專利名稱：一種用于檢測水果品質(zhì)的多光譜成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水果品質(zhì)檢測裝置，特別是一種應(yīng)用于水果糖度、
硬度、vc、化渣性等品質(zhì)的無損檢測和等級分選的水果品質(zhì)的多光譜圖像成
像裝置
背景技術(shù)：
在水果品質(zhì)檢測方面，國內(nèi)外大多利用近紅外等先進傳感技術(shù)與信息處 理技術(shù)的品質(zhì)(糖度、硬度、內(nèi)部缺陷等)的無損檢測研究，有些檢測技術(shù)
成果己經(jīng)商品化。但都存在一些問題1、價格昂貴，如一臺近紅外光譜儀價 格至少10萬元以上；2、不同水果品種的差異，這些差異會導(dǎo)致近紅外分析 時水果對模型的適應(yīng)性不同，模型對不同水果的預(yù)測準(zhǔn)確度也不同；3、不同 測試位置的差異，近紅外光譜檢測中，選擇的測試位置不同，得到的結(jié)果也 相異；4、建立模型需要大量有代表性且化學(xué)值已知的樣品，模型需要不斷的 維護改進；5、近紅外測定精度與參比分析精度直接相關(guān)，在參比方法精度 不夠的情況下，無法得到滿意結(jié)果。近年來國內(nèi)外出現(xiàn)了利用多光譜圖像技 術(shù)對水果品質(zhì)進行無損檢測，這種技術(shù)相對于近紅外光譜技術(shù)具有簡單實用 和價格實惠的優(yōu)點。在獲得多光譜圖像時，現(xiàn)存的一些分光系統(tǒng)對區(qū)分光譜 中的波長可以很好的完成，但是不能完整反應(yīng)出整個圖像的空間性， 一些分 光鏡利用干涉計來進行分光，但分離前東光時會對后面的光強產(chǎn)生較大的減 弱； 一些多光譜圖像通過快速切換濾波片的方式來分光，這種方法得到的多 光譜圖像不是同時的。還有一些分光計利用機器的快速掃描、利用機器強化 以及利用特殊的計算方法來得到。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種用于檢測水果品質(zhì)的多光譜成 像裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是它的暗箱安裝在檢測 臺上，多路分光儀以及與其連接的CCD攝像頭固定在暗箱上；多路分光儀的 入射光鏡頭安裝在暗箱頂部的內(nèi)側(cè)，與多路分光儀連接的CCD攝像頭安裝在 暗箱頂部的外側(cè)，CCD攝像頭與計算機連接，所述的多路分光儀包括帶全反射 鏡片組的多路分光儀或帶半透半反鏡片組的多路分光儀；設(shè)置在暗箱外側(cè)的光源通過光纖與安裝在暗箱內(nèi)側(cè)的聚光凸透鏡組連接，聚光凸透鏡組發(fā)射的
光束與光軸o-o相交于安放在檢測臺上的被測水果。
所述的帶全反射鏡片組的多路分光儀由前成像凸透鏡、反射鏡片組、反
射鏡、濾波片組、后成像凸透鏡和成像凹透鏡依次排列組合；反射鏡的各片 鏡面對稱地與多路分光儀的光軸0-0構(gòu)成45°夾角并相交于光軸0-0，構(gòu)成 正多棱鏡體，正多棱鏡體的頂點朝向前成像凸透鏡；反射鏡片組的鏡片數(shù)量 與反射鏡的鏡片數(shù)量相等，反射鏡片組的鏡面平行于它所對應(yīng)的反射鏡的鏡 面，并正對著由它對應(yīng)的反射鏡的鏡面所反射的光東；濾波片組包括具有不 同波長的濾波片，濾波片的數(shù)量與反射鏡片組的鏡片數(shù)量相等，全部濾波片 都位于垂直光軸0-0的同一平面，各濾波片分別正對著反射鏡片組的各片鏡 面所反射的、并平行于光軸0-0的光束。
