漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法及裝置，包括建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)無損檢測的模型和蜜瓜樣品內(nèi)部品質(zhì)進行在線檢測的步驟，裝置包括輸送裝置、信號控制單元、漫透射光譜采集裝置、蜜瓜圖像采集裝置、蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)檢測軟件系統(tǒng)，所述的輸送裝置上設(shè)置有盛放蜜瓜的拖環(huán)，每一拖環(huán)均依次穿過蜜瓜圖像采集裝置的圖像采集室和漫透射光譜采集裝置的光譜采集室；圖像采集室內(nèi)的激光傳感器和兩個工業(yè)相機、以及光譜采集室內(nèi)的激光傳感器、近紅外光譜儀均通過信號控制單元與安裝有蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)檢測軟件系統(tǒng)的計算機相連接。可有效檢測蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)，克服了無法通過圖像信息精確檢測蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)指標的不足。
【專利說明】漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法與裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線無損檢測方法及裝置，尤其涉及采用漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法與裝置。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]蜜瓜是西北地區(qū)重要的經(jīng)濟作物，長期以來，蜜瓜銷售過程中成熟度和品質(zhì)劃分只是采用傳統(tǒng)的人工法或破壞性抽樣檢測，耗時費力，主觀因素影響大，檢測和分級粗放，造成良莠混雜，降低了該果品的市場競爭力和銷售價格。解決蜜瓜存在的上述問題不能單純依靠培育新品種、改善種植和儲運條件，而是更要注重在商品化過程中的品質(zhì)檢測和分級處理技術(shù)。
[0005]品質(zhì)分級是蜜瓜商品化處理的重要環(huán)節(jié)，決定蜜瓜品質(zhì)的主要指標是其內(nèi)部品質(zhì)指標(糖度、硬度)，但在采用漫透射光譜技術(shù)在對其進行內(nèi)部品質(zhì)檢測時，光譜信息中不僅包含其內(nèi)部品質(zhì)信息，也包含其外部特征信息，如形狀、大小信息，而蜜瓜形狀、大小的差異對漫透射光譜存在明顯影響，進而影響品質(zhì)檢測精度。目前，還沒有可靠的從漫透射光譜中消除這些影響的方法。因此，如在對蜜瓜的漫透射光譜分析時，知道其形狀、大小信息，進而在建立檢測模型時，考慮形狀、大小對光譜的影響，定可提高檢測精度。圖像對水果的外觀特征快速無損檢測具有獨特優(yōu)勢，不僅可檢測蜜瓜的形狀、大小，而且可檢測其外觀顏色特征，而顏色特征又與蜜瓜的內(nèi)部品質(zhì)具有一定的相關(guān)性。因此，如將光譜信息與圖像信息融合，借助多傳感器信息融合取長補短、比單一傳感器更優(yōu)越的性能進行蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)的檢測，不僅可解決蜜瓜形狀、大小差異對檢測精度的影響問題，也可利用蜜瓜的外觀顏色特征與其內(nèi)部品質(zhì)具有相關(guān)性的特點提高檢測精度，同時也克服了圖像無法深入蜜瓜內(nèi)部進行品質(zhì)指標精確檢測的不足。因此，開展基于蜜瓜漫透射光譜與圖像信息融合的內(nèi)部品質(zhì)檢測方法與裝置研究具有重要意義。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法及其裝置，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法，包括建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)無損檢測模型和蜜瓜樣品內(nèi)部品質(zhì)進行在線檢測的步驟，具體如下:
(I)建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)無損檢測的模型:
a、對批量蜜瓜樣品進行在線漫透射光譜以及蜜瓜正面與側(cè)面的圖像采集；
b、對采集的樣品光譜進行校正預處理； C、提取品質(zhì)指標糖度、硬度敏感光譜信息，建立特征波段的模型；
d、對采集到的蜜瓜圖像進行預處理，提取品質(zhì)指標糖度、硬度敏感顏色特征子集；
e、計算蜜瓜體積；
f、計算蜜瓜的果形指數(shù)；
