一種光學(xué)檢測系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光學(xué)檢測系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括：檢測探頭、收集單元和處理單元，其中：檢測探頭包括多個光譜光電二極管，每個光譜光電二極管均用于發(fā)射單色光，并令單色光照射至樣品上，其中，至少一個光譜光電二極管所發(fā)射的單色光的波長與其它不同；收集單元用于收集多個光譜光電二極管發(fā)射的單色光經(jīng)樣品表面反射后得到的多路信號光；處理單元包括光電轉(zhuǎn)換模塊、加法模塊和檢測模塊：光電轉(zhuǎn)換模塊用于將收集單元所收集到的多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號；加法模塊用于對多路電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；檢測模塊用于根據(jù)運(yùn)算結(jié)果對樣品的品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)生鮮肉品質(zhì)的快速、廉價、無損檢測。
【專利說明】一種光學(xué)檢測系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光學(xué)檢測系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的不斷提高，消費(fèi)需求的日益增長，膳食結(jié)構(gòu)的相對變化以及對健 康的日益關(guān)注，人們對生鮮肉的需求日趨多元化，對生鮮肉品質(zhì)安全的要求也不斷提高。由 于生鮮肉本身富含營養(yǎng)物質(zhì)和水分，極易腐敗，再加上屠宰加工及銷售過程中缺乏良好的 衛(wèi)生條件，因此生鮮肉的品質(zhì)無法保證，因此對于生鮮肉品質(zhì)的檢測與監(jiān)管是非常重要而 迫切的。
[0003] 傳統(tǒng)的生鮮肉品質(zhì)檢測方法檢測效率低、所需時間長、產(chǎn)品破壞大。無損檢測技術(shù) 是近年發(fā)展以來的一種新技術(shù)，是指在不破壞樣品的情況下對其進(jìn)行品質(zhì)評價的方法。而 光譜技術(shù)是現(xiàn)在生鮮肉無損檢測應(yīng)用較多的技術(shù)，但是其對樣品檢測主要依賴于光譜儀， 光譜儀是檢測的主要部件，不可缺少，而目前市場上絕大部分光譜儀價格昂貴，體積較大， 維護(hù)成本高，無法廣泛應(yīng)用到生鮮肉品質(zhì)檢測的實(shí)際操作中去。
[0004] 而隨著光學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的智能化檢測系統(tǒng)，正沿著便攜式、手持式方 向發(fā)展，越來越小型化、微型化、智能化發(fā)展。發(fā)展簡單、快速、輕便的檢測設(shè)備及其重要，同 時以實(shí)驗(yàn)室的演技結(jié)果為依托，脫離昂貴或是大型檢測設(shè)備是發(fā)展的必然趨勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種光學(xué)檢測系統(tǒng)和方法，以實(shí)現(xiàn)生鮮肉品質(zhì)的快速、廉價、無損檢 測。
[0006] 本發(fā)明首先提供一種光學(xué)檢測系統(tǒng)，包括：檢測探頭、收集單元和處理單元，其 中：
[0007] 所述檢測探頭包括多個光譜光電二極管，每個所述光譜光電二極管均用于發(fā)射單 色光，并令所述單色光照射至樣品上，其中，至少一個光譜光電二極管所發(fā)射的單色光的波 長與其它光譜光電二極管不同；
[0008] 所述收集單元用于收集所述多個光譜光電二極管發(fā)射的單色光經(jīng)所述樣品表面 反射后得到的多路信號光；
[0009] 所述處理單元包括光電轉(zhuǎn)換模塊、加法模塊和檢測模塊：所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于 將所述收集單元所收集到的多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號；所述加法模塊用于對所述 多路電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；所述檢測模塊用于根據(jù)所述運(yùn)算結(jié)果對所述樣 品的品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果。
[0010] 進(jìn)一步地，所述檢測探頭還用于：
[0011] 根據(jù)需檢測的樣品的品質(zhì)參數(shù)類型選擇所述光譜光電二極管的特征波長。
[0012] 進(jìn)一步地，
[0013] 每個光譜光電二極管均包括反射光出射孔，所述反射光出射孔連接光纖，所述光 纖用于收集經(jīng)所述樣品表面反射后的信號光并傳輸至所述收集單元。
[0014] 進(jìn)一步地，
[0015] 所述反射光出射孔位于所述光譜光電二極管的中心位置。
[0016] 進(jìn)一步地，
[0017] 所述加法模塊包括：運(yùn)算放大器；