所述的帶半透半反鏡片組的多路分光儀由前成像凸透鏡、半透半反鏡片 組、反射鏡片組、濾波片組、后成像凸透鏡和成像凹透鏡依次排列組合；反 射鏡片組的鏡面數(shù)量與半透半反鏡片組的鏡面數(shù)量相等，半透半反鏡片組的 鏡面與多路分光儀的光軸0-0構(gòu)成45°或-45°夾角；反射鏡片組的鏡面平行 于它所對應(yīng)的半透半反鏡片組的鏡面，并正對著由它對應(yīng)的半透半反鏡片組 的鏡面所反射的光束；濾波片組包括具有不同波長的濾波片，濾波片的數(shù)量 與反射鏡片組的鏡片數(shù)量相等，全部濾波片都位于垂直光軸0-0的同一平面， 各濾波片分別正對著反射鏡片組的各片鏡面所反射的、并平行于光軸0-0的 光束。
也可以根據(jù)需要有所變動，比如根據(jù)需要還可以在光路上增設(shè)成像凸透 鏡來得到所需圖像尺寸和形狀，可以根據(jù)需要改變半透半反鏡片和高反射鏡 面的組數(shù)來得到不同組數(shù)和不同波長的光譜圖像。
本實用新型的主要特點是多光譜圖像技術(shù)檢測到的樣品信息既有圖像 信息又有光譜信息，圖像技術(shù)能全面反映樣品外在特征，光譜技術(shù)能檢測樣 品物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分，這樣獲得的樣品信息是非常全面的。用于檢測水果 品質(zhì)的多光譜成像裝置能對水果的糖度、硬度、VC、化渣性等品質(zhì)進行快速、 準(zhǔn)確的無損檢測和等級分選，不需要建立、維護、改進參比模型，水果品種 的差異及測試位置不影響檢測的準(zhǔn)確度。

圖l是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是全反射多路分光儀光路原理圖。圖3是半透半反多路分光儀的光路原理圖。
圖4是圖2和圖3的A-A向示意圖。 圖5是用本實用新型拍攝的多光譜圖像。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
實施例l如圖l-2， 4-5所示 一種用于檢測水果品質(zhì)的帶全反射鏡片組 的多光譜成像裝置，它的暗箱9安裝在檢測臺10上，帶全反射鏡片組的多路 分光儀6以及與其連接的CCD攝像頭7固定在暗箱9上；多路分光儀6的入 射光鏡頭安裝在暗箱9頂部的內(nèi)側(cè)，與多路分光儀6連接的CCD攝像頭7安 裝在暗箱9頂部的外側(cè)，CCD攝像頭7與計算機8連接；設(shè)置在暗箱9外側(cè)的 光源卣素?zé)?通過光纖2與安裝在暗箱9內(nèi)側(cè)的聚光凸透鏡組3連接，聚光 凸透鏡組3發(fā)射的點光源光東4與多路分光儀6的光軸0-0相交并射到安放 在檢測臺IO上被測水果5。
帶全反射鏡片組的多路分光儀由前成像凸透鏡11、反射鏡片組12、反射 鏡13、濾波片組14、后成像凸透鏡15和成像凹透鏡16依次排列組合。反射 鏡13的鏡面a、鏡面b、鏡面c和鏡面d共四片鏡面與光軸0-0構(gòu)成45°夾 角并相交于光軸O-O,構(gòu)成正四棱鏡體，正四棱鏡體的頂點朝向前成像凸透鏡 11。反射鏡片組12包括鏡面e、鏡面f、鏡面g和鏡面h四片鏡面，其中鏡 面e平行于鏡面a，并正對著由鏡面a所反射的光東；鏡面f平行于鏡面b, 并正對著由鏡面b所反射的光束；鏡面g平行于鏡面c,并正對著由鏡面c所 反射的光束；鏡面h平行于鏡面d,并正對著由鏡面d所反射的光束。濾波片 組14包括具有不同波長的四片濾波片，四片濾波片都位于垂直光軸0-0的同 一平面，各有一片濾波片正對著鏡面e、鏡面f、鏡面g和鏡面h所反射的、 并平行于光軸0-0的光束。
