CN101149367A - 基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测装置及方法，它涉及油脂检测领域。它解决了现有技术中非一体化、误差大、不能自动化的缺点。其装置的CCD数码相机连PC机上，PC机分别向控制装置和现场工艺参数调整控制组件输出信号，控制装置控制端连执行机构受控端，光源、CCD数码相机和放在电磁搅拌器上的试样瓶放在同一轴线上并置于光照箱中。方法步骤为首先启动并参数设定；判断是否酸价检测，是则采集油样并加入试剂，之后滴定溶液采集图像判断是否达到滴定终点，否再次滴定，是停止滴定计算油脂酸价，检测两次求平均值并输出；否则检测色泽，通过标准图像数据与采集图像数据进行两次对比，并输出数据。本发明基于一套设备、误差小、准确性和可靠性高。

Description

基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种油脂色泽和酸价检测方法，具体涉及基于计算机技术的油脂色泽和酸价检测方法。

背景技术

色泽和酸价是衡量食用油脂质量好坏的两个重要指标，所以在油脂加工过程中需要经常进行检测、调控。目前国内大多数企业对油脂品质的检验，都是采用抽样、送样、检测、反馈、调整的实验室检测方法，主要依靠操作人员的人眼和工作经验，人类长时间进行这种单调的重复性的工作，很快会造成视觉疲劳，情绪波动，影响检测结果的准确性，从而使产品测量精度难以保证，检测误差较大、检测周期也较长、参数调整不及时，而造成许多不必要的浪费。

随着科技的发展产生了基于电子设备的酸价检测方法一电位滴定法，即采用滴定试剂法和电位测定法，借助PH电极检测电位来确定滴定终点，在电位滴定中，滴定终点可以用最大斜率法，一阶微商法，二阶微商法等方法来确定。但此方法存在着电极积垢、电极老化等问题，需要频繁清洗、更换电极，此外、PH电极还存在受温度影响大、测量精度低等缺点，给酸价的测量带来很大的困难。

对于油脂色泽的检测仍采用国际上通行的油脂色泽检测方法一罗维朋比色计法。此法是用标准颜色玻璃片与油样的色泽进行比较，色泽的深浅用所需标准颜色玻璃片上标明的数字来表示，属于一种主观的测定方法。需要有经验的检验人员才能得到较好的可靠性和重现性。对相同的样品，不同操作者因视觉判断差异会得到不一致的测定结果，即存在个人偏差，而且颜色和光泽是一个模糊的定性指标，它受人的主观因素影响较大；另外罗维朋比色计法只能进行间断操作，不能实现连续化和自动化。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的检测非一体化、误差大、测量精度低、检测周期长、参数调整不及时、不能实现连续化和自动化的缺点，而提出了一种基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测装置及方法。

本发明的装置由图像采集装置、PC机7、控制装置8和执行机构组成；图像采集装置由光源1、CCD数码相机2和光照箱3组成；执行机构由电磁搅拌器4、自动滴定管5和采集油样装置6组成；CCD数码相机2的USB接口连接PC机7的USB接口上，PC机7的第一RS-232串行通讯接口连接控制装置8的RS-232串行通讯接口上，控制装置8的三个控制端分别连接电磁搅拌器4的受控端、自动滴定管5的受控端和采集油样装置6的受控端，光源1、待测试样瓶A和CCD数码相机2依次设置在同一轴线上，待测试样瓶A的下部设置有电磁搅拌器4，光源1、CCD数码相机2、待测试样瓶A和电磁搅拌器4放置于光照箱3中。

