專利名稱：食品綜合品質(zhì)無損檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種食品綜合品質(zhì)無損檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，對(duì)食品的需求已逐漸從數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng) 的食品品質(zhì)檢測(cè)主要采用人工感觀評(píng)定和常規(guī)化學(xué)分析方法。人工感觀評(píng)定需 要經(jīng)過訓(xùn)練的人員進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定主觀性；常規(guī)化學(xué)分析方法檢 測(cè)周期長，步驟繁瑣，檢測(cè)結(jié)果依賴于檢測(cè)人員的技術(shù)水平。
機(jī)器視覺技術(shù)用各種成像系統(tǒng)代替人眼作為輸入敏感手段，由計(jì)算機(jī)來代 替大腦完成處理和解釋。自70年代初期在遙感圖像分析和生物醫(yī)學(xué)圖像分析等 方面的研究取得成效后，機(jī)器視覺技術(shù)開始在各領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著圖像處理 技術(shù)的專業(yè)化、計(jì)算機(jī)硬件成本的下降和運(yùn)行速度的提高，機(jī)器視覺在食品品 質(zhì)檢測(cè)中的研究逐步深入，成像系統(tǒng)由傳統(tǒng)的可見光圖像拓展到紫外圖像、紅 外熱圖像、軟X射線圖像、超聲波圖像等，利用機(jī)器視覺可以對(duì)食品的外觀和 某些內(nèi)部特征進(jìn)行檢測(cè)。光譜分析也是一種對(duì)食品品質(zhì)進(jìn)行快速無損檢測(cè)的有 效方法，它利用食品對(duì)光的吸收、散射、反射和透射等特性分析其品質(zhì)，包括 紫外、可見、近紅外、中紅外等光譜范圍，利用光譜檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)食品的內(nèi) 在品質(zhì)和營養(yǎng)等指標(biāo)進(jìn)行快速檢測(cè)。
基于機(jī)器視覺和光譜分析的檢測(cè)技術(shù)具有快速無損、主觀人為影響小等優(yōu) 點(diǎn)，近年來國內(nèi)外研究者開展了大量的相關(guān)工作，但多是單獨(dú)利用圖像信息或 用光譜信息對(duì)食品的外部、內(nèi)在品質(zhì)或僅某個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分級(jí)，未見分 別利用機(jī)器視覺和光譜分析技術(shù)采集相關(guān)信息再進(jìn)行融合處理的食品綜合品質(zhì) 無損檢測(cè)研究。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種食品綜合品質(zhì)無損檢測(cè)裝置，對(duì)食品外部和 內(nèi)在品質(zhì)分別利用機(jī)器視覺和光譜分析技術(shù)采集相關(guān)信息再進(jìn)行融合處理，能 對(duì)食品綜合品質(zhì)進(jìn)行快速無損檢測(cè)。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下
包含支架、光譜采集儀、光纖探頭，檢測(cè)臺(tái)、光源、遮光板、光照箱、攝 像頭和PC機(jī)。所述的檢測(cè)臺(tái)安裝在支架上，光纖探頭固定在檢測(cè)臺(tái)下部，光纖探頭與光譜采集儀連接；所述的光照箱固定在檢測(cè)臺(tái)上，檢測(cè)臺(tái)兩內(nèi)側(cè)部均布 光源和遮光板，所述的攝像頭固定在光照箱上方；攝像頭和光譜采集儀分別與 PC機(jī)連接。
本實(shí)用新型的無損檢測(cè)方法是-
分別利用機(jī)器視覺和光譜儀同時(shí)采集樣品外部和內(nèi)部品質(zhì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融 合處理，對(duì)樣品綜合品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，其具體步驟如下
1) 建立食品品質(zhì)分析模型和分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)
根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的品質(zhì)要求建立分級(jí)知識(shí)庫；采集樣品圖像信息的和光譜信 息，對(duì)獲得的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，由預(yù)處理的圖像信息提取反映樣品外部品 質(zhì)的特征信息，包括顏色、紋理、大小和形狀，由預(yù)處理的光譜信息提取反映
樣品內(nèi)部品質(zhì)的特征信息，包括水分、糖類、蛋白質(zhì)、脂類、pH值；根據(jù)檢測(cè)
