一種南疆紅棗多參量品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法
【專利說(shuō)明】一種南疆紅棗多參量品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0003]南疆僅兵團(tuán)的紅棗種植面積就已經(jīng)超過(guò)150萬(wàn)畝，南疆紅棗多參量表征方法為本專利的實(shí)施提供了廣闊市場(chǎng)。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)只有一個(gè)有關(guān)近紅外光譜檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即飼料中水分、粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、賴氨酸、蛋氨酸、快速測(cè)定近紅外光譜法(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T18868-2002)。日前，國(guó)家糧食局針對(duì)我國(guó)糧食收購(gòu)的需要，已經(jīng)開(kāi)展了‘小麥蛋白測(cè)定-近紅外法’、‘小麥水分測(cè)定-近紅外法’等標(biāo)準(zhǔn)制定工作?？傮w來(lái)說(shuō)，我國(guó)在飼料、糧食、煙草和國(guó)防等行業(yè)中已經(jīng)率先開(kāi)展了近紅外分析標(biāo)準(zhǔn)工作，對(duì)我國(guó)質(zhì)量控制體系和近紅外分析科學(xué)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0005]紅棗栽培面積迅速增長(zhǎng)對(duì)快速無(wú)損檢測(cè)設(shè)備需求，這對(duì)矛盾制約果品市場(chǎng)快速發(fā)展，特別是在南疆紅棗現(xiàn)在主流分選方式依然是基于外觀和果重的機(jī)械加人工的分選方式，這種方式嚴(yán)重制約了紅棗這一特色產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。由于紅棗產(chǎn)量大，糖度高在市場(chǎng)上很受歡迎，但受近紅外相應(yīng)果品校正庫(kù)的制約，一些先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備依然不能發(fā)揮應(yīng)用的作用，一定程度上制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步法，所以我區(qū)主流分級(jí)方式現(xiàn)在主流分選方式依然是基于外觀和果重的機(jī)械加人工的分選方式，現(xiàn)在紅棗的品質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也僅限于果重和尺寸上的分級(jí)，由于傳統(tǒng)的糖度測(cè)量手段是選取樣品破開(kāi)或擠汁但這樣就會(huì)破壞紅棗的完整，而且檢測(cè)結(jié)果受樣品選取的影響很大，所以遲遲未對(duì)這一體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)很重要糖度給出具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]國(guó)外的紅棗分級(jí)已經(jīng)相當(dāng)成熟并且形成了一定的規(guī)模。美國(guó)、歐洲以及澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家，紅棗幾乎100%的都經(jīng)過(guò)機(jī)械化的分級(jí)。既按果實(shí)著色程度又按果實(shí)大小來(lái)進(jìn)行分級(jí)，是當(dāng)今世界生產(chǎn)上最先進(jìn)的果實(shí)采后處理技術(shù)。
[0007]基于結(jié)構(gòu)照明的光學(xué)三維傳感技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)、質(zhì)量控制、機(jī)器視覺(jué)、影視特技和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，傅里葉變換輪廓(FTP)的原理是將Ronchi光柵或正弦型光柵投影到被測(cè)物體表面，對(duì)觀察到光場(chǎng)進(jìn)行傅里葉分析、濾波和逆傅里葉變換，就可以從變形條紋圖形中提取三維面形和高度信。FTP處理流程(如圖6所示)。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。在紅棗在線快速實(shí)時(shí)獲取三維面形信息后獲取大小，紋理，飽滿度等外部品質(zhì)方面具有重要的實(shí)用意義。
[0008]
現(xiàn)有技術(shù)如下:
⑴果蔬分級(jí)實(shí)驗(yàn)裝置，中國(guó)專利，羅華平等，2009年可用于紅棗等果品的品質(zhì)快速在線分級(jí)。果品在線分級(jí)實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)兩次圖像采集過(guò)程對(duì)果品分級(jí)。
[0009]⑵一種新疆紅棗品質(zhì)分級(jí)建模方法，中國(guó)專利，羅華平等，2012年。物理細(xì)分和光譜細(xì)分相結(jié)合的方法，提取水分和糖度特征因子編碼分級(jí)建模。
[0010]利用現(xiàn)有的近紅外光譜TQ通用建模軟件可完成各種果品品質(zhì)校正建模。
[0011](3)南疆紅棗品質(zhì)多參數(shù)數(shù)字化評(píng)價(jià)系統(tǒng)，軟件著作權(quán)，羅華平等，2014 通過(guò)相機(jī)和光譜儀分別獲得南疆紅棗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)軟件。
[0012]在以上兩項(xiàng)已授權(quán)專利和一項(xiàng)軟件著作權(quán)部分內(nèi)容的基礎(chǔ)上完成現(xiàn)有的專利技術(shù)
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在對(duì)紅棗品質(zhì)表征參數(shù)不足、操作過(guò)程復(fù)雜和檢測(cè)結(jié)果不理想或無(wú)法連續(xù)在線采集等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的多參量表征、操作過(guò)程簡(jiǎn)單和檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法，主要包括:
第一階段利用結(jié)構(gòu)光投影照明法通過(guò)傳送帶上方的相機(jī)連續(xù)獲取紅棗圖像，通過(guò)傅里葉變換輪廓技術(shù)(FTP)獲得紅棗三維面形信息，處理后獲得大小，紋理、飽滿度等外部品質(zhì)信息，給出外部品質(zhì)權(quán)重因子A。