本发明方法的步骤如下：

步骤一：启动：系统初始化，加载程序，然后系统开始运行；

步骤二：参数设定：设定采集油样的类型和级别；

步骤三：判断是否开始酸价检测：是，进入步骤四；否，进入步骤十四；

步骤四：采集酸价检测油样：通过控制装置8控制采集油样装置6将脱酸工艺流程的最终输出管道中的油样按设定油样质量抽进待测试样瓶A中；

步骤五：加入试剂：先加入中性乙醇-乙醚混合溶剂稀释待测油样，再加入酚酞指示剂；

步骤六：第一次滴定溶液：通过控制装置8控制自动滴定管5根据PC机7内的存储参数模块中的第一次滴定的标准体积V向待测试样瓶A中进行氢氧化钾或氢氧化钠溶液的滴加，滴加后控制装置8控制电磁搅拌器4搅拌，搅拌完毕等待1～5秒；

步骤七：图像采集分析：通过图像采集装置采集待测油样图像，传入PC机7中由图像处理模块进行颜色数据提取；

步骤八：判断是否达到终点颜色：采集图像数据与PC机7内的存储参数模块中的标准滴定终点的颜色数据进行对比并做出判断，否，进入步骤九；是，进入步骤十；

步骤九：再次微量滴定溶液：再次通过控制装置8控制自动滴定管5根据PC机7内的存储参数模块中的再次微量滴定的标准体积v向待测试样瓶A中进行氢氧化钾或氢氧化钠溶液的再次滴加，滴加后控制装置8控制电磁搅拌器4搅拌，搅拌完毕等待1～5秒，进入步骤七；

步骤十：停止滴定：PC机7通知控制装置8控制自动滴定管5停止滴定；

步骤十一：计算油脂酸价：计算出消耗的氢氧化钾或氢氧化钠溶液的体积，计算出油脂酸价值的数据；

步骤十二：判断是否是第二次检测酸价：否，进入步骤十三；是，进入步骤十四；

步骤十三：排出酸价油样：排出待测试样瓶A中的酸价油样，返回步骤四；

步骤十四：输出酸价结果：取两次检测平均值作为酸价检测的最后结果并输出数据，完成本次检测，返回步骤三，等待下次检测命令；

步骤十五：判断是否开始色泽检测：是，进入步骤十六；否，返回步骤三，等待检测命令；

步骤十六：采集色泽检测油样：通过控制装置8控制采集油样装置6将脱色工艺流程的最终输出管道中的油样按设定油样质量抽进待测试样瓶A中；

步骤十七：油脂色泽分析：通过图像采集装置采集色泽油样的图像输入到PC机7的图像处理模块中进行处理，提取采集图像中的颜色数据；

步骤十八：判断是否是第二次检测色泽：否，进入步骤十九；是，进入步骤二十；

步骤十九：排出色泽油样：排出待测试样瓶A中的色泽油样，返回步骤十六；

步骤二十：色泽数据对比：取两次检测色泽数据平均值作为色泽检测的最终数据与PC机7内的存储参数模块中的标准色泽数据进行对比；

步骤二十一：输出色泽结果：输出对比数据完成本次检测，返回步骤三，等待下次检测命令。

本发明将单片机控制技术和数字图像处理技术与传统的化学检验方法相结合，基于一套硬件设备，实现对油脂色泽、酸价两个参数的自动检测，将以往的实验室间歇检验产品质量的方法变成在线连续检测和调控，消除了人为的主观误差，以及减小因各种干扰带来的误差，极大提高油脂质量检测的准确性和可靠性，以求得油脂加工过程的最佳工艺条件，提高了产品质量，从而获得最大的利润。