g、將顏色特征子集、體積、果形指數(shù)作為圖像特征變量與光譜信息進行融合，建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)的在線檢測模型。
[0008](2)建立好蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測模型后，對未知蜜瓜樣品內(nèi)部品質(zhì)進行在線檢測:
a、將蜜瓜水平放置在輸送裝置的拖環(huán)上，勻速平穩(wěn)向前運動；
b、當蜜瓜到達漫透射光譜采集室時，采集室內(nèi)置的激光傳感器輸出一個蜜瓜到達反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令觸發(fā)近紅外光譜儀，近紅外光譜儀開始采集被測蜜瓜的光譜信息，蜜瓜通過后，激光傳感器輸出一個蜜瓜離開反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令停止近紅外光譜儀工作；
C、當蜜瓜到達蜜瓜圖像采集室時，圖像采集室內(nèi)的激光傳感器輸出一個蜜瓜到達反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令觸發(fā)兩部工業(yè)相機，兩部工業(yè)相機分別采集被測蜜瓜的正面圖像信息與側(cè)面圖像信息，蜜瓜通過后，圖像采集室內(nèi)的激光傳感器輸出一個蜜瓜離開反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令停止工業(yè)相機工作；d、將采集到的光譜與圖像信息輸入到步驟(I)中所建立的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測模型中，得到被測蜜瓜的內(nèi)部品質(zhì)，進而判斷蜜瓜等級；
一種漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法的裝置，包括輸送裝置、信號控制單元、漫透射光譜采集裝置、蜜瓜圖像采集裝置和計算機，所述的輸送裝置的傳送帶設(shè)置有盛放蜜瓜的拖環(huán)，每一拖環(huán)均依次穿過蜜瓜圖像采集裝置的圖像采集室和漫透射光譜采集裝置的光譜采集室；圖像采集室內(nèi)的激光傳感器和兩個工業(yè)相機、光譜采集室內(nèi)的激光傳感器、近紅外光譜儀均通過信號控制單元與安裝有蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)檢測軟件系統(tǒng)的計算機相連接。
[0009]所述的輸送裝置(19 )包括支撐連接架(26 )以及安裝在支撐連接架(26 )上的第一皮帶支撐輥(27)、第二皮帶支撐輥(28)、第一驅(qū)動鏈輪(29)、驅(qū)動鏈條(30)、第二驅(qū)動鏈輪
(31)、調(diào)速電機(32 )和傳送帶(5 )，第二驅(qū)動鏈輪(31)安裝在調(diào)速電機(32 )上，第一驅(qū)動鏈輪(29 )安裝在第一皮帶支撐輥(27 )上，所述的第一驅(qū)動鏈輪(29 )和第二驅(qū)動鏈輪(31)通過驅(qū)動鏈條(30)進行傳動連接，傳送帶(5)繞在支撐連接架上的第一皮帶支承輥27和第二皮帶支承輥(28 )的外圍，數(shù)個拖環(huán)均勻的固定在傳送帶(5 )上。
[0010]所述的漫透射光譜采裝置包括光譜采集室(18)、圓弧狀光源固定架(8)、鹵素燈光源(10)、光譜采集室內(nèi)的激光傳感器(7)、光纖探頭(15)、近紅外光譜儀(21)，其中鹵素燈光源(10)、光譜采集室內(nèi)的激光傳感器(7)、圓弧狀光源固定架(8)位于光譜采集室
(18)內(nèi)部，鹵素燈光源(10)均勻分布在圓弧狀光源固定架(8)上，兩個圓弧狀光源固定架
(8)相對設(shè)置，拖環(huán)從兩個圓弧狀光源固定架(8)中間穿過；在光譜采集室(18)的上部設(shè)置有通風口，在通風口的上部安裝有風扇(9)，光纖探頭(15)位于拖環(huán)的底部，通過光纖與近紅外光譜儀(21)連接。
[0011]所述的蜜瓜圖像采集裝置包括蜜瓜圖像采集室(11)、第一工業(yè)相機(I)、第二工業(yè)相機(4)、LED光源(3)、圖像采集室內(nèi)的激光傳感器(2)，其中第一工業(yè)相機(I)、第二工業(yè)相機(4)、圖像采集室內(nèi)的激光傳感器(2)和LED光源(3)位于蜜瓜圖像采集室(11)內(nèi)部，兩個圖像采集室內(nèi)的激光傳感器(2)相對設(shè)置，LED光源(3)分別設(shè)置在蜜瓜圖像采集室的四角；第一工業(yè)相機(I)和第二工業(yè)相機(4)分別采集被測蜜瓜的正面圖像信息與側(cè)面圖像信息。
