專利名稱：多光譜檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于農(nóng)畜產(chǎn)品生產(chǎn)的多光譜檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
我國牛業(yè)品種資源豐富，主要包括以我國五大黃牛(魯西牛、秦川牛、延邊牛、南陽牛、晉南牛)為代表的地方品種和引進(jìn)的國外優(yōu)良品種(西門塔爾牛、利木贊牛、皮埃蒙特牛、夏洛來牛等)，其中，我國地方黃牛品種以生產(chǎn)高品質(zhì)的大理石花紋沉積牛肉而備受消費(fèi)者喜愛。隨著國民生活水平的逐漸提高，我國消費(fèi)者對(duì)于牛肉特別是高檔牛肉的需求量與日俱增。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2008年我國牛肉總產(chǎn)量達(dá)613. 2萬噸，比2000年增長19. 5%0 牛肉產(chǎn)量占全國肉類總產(chǎn)量的8. 4%;占世界牛肉總產(chǎn)量的10%，肉牛產(chǎn)量僅次于美國和巴西，位居世界第三位。在國際市場(chǎng)上，我國生產(chǎn)的牛肉主要是以低價(jià)取勝，以獲取大量的出口，而除此之外我國的牛肉在國際市場(chǎng)上并沒有競(jìng)爭力。這主要是由于我國農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)及安全檢測(cè)手段不完善，我國對(duì)肉類產(chǎn)品的品質(zhì)分級(jí)、分類的檢測(cè)設(shè)備落后，很多情況下都依靠人工對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行簡單分級(jí)，甚至是不分級(jí)，這就造成產(chǎn)品的質(zhì)量不一，部分優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品也只能按照普通等級(jí)出售，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，肉類行業(yè)使用的牛肉品質(zhì)的主要評(píng)估方法主要有以下I、感官評(píng)定法，由經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的人員對(duì)樣品進(jìn)行分級(jí)評(píng)定，這種方法易受評(píng)定人員的主管因素的影響；2、設(shè)備評(píng)定法，如使用剪切儀測(cè)定牛肉的嫩度值，用紅外烘干設(shè)備檢測(cè)牛肉的水分含量，但這種評(píng)定方法檢測(cè)比較耗時(shí)，且對(duì)樣品具有破壞性，不適合在線檢測(cè)；3、光譜檢測(cè)技術(shù)，作為一種新興技術(shù)，光譜檢測(cè)技術(shù)在各行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，不會(huì)對(duì)樣品造成破壞，光譜檢測(cè)技術(shù)包括高光譜、紅外光譜、熒光光譜、多光譜等。光譜技術(shù)是利用光線在樣品內(nèi)部的吸收、反射及散射特征來實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品參數(shù)的檢測(cè)。光線的吸收與樣品的化學(xué)成分有關(guān)，而光線的反射和散射主要由樣品的結(jié)構(gòu)特性決定， 因此光線的反射特征可以用于測(cè)定樣品的質(zhì)地。目前，主要是采用高光譜技術(shù)、紅外光譜技術(shù)和熒光光譜技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，但高光譜技術(shù)、紅外光譜技術(shù)、熒光光譜技術(shù)所配置的檢測(cè)儀器的價(jià)格動(dòng)輒幾十萬，甚至數(shù)百萬，大大提高了企業(yè)的檢測(cè)成本，不利于企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)銷售。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種成本較低，檢測(cè)性能精確、穩(wěn)定，且對(duì)樣品不會(huì)造成損傷的多光譜檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種包括光源、聚光鏡頭、攝影機(jī)、濾光片自動(dòng)切換裝置、遮光罩和防護(hù)罩；所述防護(hù)罩位于遮光罩的上方，所述遮光罩的上表面和防護(hù)罩的下表面相對(duì)的位置分別開有第一通孔；所述遮光罩的底部與第一通孔相對(duì)的位置放置待檢測(cè)的樣品，其頂部固定設(shè)有光源；所述濾光片自動(dòng)切換裝置設(shè)置在所述防護(hù)罩內(nèi)，所述濾光片自動(dòng)切換裝置包括殼體、安裝在殼體內(nèi)的濾光片轉(zhuǎn)換輪、以及與所述濾光片轉(zhuǎn)換輪相連的驅(qū)動(dòng)單元，所述殼體上開有貫穿殼體上下表面的觀察窗，所述觀察窗位于所述第一通孔處；所述濾光片轉(zhuǎn)換輪相對(duì)于觀察窗的位置的環(huán)向上設(shè)有多個(gè)濾光片沉孔，每個(gè)濾光片沉孔內(nèi)設(shè)有濾光片；所述聚光鏡頭安裝在觀察窗的上方，其另一端與攝像機(jī)連接。其中，所述遮光罩的底部位于樣品的一側(cè)設(shè)有白參考瓦。其中，所述濾光片自動(dòng)切換裝置還包括位置檢測(cè)單元，所述位置檢測(cè)單元包括兩個(gè)分別與驅(qū)動(dòng)單元相連的傳感器，所述殼體和濾光片轉(zhuǎn)換輪相對(duì)的位置分別開有的第二通孔，所述兩個(gè)傳感器分別位于殼體的第二通孔的上下端，將殼體的第二通孔與濾光片轉(zhuǎn)換輪的第二通孔重合時(shí)的位置設(shè)為初始位置。