稻米膠稠度的圖像測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于食品檢測領(lǐng)域，涉及稻米的膠稠度測量方法，具體為一種利用圖像技 術(shù)測量稻米膠稠度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 稻米是我國重要的糧食作物，隨著生活水平的日益提高，人們對稻米的食味品質(zhì) 的要求越來越高。膠稠度(gel consistency，GC)是稻米的主要品質(zhì)指標(biāo)。稻米粉樣經(jīng)稀堿 熱糊化后形成米膠，冰水浴冷卻后的米膠在水平放置的試管中作緩慢流動(dòng)延伸，其米膠總 長度稱為膠稠度，可以測量求得。國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道了膠稠度的大小直接與米飯的軟硬度相 關(guān)。根據(jù)米膠長度可將膠稠度分為三類:硬膠稠度40mm)、中膠稠度(41~60mm)、軟膠稠 度U61mm)。軟膠稠度的米飯較為柔軟可口，冷卻后仍保持柔軟且不變硬;而硬膠稠度的米 飯的硬度較大、干燥易裂，冷卻后硬度更大，食味不佳。因此，膠稠度與米飯的柔軟性、適口 性、冷飯質(zhì)地等密切關(guān)聯(lián)，膠稠度的準(zhǔn)確、快速測量對稻米食味品質(zhì)的評價(jià)有著重要的意 義。
[0003] 作為稻米常規(guī)品質(zhì)指標(biāo)，膠稠度的測定已有國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 22294-2008、GB/T 17891-1999)用以執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)中，膠稠度的測定步驟包括試樣的制備、制備樣品水分測定、溶 解樣品、制膠、測量米膠長度等。目前為止，測量膠稠度全靠檢測人員的目測，即將試管置于 墊有刻度紙的水平臺上靜置，目測自管底至米膠前沿的長度，以毫米(_)表示。用目測的方 法來測量米膠長度，主要有兩點(diǎn)不足:首先，檢測人員的目測帶有主觀性的估算，結(jié)果易受 人員的生理和心理狀態(tài)的影響，不具客觀性、絕對性、唯一性;再者，當(dāng)大批量樣品處于在檢 狀態(tài)時(shí)，由檢測人員進(jìn)行目測需要耗費(fèi)比較長的時(shí)間。在如今這個(gè)信息化、圖像化的時(shí)代， 一種更為快捷、準(zhǔn)確、科學(xué)的方法急需開發(fā)以用于稻米膠稠度的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種稻米膠稠度的圖像測量方法，本發(fā)明旨在利 用圖像技術(shù)的耗時(shí)少、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)，提供一種快速且準(zhǔn)確的方法來替代目前常規(guī)的目 測。本發(fā)明并不改變稻米樣品的前處理和形成米膠的操作，而僅是用于測量米膠長度。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種稻米膠稠度的圖像測量方法，包括如下 步驟：
[0006] 1)、背景板的制作：
[0007] 背景板為A4大小的白色背景板，在背景板上設(shè)有相互平行且保持間距的3個(gè)標(biāo)尺， 2個(gè)相鄰標(biāo)尺之間的區(qū)域?yàn)橛糜跀[放試管的試管擺放區(qū)域；
[0008] 2)、水平操作臺的布置：
[0009] 將上述背景板放在水平操作臺上；
[0010]備注說明：背景板一般為縱向擺放，水平操作臺上可放若干個(gè)背景板；
[0011] 3)、拍照儀器(相機(jī)或手機(jī))的位置確定：
[0012] 拍照儀器的鏡頭距離背景板至少30cm的高度(一般控制為30~50cm)，且使拍照儀 器的鏡頭的中心點(diǎn)對齊白色背景板的中心點(diǎn)；