[0015]第二階段通過(guò)光譜儀采集南疆紅棗的近紅外光譜，經(jīng)光譜預(yù)處理和選取適當(dāng)算法，與建立的紅棗品質(zhì)校正模型比對(duì)之后，獲取紅棗的水分、糖度、酸度等內(nèi)部品質(zhì)信息B。并由二者權(quán)重因子之和D=A+B大小進(jìn)行品質(zhì)分級(jí)，用于品質(zhì)顯示或觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成分級(jí)過(guò)程。
[0016]第一階段:
利用結(jié)構(gòu)光照明FTP技術(shù)獲取紅棗三維面形信息。主要步驟如下
1、LCD投影儀作為投影裝置，依據(jù)不同測(cè)量環(huán)境的要求，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程生成投影所需要的正弦光柵。
[0017]2、系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定，根據(jù)被測(cè)物體以及測(cè)量的要求改變條紋的周期、初始相位、對(duì)比度和亮度等參數(shù)。
[0018]3、調(diào)節(jié)C⑶與被測(cè)面的距離，使光柵像充滿整個(gè)C⑶像面；
4、采集圖像獲取紅棗大小、紋理，飽滿度信息。
[0019]第二階段:
利用光譜儀獲取紅棗內(nèi)部品質(zhì)信息
a、采集南疆紅棗的近紅外光譜，依據(jù)采集結(jié)果，光譜處理后提取特征因子后進(jìn)行光譜庫(kù)檢索；
b、依據(jù)光譜庫(kù)檢索結(jié)果，進(jìn)行光譜馬氏距離判斷，建立紅棗模型，用于品質(zhì)顯示或觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成分級(jí)過(guò)程。
[°02°] 進(jìn)一步地，在步驟a之前，還包括:
按大小和果重，對(duì)南疆紅棗進(jìn)行分選，通過(guò)相機(jī)獲取紅棗的顏色和紋理，投影法獲取飽滿度等外部品質(zhì)信息(見(jiàn)圖4)。
[0021]進(jìn)一步地，在步驟b之后，還包括:
依據(jù)南疆紅棗的糖度和含水量，設(shè)定閾值，對(duì)比校正紅棗模型。
[0022]進(jìn)一步地，在步驟b中，所述進(jìn)行光譜馬氏距離判斷，建立紅棗模型的操作，具體包括:
當(dāng)光譜馬氏距離判斷結(jié)果小于較高品質(zhì)一致的紅棗時(shí)，建立相應(yīng)的紅棗模型；
調(diào)用南疆紅棗模型庫(kù)進(jìn)行光譜對(duì)比，返回進(jìn)行光譜馬氏距離判斷的操作。
[0023]進(jìn)一步地，在步驟b中，所述進(jìn)行光譜馬氏距離判斷，建立紅棗模型的操作，具體還包括:
當(dāng)光譜馬氏距離判斷結(jié)果大于次品紅棗品質(zhì)時(shí)，建立相應(yīng)的紅棗模型。
[0024]進(jìn)一步地，所述次品紅棗，包括褐變紅棗和裂果紅棗。
[0025]本發(fā)明各實(shí)施例的南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法，由于主要包括:采集南疆紅棗的近紅外光譜，依據(jù)采集結(jié)果，進(jìn)行光譜庫(kù)檢索；依據(jù)光譜庫(kù)檢索結(jié)果，進(jìn)行光譜馬氏距離判斷，建立紅棗模型，用于品質(zhì)顯示或觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成分級(jí)過(guò)程;可以對(duì)南疆紅棗通過(guò)近紅外光譜掃描，對(duì)比校正模型數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)定閾值，南疆紅棗的糖度和含水量等內(nèi)在品質(zhì)，結(jié)果用于品質(zhì)顯示或觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成分級(jí)過(guò)程;從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)產(chǎn)品的破壞性大、操作過(guò)程復(fù)雜和檢測(cè)結(jié)果不理想的缺陷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的破壞性小、操作過(guò)程簡(jiǎn)單和檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0026]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。
[0027]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0028]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法中南疆紅棗品質(zhì)校正模型庫(kù)快速無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用流程圖。
[0029]圖2為本發(fā)明南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法用于南疆紅棗品質(zhì)在線快速無(wú)損檢測(cè)流程圖。
[0030]圖3為本發(fā)明南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法用于和田玉棗初級(jí)模型分級(jí)校正庫(kù)運(yùn)行截圖。
[0031]圖4為本發(fā)明南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法，結(jié)構(gòu)光投影FTP測(cè)量紅棗大小、紋理、飽滿度測(cè)量示意圖。
[0032]其中，步驟:第一階段通過(guò)正旋光柵投影可以獲得紅棗品質(zhì)多參數(shù)表征量如紋理、飽滿度等紅棗的外觀品質(zhì)；第二階段通過(guò)光譜儀獲得紅棗內(nèi)部品質(zhì)如水分，糖度、酸度等信息。
[0033]圖5為紅棗多參量分級(jí)示意圖。
[0034]圖6為FTP處理流程。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0036]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，如圖1、圖2和圖3所示，提供了一種南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法。該南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法，具體涉及利用近紅外光譜儀在對(duì)紅棗樣品光譜采集過(guò)程中，通過(guò)光譜采集和建立的紅棗校正模型數(shù)據(jù)庫(kù)的光譜對(duì)比，由光譜距離確定采集樣品的品質(zhì)成分，用于快速無(wú)損檢測(cè)南疆紅棗的品質(zhì)。
[0037]本實(shí)施例的南疆紅棗品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)方法，主要包括:
按大小和果重，對(duì)南疆紅棗進(jìn)行分選；
⑴采集南疆紅棗的近紅外光譜，依據(jù)采集結(jié)果，進(jìn)行光譜庫(kù)檢索；
⑵依據(jù)光譜庫(kù)檢索結(jié)果，進(jìn)行光譜馬氏距離判斷，建立紅棗模型，用于品質(zhì)