其中，所述驅(qū)動(dòng)單元為步進(jìn)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)單元通過雙齒輪結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置與所述濾光片轉(zhuǎn)換輪連接，所述雙齒輪相嚙合，其中一個(gè)齒輪與濾光片轉(zhuǎn)換輪同軸相連，另一個(gè)齒輪與所述驅(qū)動(dòng)單元的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連。其中，還包括手柄，所述手柄位于防護(hù)罩的外部，所述手柄上設(shè)置有啟動(dòng)開關(guān)，所述啟動(dòng)開關(guān)通過導(dǎo)線與驅(qū)動(dòng)單元相連。其中，所述攝影機(jī)為電荷耦合相機(jī)。其中，所述光源為可發(fā)出均勻面光線的石英鹵鎢燈。一種上述的多光譜檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括圖像獲取步驟打開光源和攝像機(jī)， 同時(shí)通過驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)換輪轉(zhuǎn)動(dòng)使得所需的濾光片對(duì)準(zhǔn)觀察窗，由攝像機(jī)通過聚光鏡頭從濾光片中獲取樣品的灰度圖像；轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)換輪切換濾光片，獲取多張不同波段的灰度圖像。其中，所述樣品為畜肉樣品，所述多光譜檢測(cè)方法還包括圖像分割步驟通過圖像分割運(yùn)算模型將不同波段下的灰度圖像兩兩進(jìn)行運(yùn)算， 獲得分級(jí)的樣品的灰度圖像；運(yùn)算后所得的灰度圖像中各像素點(diǎn)的灰度值設(shè)為Iu，兩個(gè)不同波段下的灰度圖像的灰度值分別設(shè)為Iiu和I2U，圖像矩陣的行數(shù)為i，列數(shù)為j，則圖像分割運(yùn)算模型為=Iij = Ilij-I2ij ；樣品的大理石花紋等級(jí)判定步驟根據(jù)所述的圖像分割運(yùn)算模型為=Iij =
取出脂肪顆粒，利用分割后的樣品的灰度圖像信息可以計(jì)算出待測(cè)樣品中脂肪顆粒的大小、分布均勻性、分布密度等大理石花紋特征變量，從而可得出出樣品的大理石花紋等級(jí)，樣品的大理石花紋等級(jí)設(shè)為L，根據(jù)所述圖像分割運(yùn)算模型中得到的樣品灰度值
Iij計(jì)算出大理石花紋特征變量的值Xi,回歸系數(shù)設(shè)為k和bi; i = 1，2，......，m，m為所
建模型中所選濾光片的數(shù)量，則大理石花紋等級(jí)的預(yù)測(cè)運(yùn)算模型為

權(quán)利要求
1.一種多光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，包括光源、聚光鏡頭、攝影機(jī)、濾光片自動(dòng)切換裝置、遮光罩和防護(hù)罩；所述防護(hù)罩位于遮光罩的上方，所述遮光罩的上表面和防護(hù)罩的下表面相對(duì)的位置分別開有第一通孔；所述遮光罩的底部與第一通孔相對(duì)的位置放置待檢測(cè)的樣品，其頂部固定設(shè)有光源；所述濾光片自動(dòng)切換裝置設(shè)置在所述防護(hù)罩內(nèi)，所述濾光片自動(dòng)切換裝置包括殼體、安裝在殼體內(nèi)的濾光片轉(zhuǎn)換輪、以及與所述濾光片轉(zhuǎn)換輪相連的驅(qū)動(dòng)單元，所述殼體上開有貫穿殼體上下表面的觀察窗，所述觀察窗位于所述第一通孔處；所述濾光片轉(zhuǎn)換輪相對(duì)于觀察窗的位置的環(huán)向上設(shè)有多個(gè)濾光片沉孔，每個(gè)濾光片沉孔內(nèi)設(shè)有濾光片；所述聚光鏡頭安裝在觀察窗的上方，其另一端與攝像機(jī)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的多光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述遮光罩的底部位于樣品的一側(cè)設(shè)有白參考瓦。
3.如權(quán)利要求I所述的多光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述濾光片自動(dòng)切換裝置還包括位置檢測(cè)單元，所述位置檢測(cè)單元包括兩個(gè)分別與驅(qū)動(dòng)單元相連的傳感器，所述殼體和濾光片轉(zhuǎn)換輪相對(duì)的位置分別開有的第二通孔，所述兩個(gè)傳感器分別位于殼體的第二通孔的上下端，將殼體的第二通孔與濾光片轉(zhuǎn)換輪的第二通孔重合時(shí)的位置設(shè)為初始位置。
4.如權(quán)利要求I所述的多光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元為步進(jìn)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)單元通過雙齒輪結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置與所述濾光片轉(zhuǎn)換輪連接，所述雙齒輪相嚙合，其中一個(gè)齒輪與濾光片轉(zhuǎn)換輪同軸相連，另一個(gè)齒輪與所述驅(qū)動(dòng)單元的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連。
