统化学检测方法多了一个维度。此外，本专利技术的装置和方法所涉及的分析与评价,不仅可以适用于猪肉品质检测，还可以进一步应用于其他带纹理分布的肉类，例如羊肉、牛肉等。
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1.一种基于图像和光谱融合的猪肉品质检测方法，其特征在于包括以下步骤：
2.一种基于图像和光谱融合的猪肉品质检测装置，其特征在于包括：光谱测量模块、样品拍摄模块、光路整合模块、数据处理终端和载物台，所述光谱测量模块和所述样品拍摄模块分别电连接至数据处理终端，所述光路整合模块位于所述光谱测量模块、所述样品拍摄模块和所述载物台之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光谱测量模块包括光谱仪、宽带光源、扩束元件和Y型光纤，所述宽带光源与所述光谱仪之间通过所述Y型光纤连接，所述Y型光纤的两根分支端分别连接所述宽带光源和所述光谱仪，所述Y型光纤的合并端连接所述扩束元件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述光谱仪和所述宽带光源的波长范围覆盖近紫外-可见-近红外波段，且所述宽带光源的光谱范围大于所述光谱仪。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述宽带光源是卤钨灯。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述扩束元件是余弦校正器或功能性扩散片。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述光源是环形光源。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光路整合模块包括分光器。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述载物台包括消反光底板。
...【技术特征摘要】
1.一种基于图像和光谱融合的猪肉品质检测方法，其特征在于包括以下步骤：
2.一种基于图像和光谱融合的猪肉品质检测装置，其特征在于包括：光谱测量模块、样品拍摄模块、光路整合模块、数据处理终端和载物台，所述光谱测量模块和所述样品拍摄模块分别电连接至数据处理终端，所述光路整合模块位于所述光谱测量模块、所述样品拍摄模块和所述载物台之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光谱测量模块包括光谱仪、宽带光源、扩束元件和y型光纤，所述宽带光源与所述光谱仪之间通过所述y型光纤连接，所述y型光纤的两根分支端分别连接所述宽带光源和所述光谱仪，所述y型光纤的合并端连接所述扩束元件。
4.根据权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉辉，何祖勇，彭苗舜，祝伟鹏，姜维伦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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