[0013] 4)、試管的擺放及照片的獲?。?br>[0014] 將若干根裝有待測稻米所形成的冷卻后米膠的試管立即進(jìn)行以下操作:放入試管 擺放區(qū)域，試管的軸心線與標(biāo)尺相平行;在一個(gè)試管擺放區(qū)域內(nèi)設(shè)置兩列相互間隔的試管 組，每個(gè)試管組內(nèi)的試管相互緊貼（即，每個(gè)試管組內(nèi)相鄰的2根試管之間不留空隙）；
[0015] 自冷卻后米膠在室溫下放置1小時(shí)后，利用步驟3)所述的拍照儀器對背景板上的 試管同時(shí)進(jìn)行拍照；
[0016] 5)、利用步驟4)拍照所得結(jié)果測算稻米的膠稠度：
[0017] 所述測算由如下四個(gè)功能模塊完成：
[0018] 功能模塊①:將照片轉(zhuǎn)換成二值數(shù)值矩陣；
[0019] 功能模塊②:依據(jù)功能模塊①所得的二元數(shù)值矩陣判斷每個(gè)試管擺放區(qū)域內(nèi)的每 列試管組中的每個(gè)試管的位置（即，包括每列試管組中起始試管的位置及其余試管的位置； 備注說明：起始試管是指每列試管組中排在第一行(從上至下起算)的試管）；
[0020] 功能模塊③:依據(jù)功能模塊②所得的每個(gè)試管擺放區(qū)域內(nèi)的每根試管的位置，依 次計(jì)算位于每個(gè)試管內(nèi)的米膠的虛擬長度；
[0021] 功能模塊④:依據(jù)功能模塊③所得的每個(gè)試管內(nèi)的米膠的虛擬長度根據(jù)對應(yīng)的標(biāo) 尺(20mm標(biāo)尺)算出樣品(待測稻米)的膠稠度結(jié)果。
[0022] 作為本發(fā)明的稻米膠稠度的圖像測量方法的改進(jìn)：
[0023] 所述步驟1)為：
[0024]白色背景板縱向放置，白色背景板上印有3條20mm黑色標(biāo)尺，標(biāo)尺I位于距離白色 背景板上沿8mm處，標(biāo)尺Π 位于白色背景板正中央，標(biāo)尺ΙΠ 位于距離白色背景板下沿8mm處；
[0025] 標(biāo)尺I和標(biāo)尺Π 之間的區(qū)域形成一個(gè)試管擺放區(qū)域(命名為試管擺放區(qū)域1)，標(biāo)尺 Π 和標(biāo)尺m之間的的區(qū)域?yàn)榱硪粋€(gè)試管擺放區(qū)域(命名為試管擺放區(qū)域2)。
[0026] 作為本發(fā)明的稻米膠稠度的圖像測量方法的進(jìn)一步改進(jìn)：
[0027] 所述步驟4)中：每個(gè)試管擺放區(qū)域內(nèi)的每列試管組最多放置8根試管；即，白色背 景板最多放置32根試管；
[0028]拍攝的照片尺寸大小控制為800 X 600像素。
[0029] 作為本發(fā)明的稻米膠稠度的圖像測量方法的進(jìn)一步改進(jìn)：
[0030] 所述步驟5)具體如下：
[0031 ]功能模塊①:將800 X 600像素的照片轉(zhuǎn)換成二元數(shù)值矩陣；
[0032]本模塊中，Matlab軟件內(nèi)的計(jì)算規(guī)則為：每張800X600像素的照片，將其轉(zhuǎn)換成 800 X600(行數(shù)X列數(shù)）的二值數(shù)值矩陣，即矩陣中只有數(shù)值1和0;設(shè)定試管中藍(lán)色米膠部 分（即，如圖1所示為試管內(nèi)的灰色部分)和標(biāo)尺對應(yīng)的二值數(shù)值矩陣位置上的數(shù)值為1，其 余部分的數(shù)值均為〇;
[0033]功能模塊②:根據(jù)功能模塊①所得的二元數(shù)值矩陣判斷每個(gè)試管擺放區(qū)域內(nèi)的每 列試管組中的起始試管在照片中的位置(可通過找到每個(gè)試管擺放區(qū)域內(nèi)的每列試管組排 在第一行的試管的上側(cè)邊緣而確定該起始試管的位置）；從而進(jìn)一步確定每個(gè)試管擺放區(qū) 域內(nèi)的每列試管組中的每個(gè)試管的位置；