[0018] 所述加法模塊還用于：對所述多路電信號進(jìn)行放大運(yùn)算。
[0019] 另一方面，本發(fā)明還提供一種光學(xué)檢測方法，利用如上任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測系 統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)檢測，包括：
[0020] 將多路單色光入射至樣品表面；
[0021] 接收所述多路單色光經(jīng)所述樣品表面反射得到的多路信號光；
[0022] 將所述多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號；
[0023] 對所述多路電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；
[0024] 根據(jù)所述運(yùn)算結(jié)果對所述樣品的品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果。
[0025] 進(jìn)一步地，
[0026] 所述將所述多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號包括：
[0027] 將n路信號光S1, S2,。。。。。，Sn經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換為n路電壓信號 Vl, "^2，° ° ° ° °，Vn ;
[0028] 所述對所述多路電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果包括：
[0029] 對所述n路電壓信號V1, V2,。。。。。，Vn進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果y :
[0030] y = c+k1V1+k2V2+......+k nVn,
[0031] 其中C為常數(shù)，取決于檢測條件和檢測環(huán)境，{ki，k2,……，kn}為所述n路電壓信 號對應(yīng)的系數(shù)矩陣；
[0032] 所述根據(jù)所述運(yùn)算結(jié)果對所述樣品的品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果包括：
[0033] 將所述運(yùn)算結(jié)果y與對應(yīng)于所述樣品需檢測的品質(zhì)參數(shù)的預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較：當(dāng) 所述運(yùn)算結(jié)果y在所述預(yù)設(shè)閾值之內(nèi)時，認(rèn)為所述樣品的相應(yīng)品質(zhì)良好；否則，認(rèn)為所述樣 品的相應(yīng)品質(zhì)不好。
[0034] 可見，在本發(fā)明提供的光學(xué)檢測系統(tǒng)和方法中，能夠選擇樣品中需檢測品質(zhì)參數(shù) 對應(yīng)的特征波長對應(yīng)的光譜光電二極管，利用光譜光電二極管出射的單色光獲取多個特征 波長的反射信號光，并將多路信號光進(jìn)行處理后檢測樣品的品質(zhì)參數(shù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中 光譜技術(shù)檢測成本高，無法廣泛應(yīng)用的技術(shù)問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根 據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036] 圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測系統(tǒng)的檢測探頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測系統(tǒng)的光譜光電二極管的縱向剖面圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測方法的步驟示意圖；
[0040] 圖5是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測方法中對信號光的處理流程示意圖；
[0041] 圖6是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測方法的樣品的檢測系統(tǒng)示意圖
[0042] 圖7是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測方法的Lorentzian函數(shù)示意圖；
[0043] 圖8是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測方法的洛倫茲函數(shù)單波長擬合效果示意 圖；
[0044] 圖9是本發(fā)明的一個實(shí)施例中光學(xué)檢測方法的Gompertz四參數(shù)分布函數(shù)示意 圖；

【具體實(shí)施方式】