水果5所反射的光線通過前成像凸透鏡11變成平行光，射到反射鏡13
的鏡面a、鏡面b、鏡面c和鏡面d上分成四束光，再經(jīng)反射鏡片組12的鏡 面e、鏡面f、鏡面g和鏡面h反射四束平行于多路分光儀6的光軸0-0的光 束，這四束平行的光都包含了水果5的所有波長下的圖像信息。每東含有所 有波長的平行光分別通過濾波片組14中所選定波長的濾波片，形成了所需四 種波長的四束平行光。隨后，經(jīng)過一定焦距的后成像凸透鏡15 和成像凹透鏡16,對所需四種波長的光進行聚焦后變成平行和緊靠光軸0-0的光。使得四東光之間的距離變近從而能夠同時用一個攝像頭7來得到一個 物體四個波長下的圖像。這四東不同波長光束的光譜圖像都能同時地、實時
地、同等條件地被CCD攝像頭7所釆集的。此外，增加反射鏡13及反射鏡片 組12中鏡面的數(shù)量，還可以得到多于四個波長的光譜圖像。
圖4中顯示以光軸0 —0為中心，周圍對稱排放四個波長分別為650nm、 670nm、 780nm、 850nra的濾波片。
圖5中的四個圖形是利用與計算機8連接的CCD攝像頭采集點光源照射 下，蘋果的四光譜圖像，這四個圖像是實時的、同時的、同等條件的、空間 上完整的。
實施例2如圖1、 3所示 一種用于檢測水果品質(zhì)的帶半透半反鏡片組的 多路分光儀的多光譜成像裝置，用帶半透半反鏡片組的多路分光儀替代實施 例l所述的帶全反射鏡片組的多路分光儀。
帶半透半反鏡片組的多路分光儀由前成像凸透鏡11、包括三片可以透過 一半光、并反射另一半光的半透半反鏡片17、 19、 21的半透半反鏡片組、包 括三片高反射鏡面18、 20、 22的反射鏡片組、包括四片不同波長濾波片的濾 波片組14、后成像凸透鏡15和成像凹透鏡16依次排列組合。
水果5所反射的光線通過前成像凸透鏡11變成平行于多路分光儀6光軸 O-O的平行光，射到半透半反鏡片17后，分成兩束光，1#反射光和1#透射光； 1#反射光經(jīng)過高反射鏡面18反射到半透半反鏡片19后又分成兩東光，2#反 射光和2#透射光；2#反射光經(jīng)過高反射鏡面20反射形成3#反射光。1#透射 光射到半透半反鏡片21后也分成兩東光，3#反射光和3#透射光；3#反射光經(jīng) 過高反射鏡面22反射形成4#反射光。平行于光軸0-0的2#透射光、3#反射 光、3#透射光和4#反射光都包含了水果5的所有波長下的圖像信息，每東含 有所有波長的平行光分別通過濾波片組14中所選定波長的濾波片，形成 了所需四種波長的四束平行光。隨后，經(jīng)過一定焦距的后成像凸透鏡15和成 像凹透鏡16，對所需四種波長的光進行聚焦后變成平行和緊靠光軸0-0的光。 使得四東光之間的距離變近從而能夠同時用一個攝像頭7來得到一個物體四 個波長下的圖像。這四東不同波長光東的光譜圖像都能同時地、實時地、同 等條件地被CCD攝像頭7所釆集的。此外，增加半透半反鏡片組級反射鏡片 組中鏡面的數(shù)量，還可以得到多于四個波長的光譜圖像。
權(quán)利要求1. 一種用于檢測水果品質(zhì)的多光譜成像裝置，包括光源、CCD攝像頭、計算機，其特征在于暗箱(9)安裝在檢測臺(10)上，多路分光儀(6)以及與其連接的CCD攝像頭(7)固定在暗箱(9)上；多路分光儀(6)的入射光鏡頭安裝在暗箱(9)頂部的內(nèi)側(cè)，與多路分光儀(6)連接的CCD攝像頭(7)安裝在暗箱(9)頂部的外側(cè)，CCD攝像頭(7)與計算機(8)連接；所述的多路分光儀(6)包括帶全反射鏡片組的多路分光儀或帶半透半反鏡片組的多路分光儀；設(shè)置在暗箱(9)外側(cè)的光源(1)通過光纖(2)與安裝在暗箱(9)內(nèi)側(cè)的聚光凸透鏡組(3)連接，聚光凸透鏡組(3)發(fā)射的光束(4)與光軸0-0相交于安放在檢測臺(10)上的被測水果(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測水果品質(zhì)的多光譜成像裝置，其 