[0034]備注說明：室溫下，冷卻后米膠順著試管的長度延伸，藍(lán)色米膠的寬度等同于試管 的寬度(直徑），試管的上側(cè)邊緣位置也就是藍(lán)色米膠的上側(cè)邊緣位置；由于試管的直徑固 定，且每列試管組中試管是間緊挨著的，即試管在矩陣中占據(jù)的行數(shù)量基本一致;因此根據(jù) 起始試管的位置，能進(jìn)一步確定區(qū)域中32根試管的位置。
[0035]本模塊中，Matlab軟件內(nèi)的計(jì)算規(guī)則為:在二值數(shù)值矩陣中，區(qū)域1的位置為第40 行到400行，區(qū)域2的位置為第425行到760行，其余的行數(shù)則分布有3個(gè)標(biāo)尺的位置。每根試 管在矩陣中占據(jù)了35行，也就是試管的狀態(tài)由35行的數(shù)值表示出來。區(qū)域1中第1列第1根試 管的上側(cè)邊緣，就是二值數(shù)值矩陣中在第40行到400行、第1列到300列中第一次出現(xiàn)數(shù)值1 的行數(shù)。從該行數(shù)開始，第一個(gè)35行表示第1列第1根試管即起始試管，接著的第二個(gè)35行表 示第1列第2根試管，再接著的第三個(gè)35行表示第1列第3根試管……依次類推，確定了第1列 的8根試管位置。區(qū)域1中第2列第1根試管的上側(cè)邊緣，就是二值數(shù)值矩陣中在第40行到400 行、第301列到600列中第一次出現(xiàn)數(shù)值1的行數(shù);再根據(jù)第1列的方法找出第2列的起始試管 及其余試管位置。同理可計(jì)算出區(qū)域2中的所有試管位置。
[0036]功能模塊③:根據(jù)功能模塊②所得的每個(gè)試管擺放區(qū)域內(nèi)的每根試管的位置，依 次計(jì)算位于每個(gè)試管內(nèi)的米膠的虛擬長度：
[0037] 在每根試管中，找到橫向藍(lán)色米膠的最左端和最右端，計(jì)算藍(lán)色米膠的虛擬長度， 即米膠在數(shù)值矩陣中占據(jù)的列數(shù)量；
[0038] 本模塊中，Matlab軟件內(nèi)的計(jì)算規(guī)則為:在二值數(shù)值矩陣中，每根試管對應(yīng)的35行 300列中，找到首次和末次出現(xiàn)數(shù)值1的第i列和第j列，則該試管中米膠的虛擬長度x(以列 數(shù)為單位)的計(jì)算公式為x = j_i+l。同理可得所有試管的虛擬長度。
[0039] 功能模塊④:根據(jù)標(biāo)尺的虛擬長度和實(shí)際長度，計(jì)算藍(lán)色米膠的實(shí)際長度即膠稠 度，以毫米_為單位；當(dāng)拍照儀器(相機(jī)或手機(jī))位置固定且水平時(shí)，每張照片中每個(gè)標(biāo)尺的 虛擬長度均相同；
[0040] 本模塊中，Matlab軟件內(nèi)的計(jì)算規(guī)則為:在二值數(shù)值矩陣中，標(biāo)尺I、n、m的位置 分別為第21行至30行、第411行至420行、第771行至780行。參考模塊③中，在標(biāo)尺位置內(nèi)找 到出現(xiàn)數(shù)值1的列數(shù)量，即計(jì)算出標(biāo)尺I、Π 、m的虛擬長度分別為yi、y2、y3。標(biāo)尺I、Π 、m的 虛擬長度分別為71、72、73。區(qū)域1內(nèi)的米膠實(shí)際長度(用7表示，單位111111)以71和72的平均值作 為實(shí)際長度20mm計(jì)算所得，米膠實(shí)際長度計(jì)算公式為y = 4〇X/(yi+y2);區(qū)域2內(nèi)的米膠實(shí)際 長度以y2和y3的平均值作為實(shí)際長度20mm計(jì)算所得，米膠實(shí)際長度計(jì)算公式為y = 40x/(y2+ y3)。當(dāng)本法中的相機(jī)或手機(jī)位置固定且水平時(shí)，yi = y2 = y3,故區(qū)域中的米膠實(shí)際長度計(jì)算 公式為y = 20x/yi。