[0045] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0046] 圖1示出了本實(shí)施例中光學(xué)檢測系統(tǒng)的側(cè)視圖，圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中光學(xué) 檢測系統(tǒng)的檢測探頭結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1、2所示，本實(shí)施例具體包括：
[0047] 檢測探頭1，其中包括多個光譜光電二極管2,每個光譜光電二極管2均用于發(fā)射 單色光，并令單色光照射到樣品3上，其中，至少一個光譜光電二極管所發(fā)射的單色光的波 長與其它光譜光電二極管不同；
[0048] 收集單元4,用于收集多個光譜光電二極管2發(fā)射的單色光經(jīng)樣品3表面反射后得 到的多路信號光；
[0049] 處理單兀5,包括光電轉(zhuǎn)換模塊6、加法模塊7和檢測模塊8 :光電轉(zhuǎn)換模塊6用于 將收集單元4所收集到的多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號；加法模塊7用于對多路電信 號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；檢測模塊8用于根據(jù)運(yùn)算結(jié)果對樣品3的品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢 測，輸出檢測結(jié)果。
[0050] 其中，檢測探頭1可以根據(jù)需檢測的樣品的品質(zhì)參數(shù)的類型來選擇不同特征波長 的光譜光電二極管2, n個波段的光譜二極管組成檢測陣列，以得到更加有針對性、更加精 確的檢測結(jié)果。
[0051] 另外，每個光譜光電二極管2均可以包括反射光出射孔9。圖3為光譜光電二極管 的縱向剖面圖，反射光出射孔9均可以連接一根光纖（圖中未示出），光纖用于收集經(jīng)樣品 3表面反射后的信號光并傳輸至收集單元4。舉例來說，反射光出射孔9可以位于光譜光電 二極管2的中心位置。
[0052] 在本實(shí)施例的一個具體結(jié)構(gòu)中，加法模塊7可以包括：運(yùn)算放大器；加法模塊7還 可以用于：對多路電信號進(jìn)行放大運(yùn)算。
[0053] 圖4示出了一種光學(xué)檢測方法，利用上述實(shí)施例中的任一種光學(xué)檢測系統(tǒng)進(jìn)行光 學(xué)檢測，參見圖4,本實(shí)施例的方法具體包括：
[0054] 步驟401 :將多路單色光入射至樣品表面。
[0055] 步驟402 :接收所述多路單色光經(jīng)所述樣品表面反射得到的多路信號光。
[0056] 例如，可將n個光譜光電二極管所發(fā)出的n路單色光經(jīng)樣品表面反射得到n路信 tZJ Si，Sg, O O O O O，O
[0057] 步驟403 :將所述多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號。
[0058] 在本實(shí)施例的前述應(yīng)用場景中，可將將n路信號光S1, S2,。。。。。，Sn經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換 后轉(zhuǎn)換為n路電壓信號Vi，^，。。。。。，Vn。
[0059] 步驟404 :對所述多路電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果。
[0060] 在本實(shí)施例的前述場景中，可以對n路電壓信號VpV2,。。。。。，￥"進(jìn)行加法運(yùn)算， 得到運(yùn)算結(jié)果y :
[0061] y = c+k1V1+k2V2+......+k nVn,
[0062] 其中c為常數(shù)，取決于檢測條件和檢測環(huán)境，{ki，k2,……，kn}為所述n路電壓信 號對應(yīng)的系數(shù)矩陣，具體的運(yùn)算過程見圖5。
[0063] 其中，以測定生鮮肉安全品質(zhì)主要參數(shù)菌落總數(shù)（TVC)為例：實(shí)驗(yàn)樣品為從超市 采購的生鮮豬肉的背最長肌，分割為8cm長X 5cm寬X 2. 5cm厚的肉塊。實(shí)驗(yàn)樣品共89塊， 按3:1分為校正集66塊，驗(yàn)證集23塊建立豬肉細(xì)菌總數(shù)預(yù)測模型。
[0064] 利用如圖6所示的檢測系統(tǒng)進(jìn)行樣品反射信息的獲取。其中如圖6所示，利用與 圖2相同結(jié)構(gòu)和相同波段下的檢測頭1，利用收集單元4中的光纖連接到VIS/NIR光譜儀 10獲取每一個光譜光電二極管采集到樣品3的反射信息，并將該信息可視化保存在計算機(jī) 11中。每個特征波段的光譜光電二極管都具有一定半波帶寬，因此采集的反射信息也只是 在該特征波段下左右一定波帶寬范圍內(nèi)的信息。
[0065] 生鮮豬肉細(xì)菌總數(shù)選定的特征波長有466、508、547、586、615、717、850、955(nm)。 每塊樣品每個點(diǎn)測8個不同波段下的光譜進(jìn)行平均，實(shí)驗(yàn)中測量樣品8個不同點(diǎn)進(jìn)行平均 作為該樣品的光譜信息。