附图说明

图1是本发明的装置示意图；图2是本发明检测方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式是由图像采集装置、PC机7、控制装置8和执行机构组成；图像采集装置由光源1、CCD数码相机2和光照箱3组成；执行机构由电磁搅拌器4、自动滴定管5和采集油样装置6组成；CCD数码相机2的USB接口连接PC机7的USB接口上，PC机7的第一RS-232串行通讯接口连接控制装置8的RS-232串行通讯接口上，控制装置8的三个控制端分别连接电磁搅拌器4的受控端、自动滴定管5的受控端和采集油样装置6的受控端，光源1、待测试样瓶A和CCD数码相机2依次设置在同一轴线上，待测试样瓶A的下部设置有电磁搅拌器4，光源1、CCD数码相机2、待测试样瓶A和电磁搅拌器4放置于光照箱3中。控制装置8采用AT89C51单片机。采集油样装置6采用美国Welker全自动采样器。电磁搅拌器4起到搅拌待测油样使其均匀的作用，令酸碱中和反应能够充分完全，同时，还能加快反应速度，加快释放由酸碱中和反应产生的热量。待测试样瓶A、CCD数码相机2，光源1处在一个密封的光照箱3内，使测量过程不受外界环境光线变化的影响，提高测量的准确度。CCD数码相机2为真彩色CCD数码相机，500万像素点以上，USB接口，PC机控制操作快门。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤如下：

步骤一：启动：系统初始化，加载程序，然后系统开始运行；

步骤二：参数设定：设定采集油样的类型和级别；

步骤三：判断是否开始酸价检测：是，进入步骤四；否，进入步骤十四；

步骤四：采集酸价检测油样：通过控制装置8控制采集油样装置6将脱酸工艺流程的最终输出管道中的油样按设定油样质量抽进待测试样瓶A中；

步骤五：加入试剂：先加入中性乙醇-乙醚混合溶剂稀释待测油样，再加入酚酞指示剂；

步骤六：第一次滴定溶液：通过控制装置8控制自动滴定管5根据PC机7内的存储参数模块中的第一次滴定的标准体积V向待测试样瓶A中进行氢氧化钾或氢氧化钠溶液的滴加，滴加后控制装置8控制电磁搅拌器4搅拌，搅拌完毕等待1～5秒；

步骤七：图像采集分析：通过图像采集装置采集待测油样图像，传入PC机7中由图像处理模块进行颜色数据提取；

步骤八：判断是否达到终点颜色：采集图像数据与PC机7内的存储参数模块中的标准滴定终点的颜色数据进行对比并做出判断，否，进入步骤九；是，进入步骤十；

步骤九：再次微量滴定溶液：再次通过控制装置8控制自动滴定管5根据PC机7内的存储参数模块中的再次微量滴定的标准体积v向待测试样瓶A中进行氢氧化钾或氢氧化钠溶液的再次滴加，滴加后控制装置8控制电磁搅拌器4搅拌，搅拌完毕等待1～5秒，进入步骤七；