標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品進(jìn)行常規(guī)測(cè)定評(píng)級(jí)；將提取的樣品內(nèi)、外部品質(zhì)的特征信息與常規(guī) 測(cè)定評(píng)級(jí)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，建立食品品質(zhì)分析模型，再結(jié)合分級(jí)知識(shí)庫，建 立食品分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)；
2) 進(jìn)行食品綜合品質(zhì)檢測(cè)
檢測(cè)時(shí)，圖像采集裝置將樣品的圖像信息采集傳入計(jì)算機(jī)中，光譜采集裝 置將樣品的光譜信息采集傳入計(jì)算機(jī)中；基于食品品質(zhì)分析模型對(duì)輸入的圖像 信息和光譜信息進(jìn)行預(yù)處理，分別在數(shù)據(jù)層、特征層和決策層進(jìn)行數(shù)據(jù)融合， 提取特征值并利用分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)定。
所述的采集樣品的圖像信息為紫外熒光圖像、可見光圖像或軟X射線圖像；
圖像信息預(yù)處理方法包括圖像增強(qiáng)、校正、去噪、銳化和分割；圖像信息特征 提取包括邊緣檢測(cè)、顏色因子和紋理信息。
所述的光譜信息為紫外光譜、可見光光譜、近紅外光譜、中紅外光譜或拉 曼光譜，由多通道采集后，在數(shù)據(jù)層進(jìn)行融合處理，得到樣本的有效光譜數(shù)據(jù)。
所述的食品品質(zhì)分析模型和分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)，包含食品從原料、半成品 和成品的各個(gè)階段質(zhì)量的評(píng)價(jià)。
所述的光譜信息在數(shù)據(jù)層的融合方法包括巻積分析、正交分析和獨(dú)立分量 分析；樣品品質(zhì)指標(biāo)的特征層融合方法，包括判別式分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和回歸分 析；樣品分類評(píng)級(jí)的決策層融合方法，包括貝葉斯算法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
本實(shí)用新型的有益效果是
l.本食品綜合品質(zhì)無損檢測(cè)裝置分別利用機(jī)器視覺技術(shù)和光譜分析技術(shù)，對(duì) 獲得的圖像信息和光譜信息，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將反映食品外部和內(nèi)部品質(zhì)的信息進(jìn)行融合處理，對(duì)反映食品品質(zhì)的顏色、紋理、大小、形狀、水分、糖 類、蛋白質(zhì)、脂類和pH值等指標(biāo)進(jìn)行綜合檢測(cè)，與建立的分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)結(jié) 合，進(jìn)行食品綜合品質(zhì)的快速無損檢測(cè)。
2.本食品綜合品質(zhì)無損檢測(cè)裝置，用于食品原料分級(jí)、加工過程質(zhì)量控制、 成品質(zhì)量檢測(cè)等，檢測(cè)速度快，分級(jí)準(zhǔn)確率高。為各類食品的非接觸式快速檢 測(cè)和分類評(píng)級(jí)提供了高效率、高精度和高可靠性的解決方案。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)路線示意圖。
圖中1、支架，2、光譜采集儀，3、光纖探頭，4、檢測(cè)臺(tái)，5、光源，6、 遮光板，7、光照箱，8、攝像頭，9、 PC機(jī)。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型包含支架l、光譜采集儀2、光纖探頭3，檢測(cè)臺(tái) 4、光源5、遮光板6、光照箱7、攝像頭8和PC機(jī)9，所述的檢測(cè)臺(tái)4安裝在 支架l上，光纖探頭3固定在檢測(cè)臺(tái)4下部，光纖探頭3與光譜采集儀2連接; 所述的光照箱7固定在檢測(cè)臺(tái)4上，檢測(cè)臺(tái)4兩內(nèi)側(cè)部均布光源5和遮光板6， 所述的攝像頭8固定在光照箱7上方；攝像頭8和光譜采集儀2分別與PC機(jī)9 連接。
本實(shí)施例中的食品為鮮豬肉。如圖2所示，本實(shí)用新型分別利用機(jī)器視覺 和光譜分析技術(shù)采集相關(guān)信息再進(jìn)行融合處理，對(duì)豬肉綜合品質(zhì)進(jìn)行快速無損
檢測(cè)。具體實(shí)施過程如下根據(jù)新鮮豬肉的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，建立鮮豬肉分級(jí)的知識(shí) 庫；采集鮮豬肉樣品圖像信息的和光譜信息，對(duì)獲得的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理， 由預(yù)處理的圖像信息提取反映樣品外部品質(zhì)的特征信息，包括顏色、紋理、大 小和形狀，由預(yù)處理的光譜信息提取反映樣品內(nèi)部品質(zhì)的特征信息，包括水分、 糖類、蛋白質(zhì)、脂類、pH值；根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)豬肉樣品進(jìn)行常規(guī)測(cè)定，包括顏 色、紋理的感官評(píng)定和水分、蛋白質(zhì)、肌內(nèi)脂肪含量、pH值、嫩度等指標(biāo)；將 提取的樣品內(nèi)、外部品質(zhì)的特征信息與常規(guī)測(cè)定評(píng)級(jí)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，建立 鮮豬肉品質(zhì)分析模型，再結(jié)合分級(jí)知識(shí)庫，建立食品分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)。對(duì)鮮