[0066] 通過對每條波段下采集的曲線進(jìn)行擬合可以獲得特征光譜，利用特征光譜來代替 原始光譜信息，數(shù)據(jù)量較小，而且能夠反映樣品的綜合信息。擴(kuò)散擬合方法可以為洛倫茲函 數(shù)（Lorentzian distribution)擬合，參見圖7,洛倫茲函數(shù)的表達(dá)式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種光學(xué)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：檢測探頭、收集單元和處理單元，其中： 所述檢測探頭包括多個光譜光電二極管，每個所述光譜光電二極管均用于發(fā)射單色 光，并令所述單色光照射至樣品上，其中，至少一個光譜光電二極管所發(fā)射的單色光的波長 與其它光譜光電二極管不同； 所述收集單元用于收集所述多個光譜光電二極管發(fā)射的單色光經(jīng)所述樣品表面反射 后得到的多路信號光； 所述處理單元包括光電轉(zhuǎn)換模塊、加法模塊和檢測模塊：所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于將所 述收集單元所收集到的多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號；所述加法模塊用于對所述多路 電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；所述檢測模塊用于根據(jù)所述運(yùn)算結(jié)果對所述樣品的 品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測探頭還用于： 根據(jù)需檢測的樣品的品質(zhì)參數(shù)類型選擇所述特征波段的光譜光電二極管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測系統(tǒng)，其特征在于： 每個光譜光電二極管均包括反射光出射孔，所述反射光出射孔連接光纖，所述光纖用 于收集經(jīng)所述樣品表面反射后的信號光并傳輸至所述收集單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)檢測系統(tǒng)，其特征在于： 所述反射光出射孔位于所述光譜光電二極管的中心位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測系統(tǒng)，其特征在于： 所述加法模塊包括：運(yùn)算放大器； 所述加法模塊還用于：對所述多路電信號進(jìn)行放大運(yùn)算。
6. -種光學(xué)檢測方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測系統(tǒng) 進(jìn)行光學(xué)檢測，包括： 將多路單色光入射至樣品表面； 接收所述多路單色光經(jīng)所述樣品表面反射得到的多路信號光； 將所述多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號； 對所述多路電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果； 根據(jù)所述運(yùn)算結(jié)果對所述樣品的品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)檢測方法，其特征在于： 所述將所述多路信號光分別轉(zhuǎn)換為多路電信號包括： 將n路信號光Si，S2,。。。。。，Sn經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換為n路電壓信號Vi，V2,。。。。。，V n ; 所述對所述多路電信號進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果包括： 對所述n路電壓信號'，V2,。。。。。，Vn進(jìn)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果y :y = c+kJi+k^^......+knVn, 其中c為常數(shù)，取決于檢測條件和檢測環(huán)境，{ki，k2,……，kn}為所述n路電壓信號對 應(yīng)的系數(shù)矩陣； 所述根據(jù)所述運(yùn)算結(jié)果對所述樣品的品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果包括： 將所述運(yùn)算結(jié)果y與對應(yīng)于所述樣品需檢測的品質(zhì)參數(shù)的預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較：當(dāng)所述 運(yùn)算結(jié)果y在所述預(yù)設(shè)閾值之內(nèi)時，認(rèn)為所述樣品的相應(yīng)品質(zhì)良好；否則，認(rèn)為所述樣品的 相應(yīng)品質(zhì)不好。
【文檔編號】G01N21/27GK104406921SQ201410778537
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】彭彥昆, 趙娟 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)