步骤十：停止滴定：PC机7通知控制装置8控制自动滴定管5停止滴定；

步骤十一：计算油脂酸价：计算出消耗的氢氧化钾或氢氧化钠溶液的体积，计算出油脂酸价值的数据；

步骤十二：判断是否是第二次检测酸价：否，进入步骤十三；是，进入步骤十四；

步骤十三：排出酸价油样：排出待测试样瓶A中的酸价油样，返回步骤四；

步骤十四：输出酸价结果：取两次检测平均值作为酸价检测的最后结果并输出数据，完成本次检测，返回步骤三，等待下次检测命令；

步骤十五：判断是否开始色泽检测：是，进入步骤十六；否，返回步骤三，等待检测命令；

步骤十六：采集色泽检测油样：通过控制装置8控制采集油样装置6将脱色工艺流程的最终输出管道中的油样按设定油样质量抽进待测试样瓶A中；

步骤十七：油脂色泽分析：通过图像采集装置采集色泽油样的图像输入到PC机7的图像处理模块中进行处理，提取采集图像中的颜色数据；

步骤十八：判断是否是第二次检测色泽：否，进入步骤十九；是，进入步骤二十；

步骤十九：排出色泽油样：排出待测试样瓶A中的色泽油样，返回步骤十六；

步骤二十：色泽数据对比：取两次检测色泽数据平均值作为色泽检测的最终数据与PC机7内的存储参数模块中的标准色泽数据进行对比；

步骤二十一：输出色泽结果：输出对比数据完成本次检测，返回步骤三，等待下次检测命令。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同点在于PC机7内的存储参数模块中存储有根据类型和级别所设定的酸价检测时所采集油样质量、第一次滴定的标准体积V、再次微量滴定的标准体积v和标准滴定终点的颜色数据，及色泽检测时所采集油样质量和标准色泽数据。其它组成和步骤与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同点在于标准滴定终点的颜色数据和标准色泽数据是采集各种类型和级别标准样品的图像通过图像处理模块提取出的数据存储参数模块中。其它组成和步骤与具体实施方式三相同。其中图像处理模块提取的颜色数据为色彩模式RGB值，是工业界的一种颜色标准，是通过对红R、绿G、蓝B四个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同点在于采集油样质量为0.1g～10g。其它组成和步骤与具体实施方式三相同。采集油样质量根据国标GB/T5530-2005中所涉及的采集油样质量来设定。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三不同点在于第一次滴定的标准体积V为0.1ml～0.5ml。其它组成和步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三不同点在于再次微量滴定的标准体积v为0.01ml～0.02ml。其它组成和步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二不同点在于滴定的氢氧化钾或氢氧化钠溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。其它组成和步骤与具体实施方式二相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二不同点在于中性乙醇-乙醚混合溶剂的浓度为95％～100％。其它组成和步骤与具体实施方式二相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二不同点在于酚酞指示剂为10g/L，10g的酚酞溶解于1L的95％～100％中性乙醇-乙醚混合溶剂中。其它组成和步骤与具体实施方式二相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式二不同点在于步骤十一中的油脂酸价计算的公式为：

$S=\frac{V\×c\×56.1}{m}$

其中：V(ml)-消耗的氢氧化钾或氢氧化钠溶液的体积，通过自动滴定管5准确给出体积；c(mol/L-消耗的氢氧化钾或氢氧化钠溶液浓度；m(g)-待测试样质量，通过采集油样装置6准确采集；56.1(g/mol)-氢氧化钾或氢氧化钠的摩尔质量。其它组成和步骤与具体实施方式二相同。

Claims (9)

1.基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测装置，它由图像采集装置、PC机(7)、控制装置(8)和执行机构组成；图像采集装置由光源(1)、CCD数码相机(2)和光照箱(3)组成；执行机构由电磁搅拌器(4)、自动滴定管(5)和采集油样装置(6)组成；其特征在于CCD数码相机(2)的USB接口连接PC机(7)的USB接口上，PC机(7)的第一RS-232串行通讯接口连接控制装置(8)的RS-232串行通讯接口上，控制装置(8)的三个控制端分别连接电磁搅拌器(4)的受控端、自动滴定管(5)的受控端和采集油样装置(6)的受控端，光源(1)、待测试样瓶(A)和CCD数码相机(2)依次设置在同一轴线上，待测试样瓶(A)的下部设置有电磁搅拌器(4)，光源(1)、CCD数码相机(2)、待测试样瓶(A)和电磁搅拌器(4)放置于光照箱(3)中。

2.基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于它的步骤如下：

步骤一：启动：系统初始化，加载程序，然后系统开始运行；

步骤二：参数设定：设定采集油样的类型和级别；

步骤三：判断是否开始酸价检测：是，进入步骤四；否，进入步骤十四；

步骤四：采集酸价检测油样：通过控制装置(8)控制采集油样装置(6)将脱酸工艺流程的最终输出管道中的油样按设定油样质量抽进待测试样瓶(A)中；

步骤五：加入试剂：先加入中性乙醇-乙醚混合溶剂稀释待测油样，再加入酚酞指示剂；

步骤六：第一次滴定溶液：通过控制装置(8)控制自动滴定管(5)根据PC机(7)内的存储参数模块中的第一次滴定的标准体积V向待测试样瓶(A)中进行氢氧化钾或氢氧化钠溶液的滴加，滴加后控制装置(8)控制电磁搅拌器(4)搅拌，搅拌完毕等待1～5秒；