[0012]所述的傳送帶(5)為兩條，相互之間平行設(shè)置，中間形成空隙；兩條傳送帶均通過第一皮帶支承輥和第二皮帶支承輥安裝在支撐連接架上，拖環(huán)的兩端分別固定安裝在兩條傳送帶上。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:上述方案提供了一種基于漫透射光譜和圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測及分級方法與裝置，該方法將蜜瓜光譜信息與圖像信息進行融合，可有效檢測蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)，同時也克服了無法通過圖像信息精確檢測蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)指標的不足。
[0014]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明建立模型的方法流程示意圖；
圖2是本發(fā)明的模型建立后進行水果在線品質(zhì)檢測方法流程示意圖；
圖3是本發(fā)明裝置的示意圖；
圖4是圖3中輸送裝置的示意圖；
圖5是本發(fā)明中蜜瓜圖像采集裝置的俯視圖；
圖6是圖5的側(cè)視圖；
圖7是本發(fā)明中漫透射光譜采集裝置的俯視圖；
圖8是圖7的側(cè)視圖；
圖9是本發(fā)明中信號控制單元內(nèi)PLC與外部設(shè)備連接示意圖；
圖10是計算蜜瓜體積的方法示意圖；
圖11是圖10中Δ h變的很小時的不意圖；
圖12是計算蜜瓜果形指數(shù)的方法示意圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例來進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術(shù)方案的細節(jié)和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0018]參見圖1至圖3，本發(fā)明涉及一種基于漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法，包括建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)無損檢測的模型和蜜瓜樣品內(nèi)部品質(zhì)進行在線檢測的步驟，具體如下:
(I)建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)無損檢測的模型:
a、對批量蜜瓜樣品進行在線漫透射光譜以及蜜瓜正面與側(cè)面的圖像采集；
b、對采集的樣品光譜進行校正預處理，采用平滑、微分、多元散射校正、Norris濾波及基線進行校正預處理；
C、提取品質(zhì)指標糖度、硬度敏感光譜信息，建立特征波段的模型；該步驟采用模擬退火法與遺傳算法相結(jié)合的模擬遺傳算法；
d、對采集到的蜜瓜圖像進行預處理，提取品質(zhì)指標糖度、硬度敏感顏色特征子集；采用形態(tài)學去噪、閾值分割、圖像標記對采集到的蜜瓜圖像進行預處理，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法提取
品質(zhì)指標糖度、硬度敏感顏色特征子集(H、L*、a*、b*、
【權(quán)利要求】
1.一種漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法，包括建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)無損檢測模型和蜜瓜樣品內(nèi)部品質(zhì)進行在線檢測的步驟，具體如下: (1)建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)無損檢測的模型: a、對批量蜜瓜樣品進行在線漫透射光譜以及蜜瓜正面與側(cè)面的圖像采集； b、對采集的樣品光譜進行校正預處理； C、提取品質(zhì)指標糖度、硬度敏感光譜信息，建立特征波段的模型； d、對采集到的蜜瓜圖像進行預處理，提取品質(zhì)指標糖度、硬度敏感顏色特征子集； e、計算蜜瓜體積； f、計算蜜瓜的果形指數(shù)； g、將顏色特征子集、體積、果形指數(shù)作為圖像特征變量與光譜信息進行融合，建立蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)的在線檢測模型。 (2)建立好蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測模型后，對未知蜜瓜樣品內(nèi)部品質(zhì)進行在線檢測: a、將蜜瓜水平放置在輸送裝置的拖環(huán)上，勻速平穩(wěn)向前運動； b、當蜜瓜到達漫透射光譜采集室時，采集室內(nèi)置的激光傳感器輸出一個蜜瓜到達反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令觸發(fā)近紅外光譜儀，近紅外光譜儀開始采集被測蜜瓜的光譜信息，蜜瓜通過后，激光傳感器輸出一個蜜瓜離開反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令停止近紅外光譜儀工作； C、當蜜瓜到達蜜瓜圖像采集室時，圖像采集室內(nèi)的激光傳感器輸出一個蜜瓜到達反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令觸發(fā)兩部工業(yè)相機，兩部工業(yè)相機分別采集被測蜜瓜的正面圖像信息與側(cè)面圖像信息，蜜瓜通過后，圖像采集室內(nèi)的激光傳感器輸出一個蜜瓜離開反饋信號到信號控制單元，由信號控制單元發(fā)出命令停止工業(yè)相機工作； d、將采集到的光譜與圖像信息輸入到步驟(1)中所建立的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測模型中，得到被測蜜瓜的內(nèi)部品質(zhì)，進而判斷蜜瓜等級。
2.一種實施權(quán)利要求1的漫透射光譜與圖像信息融合的蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)在線檢測方法的裝置，其特征在于，包括輸送裝置、信號控制單元、漫透射光譜采集裝置、蜜瓜圖像采集裝置和計算機，所述的輸送裝置的傳送帶設(shè)置有盛放蜜瓜的拖環(huán)，每一拖環(huán)均依次穿過蜜瓜圖像采集裝置的圖像采集室和漫透射光譜采集裝置的光譜采集室；圖像采集室內(nèi)的激光傳感器和兩個工業(yè)相機、光譜采集室內(nèi)的激光傳感器、近紅外光譜儀均通過信號控制單元與安裝有蜜瓜內(nèi)部品質(zhì)檢測軟件系統(tǒng)的計算機相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的輸送裝置(19)包括支撐連接架(26)以及安裝在支撐連接架(26)上的第一皮帶支撐輥(27)、第二皮帶支撐輥(28)、第一驅(qū)動鏈輪(29 )、驅(qū)動鏈條(30 )、第二驅(qū)動鏈輪(31)、調(diào)速電機(32 )和傳送帶(5 )，第二驅(qū)動鏈輪(31)安裝在調(diào)速電機(32)上，第一驅(qū)動鏈輪(29)安裝在第一皮帶支撐輥(27)上，所述的第一驅(qū)動鏈輪(29)和第二驅(qū)動鏈輪(31)通過驅(qū)動鏈條(30)進行傳動連接，傳送帶(5)繞在支撐連接架上的第一皮帶支承輥27和第二皮帶支承輥(28)的外圍，數(shù)個拖環(huán)均勻的固定在傳送帶(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的漫透射光譜采裝置包括光譜采集室(18)、圓弧狀光源固定架(8)、鹵素燈光源(10)、光譜米集室內(nèi)的激光傳感器(7)、光纖探頭(15)、近紅外光譜儀(21)，其中鹵素燈光源(10)、光譜采集室內(nèi)的激光傳感器(7)、圓弧狀光源固定架(8)位于光譜米集室(18)內(nèi)部，鹵素燈光源(10)均勻分布在圓弧狀光源固定架(8)上,兩個圓弧狀光源固定架(8)相對設(shè)置,拖環(huán)從兩個圓弧狀光源固定架(8)中間穿過；在光譜采集室(18)的上部設(shè)置有通風口，在通風口的上部安裝有風扇(9)，光纖探頭(15)位于拖環(huán)的底部，通過光纖與近紅外光譜儀(21)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的蜜瓜圖像采集裝置包括蜜瓜圖像采集室(11)、第一工業(yè)相機(1)、第二工業(yè)相機(4)、LED光源(3)、圖像采集室內(nèi)的激光傳感器(2)，其中第一工業(yè)相機(1)、第二工業(yè)相機(4)、圖像采集室內(nèi)的激光傳感器(2)和LED光源(3)位于蜜瓜圖像采集室(11)內(nèi)部，兩個圖像采集室內(nèi)的激光傳感器(2)相對設(shè)置，LED光源(3)分別設(shè)置在蜜瓜圖像采集室的四角；第一工業(yè)相機(I)和第二工業(yè)相機(4)分別采集被測蜜瓜的正面圖像信息與側(cè)面圖像信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的傳送帶(5)為兩條，相互之間平行設(shè)置，中間形成空隙；兩條傳送帶均通過第一皮帶支承輥和第二皮帶支承輥安裝在支撐連接架上，拖環(huán)的兩端分別固定安裝在兩條傳送帶上。
【文檔編號】G01N21/84GK103792235SQ201410011464
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】田海清, 劉宇, 陳亞莉, 韓寶生, 劉超, 張德虎, 王輝 申請人:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學