5.如權(quán)利要求I所述的多光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括手柄，所述手柄位于防護(hù)罩的外部，所述手柄上設(shè)置有啟動(dòng)開關(guān)，所述啟動(dòng)開關(guān)通過導(dǎo)線與驅(qū)動(dòng)單元相連。
6.如權(quán)利要求I所述的多光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述攝影機(jī)為電荷耦合相機(jī)。
7.如權(quán)利要求I所述的多光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光源為可發(fā)出均勻面光線的石英鹵鎢燈。
8.—種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的多光譜檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于，包括圖像獲取步驟打開光源和攝像機(jī)，同時(shí)通過驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)換輪轉(zhuǎn)動(dòng)使得所需的濾光片對(duì)準(zhǔn)觀察窗，由攝像機(jī)通過聚光鏡頭從濾光片中獲取樣品的灰度圖像；轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)換輪切換濾光片，獲取多張不同波段的灰度圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的多光譜檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于，所述樣品為畜肉樣品，所述多光譜檢測(cè)方法還包括圖像分割步驟通過圖像分割運(yùn)算模型將不同波段下的灰度圖像兩兩進(jìn)行運(yùn)算，獲得分級(jí)的樣品的灰度圖像；運(yùn)算后所得的灰度圖像中各像素點(diǎn)的灰度值設(shè)為Iu，兩個(gè)不同波段下的灰度圖像的灰度值分別設(shè)為Iiu和I2u，圖像矩陣的行數(shù)為i，列數(shù)為j，則圖像分割運(yùn)算模型為Jij = Ilij-I2ij ；樣品的大理石花紋等級(jí)判定步驟根據(jù)所述的圖像分割運(yùn)算模型為=Iij = Ilij-I2ij提取出脂肪顆粒，利用分割后的樣品的灰度圖像信息可以計(jì)算出待測(cè)樣品中脂肪顆粒的大小、分布均勻性、分布密度等大理石花紋特征變量，從而可得出出樣品的大理石花紋等級(jí)， 樣品的大理石花紋等級(jí)設(shè)為L，根據(jù)所述圖像分割運(yùn)算模型中得到的樣品灰度值Iu計(jì)算出大理石花紋特征變量的值Xi,回歸系數(shù)設(shè)為k和bi;i = 1,2,......，m，m為所建模型中所選濾光片的數(shù)量，則大理石花紋等級(jí)的預(yù)測(cè)運(yùn)算模型為
10.如權(quán)利要求8所述的多光譜裝置的檢測(cè)方法，其特征在于，還包括樣品相對(duì)發(fā)射率的換算步驟在放置樣品的一側(cè)設(shè)有白參考瓦，通過將白參考瓦的標(biāo)準(zhǔn)灰度值與樣品灰度圖像中各像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行比較，換算出各個(gè)像素的相對(duì)反射率 Xij ;樣品灰度圖像上像素點(diǎn)的灰度值設(shè)為Gu，白參考瓦的標(biāo)準(zhǔn)灰度值設(shè)為Gtl,圖像矩陣的行數(shù)為i，列數(shù)為j，則每種濾光片的樣品相對(duì)反射率Xu的計(jì)算公式為樣品品質(zhì)參數(shù)的測(cè)定步驟利用多元線性回歸模型檢測(cè)樣品的灰度圖像中各像素點(diǎn)的品質(zhì)參數(shù)；樣品灰度圖像中像素點(diǎn)的品質(zhì)參數(shù)值設(shè)定SFu，回歸系數(shù)為&和fk，k= 1，2，......，m，m為所建模型中所選濾光片的數(shù)量，由所述樣品相對(duì)反射率的計(jì)算公式換算出每種濾光片的樣品相對(duì)反射率Xku，則所建立的多元線性回歸模型為
全文摘要
本發(fā)明涉及光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于農(nóng)畜產(chǎn)品生產(chǎn)的多光譜檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。本發(fā)明一種多光譜檢測(cè)裝置，包括光源、聚光鏡頭、攝影機(jī)、濾光片自動(dòng)切換裝置、遮光罩和防護(hù)罩，防護(hù)罩位于遮光罩的上方，樣品和光源設(shè)置在遮光罩內(nèi)，聚光鏡頭、攝影機(jī)和濾光片自動(dòng)切換裝置設(shè)置在防護(hù)罩內(nèi)，攝影機(jī)通過聚光鏡頭安裝在濾光片自動(dòng)切換裝置的觀察窗的上方，所述觀察窗對(duì)著樣品。本發(fā)明通過攝像機(jī)獲取濾光片中樣品的灰度圖像，同時(shí)采用濾光片自動(dòng)切換裝置切換不同光譜的濾光片，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行無接觸的在線檢測(cè)，避免了對(duì)樣品造成損傷，該檢測(cè)裝置成本較低，檢測(cè)性能精確、穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G01N21/84GK102590213SQ20121001801
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者彭彥昆, 歐陽文, 江發(fā)潮, 石力安, 郭輝 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)