步骤七：图像采集分析：通过图像采集装置采集待测油样图像，传入PC机(7)中由图像处理模块进行颜色数据提取；

步骤八：判断是否达到终点颜色：采集图像数据与PC机(7)内的存储参数模块中的标准滴定终点的颜色数据进行对比并做出判断，否，进入步骤九；是，进入步骤十；

步骤九：再次微量滴定溶液：再次通过控制装置(8)控制自动滴定管(5)根据PC机(7)内的存储参数模块中的再次微量滴定的标准体积v向待测试样瓶(A)中进行氢氧化钾或氢氧化钠溶液的再次滴加，滴加后控制装置(8)控制电磁搅拌器(4)搅拌，搅拌完毕等待1～5秒，进入步骤七；

步骤十：停止滴定：PC机(7)通知控制装置(8)控制自动滴定管(5)停止滴定；

步骤十一：计算油脂酸价：计算出消耗的氢氧化钾或氢氧化钠溶液的体积，计算出油脂酸价值的数据；

步骤十二：判断是否是第二次检测酸价：否，进入步骤十三；是，进入步骤十四；

步骤十三：排出酸价油样：排出待测试样瓶(A)中的酸价油样，返回步骤四；

步骤十四：输出酸价结果：取两次检测平均值作为酸价检测的最后结果并输出数据，完成本次检测，返回步骤三，等待下次检测命令；

步骤十五：判断是否开始色泽检测：是，进入步骤十六；否，返回步骤三，等待检测命令；

步骤十六：采集色泽检测油样：通过控制装置(8)控制采集油样装置(6)将脱色工艺流程的最终输出管道中的油样按设定油样质量抽进待测试样瓶(A)中；

步骤十七：油脂色泽分析：通过图像采集装置采集色泽油样的图像输入到PC机(7)的图像处理模块中进行处理，提取采集图像中的颜色数据；

步骤十八：判断是否是第二次检测色泽：否，进入步骤十九；是，进入步骤二十；

步骤十九：排出色泽油样：排出待测试样瓶(A)中的色泽油样，返回步骤十六；

步骤二十：色泽数据对比：取两次检测色泽数据平均值作为色泽检测的最终数据与PC机(7)内的存储参数模块中的标准色泽数据进行对比；

步骤二十一：输出色泽结果：输出对比数据完成本次检测，返回步骤三，等待下次检测命令。

3.根据权利要求2所述的基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于PC机(7)内的存储参数模块中存储有根据类型和级别所设定的酸价检测时所采集油样质量、第一次滴定的标准体积V、再次微量滴定的标准体积v和标准滴定终点的颜色数据，及色泽检测时所采集油样质量和标准色泽数据。

4.根据权利要求3所述的基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于标准滴定终点的颜色数据和标准色泽数据是采集各种类型和级别标准样品的图像通过图像处理模块提取出的数据存储参数模块中。

5.根据权利要求3所述的基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于采集油样质量为0.1g～10g。

6.根据权利要求3所述的基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于第一次滴定的标准体积V为0.1ml～0.5ml。

7.根据权利要求3所述的基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于再次微量滴定的标准体积v为0.01ml～0.02ml。

8.根据权利要求2所述的基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于氢氧化钾或氢氧化钠溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；中性乙醇-乙醚混合溶剂的浓度为95％～100％；酚酞指示剂为10g/L。

9.根据权利要求2所述的基于计算机视觉的油脂色泽酸价一体自动检测方法，其特征在于步骤十一中的油脂酸价计算的公式为：

$S=\frac{V\×c\×56.1}{m}$

其中：V(ml)-消耗的氢氧化钾或氢氧化钠溶液的体积，通过自动滴定管(5)准确给出体积；c(mol/L)-消耗的氢氧化钾或氢氧化钠溶液浓度；m(g)-待测试样质量，通过采集油样装置(6)准确采集；56.1(g/mol)-氢氧化钾或氢氧化钠的摩尔质量。

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