特征在于所述的帶全反射鏡片組的多路分光儀由前成像凸透鏡(11)、反射鏡 片組(12)、反射鏡(13)、濾波片組(14)、后成像凸透鏡(15)和成像凹透鏡(16)依次排列組合；反射鏡(13)的各片鏡面對稱地與多路分光儀的光軸0-0 構(gòu)成45°夾角并相交于光軸0-0,構(gòu)成正多棱鏡體，正多棱鏡體的頂點朝向前 成像凸透鏡(11);反射鏡片組U2)的鏡片數(shù)量與反射鏡(13)的鏡片數(shù)量相 等，反射鏡片組U2)的鏡面平行于它所對應(yīng)的反射鏡(13)的鏡面，并正對 著由它對應(yīng)的反射鏡(13)的鏡面所反射的光束；濾波片組(14)包括具有不 同波長的濾波片，濾波片的數(shù)量與反射鏡片組(12)的鏡片數(shù)量相等，全部濾 波片都位于垂直光軸0-0的同一平面，各濾波片分別正對著反射鏡片組(12)的各片鏡面所反射的、并平行于光軸o-o的光東。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測水果品質(zhì)的多光譜成像裝置，其 特征在于所述的帶半透半反鏡片組的多路分光儀由前成像凸透鏡(11)、半透 半反鏡片組(17、 19、 21)、反射鏡片組(18、 20、 22)、濾波片組(14)、后成 像凸透鏡(15)和成像凹透鏡(16)依次排列組合；反射鏡片組的鏡面數(shù)量與 半透半反鏡片組的鏡面數(shù)量相等，半透半反鏡片組的鏡面與多路分光儀的光軸 0-0構(gòu)成45°或-45°夾角；反射鏡片組的鏡面平行于它所對應(yīng)的半透半反鏡片 組的鏡面，并正對著由它對應(yīng)的半透半反鏡片組的鏡面所反射的光束；濾波片 組(14)包括具有不同波長的濾波片，濾波片的數(shù)量與反射鏡片組的鏡片數(shù)量 相等，全部濾波片都位于垂直光軸0-0的同一平面，各濾波片分別正對著反射鏡 片組的各片鏡面所反射的、并平行于光軸0-0的光東。
專利摘要本實用新型涉及一種用于檢測水果品質(zhì)的多光譜成像裝置，它的暗箱安裝在檢測臺上，多路分光儀以及與其連接的CCD攝像頭固定在暗箱上。CCD攝像頭與計算機連接，多路分光儀包括帶全反射鏡片組的多路分光儀或帶半透半反鏡片組的多路分光儀；設(shè)置在暗箱外側(cè)的光源通過光纖與安裝在暗箱內(nèi)側(cè)的聚光凸透鏡組連接，聚光凸透鏡組發(fā)射的光束與的光軸O-O相交于安放在檢測臺上的被測水果。本實用新型運用多光譜圖像技術(shù)同時檢測到反映樣品外在特征的圖像信息和反映樣品物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的光譜信息；能對水果的糖度、硬度、VC、化渣性等品質(zhì)進行快速、準(zhǔn)確的無損檢測和等級分選，不需要建立、改進參比模型。
文檔編號G01N21/25GK201233362SQ200820112960
公開日2009年5月6日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者劉木華, 勇 楊, 郭恩有 申請人:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)