豬肉樣品檢測(cè)的光譜采集儀為Ocean Optics公司USB4000光譜儀，攝像頭為 PulnixTMC7DSP CCD camera,檢測(cè)時(shí)，調(diào)整光源5和遮光板6，以保證獲得穩(wěn) 定的圖像信息，將待測(cè)樣品放置在檢測(cè)臺(tái)4上，檢測(cè)臺(tái)4下部的光纖探頭3采 集樣品的光譜信息，由光譜采集儀2將采集的數(shù)據(jù)傳入檢測(cè)分級(jí)PC機(jī)9中，檢測(cè)臺(tái)4上部的光照箱7內(nèi)的攝像頭8采集樣品的圖像信息，傳入檢測(cè)分級(jí)PC機(jī) 9， PC機(jī)9對(duì)圖像信息和光譜信息進(jìn)行預(yù)處理和特征提取，包括對(duì)圖像進(jìn)行濾 波去噪、背景分割、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償校正、顏色特征提取、大小形狀特征提取、紋理 特征提取等，對(duì)多通道采集的光譜信息進(jìn)行融合處理，得到樣品的光譜信息， 對(duì)光譜信息采用中心化、標(biāo)準(zhǔn)化、 一階或二階導(dǎo)數(shù)法等方法對(duì)光譜信息進(jìn)行預(yù) 處理，將由圖像信息獲得的反映肌內(nèi)脂肪含量的紋理特征、顏色特征與由光譜 信息提取的肌內(nèi)脂肪特征值、顏色特征值采用獨(dú)立分量分析進(jìn)行融合處理，鮮 豬肉產(chǎn)品品質(zhì)分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)利用樣品的特征信息，根據(jù)肉品品質(zhì)分析模型， 利用回歸分析方法進(jìn)行特征級(jí)，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在決策級(jí)進(jìn)行融合，判 定該樣品的分類和級(jí)別，如色澤、嫩度、肌內(nèi)脂肪含量、pH值、揮發(fā)性鹽基氮 含量等各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)評(píng)表明該樣品最適于做生鮮肉食用，則評(píng)定其為一級(jí)生鮮食 用肉。
最后應(yīng)說明的是對(duì)于不同的檢測(cè)對(duì)象，需要根據(jù)不同食品對(duì)光照的要求 調(diào)整光源類型和光照方式，以滿足檢測(cè)精度的要求。
權(quán)利要求1. 一種食品綜合品質(zhì)無損檢測(cè)裝置，其特征在于包含支架(l)、光譜采集儀(2)、光纖探頭(3)，檢測(cè)臺(tái)(4)、光源(5)、遮光板(6)、光照箱(7)、攝像頭(8)和 PC機(jī)(9)，所述的檢測(cè)臺(tái)(4)安裝在支架(1)上，光纖探頭(3)固定在檢測(cè)臺(tái)(4)下部， 光纖探頭(3)與光譜采集儀(2)連接；所述的光照箱(7)固定在檢測(cè)臺(tái)(4)上，檢測(cè)臺(tái) (4)兩內(nèi)側(cè)部均布光源(5)和遮光板(6)，所述的攝像頭(8)固定在光照箱(7)上方；攝 像頭(8)和光譜采集儀(2)分別與PC機(jī)(9)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種食品綜合品質(zhì)無損檢測(cè)裝置。將檢測(cè)臺(tái)安裝在支架上，光纖探頭固定在檢測(cè)臺(tái)下部，光纖探頭與光譜采集儀連接；光照箱固定在檢測(cè)臺(tái)上，檢測(cè)臺(tái)兩側(cè)均布光源和遮光板，攝像頭固定在光照箱上方；攝像頭和光譜采集儀分別與PC機(jī)連接。通過機(jī)器視覺系統(tǒng)得到能反映檢測(cè)對(duì)象的圖像信息，通過光譜檢測(cè)系統(tǒng)獲得反映樣品理化指標(biāo)的光譜信息，對(duì)獲得的信息分別在數(shù)據(jù)層進(jìn)行預(yù)處理，在特征層或決策層進(jìn)行信息融合，結(jié)合建立的食品分類評(píng)級(jí)專家系統(tǒng)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。綜合兩種信息，對(duì)食品的外觀和內(nèi)在品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，能夠?qū)ζ渚C合品質(zhì)進(jìn)行快速、簡(jiǎn)便、無損、客觀的檢測(cè)，用于食品原料分選、食品加工過程監(jiān)測(cè)、食品等級(jí)評(píng)定等。
文檔編號(hào)G01N21/84GK201156043SQ20082008361
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者應(yīng)義斌, 廖宜濤, 芳 成 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)