CN101718682B - 基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法及装置。包括光谱检测单元、图像检测单元、输送系统、机架和编码器。图像检测单元和光谱检测单元分别安装在输送系统上方并固定在机架上，编码器安装在链轮上，编码器的输出的脉冲信号分别接到图像检测单元和光谱检测单元中的光谱仪中。禽蛋进入图像检测单元后，由图像检测单元获取禽蛋的最大横径；禽蛋进入光谱检测单元时，由编码器发生触发信息，触发光谱仪采集光谱信息，将禽蛋的光谱信息和最大横径输入基于禽蛋大小补偿的禽蛋品质检测模型，完成禽蛋品质的检测，从而减少禽蛋大小的影响；在检测过程中禽蛋的自动翻转，保证在光谱采集积分时间内得到有效的光谱信息，提高检测精度。

Description

基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法及装置
技术领域
本发明涉及一种利用多信息融合的农产品内部品质在线检测的方法和装置，尤其是指对小尺寸农产品(禽蛋、蜜桔等)进行在线检测的方法和装置。
背景技术
禽蛋含有人体必须的蛋白质、脂肪、维生素及微量元素等营养物质，与人民生活有着密切的关系。但是，禽蛋是生物体，容易受环境因素的变化而变质使之成为不新鲜蛋。在我国禽蛋一般根据重量来分级，由于检测与分级的技术条件和手段的制约，几乎没有采用禽蛋的新鲜程度来对其进行检测与分级。目前，常用抽样检验方法为采用打开禽蛋检测禽蛋内容物的生化指标来确定禽蛋的新鲜度等级，主要用来评价的指标有哈夫单位H(根据禽蛋的新鲜度和禽蛋蛋白高度与禽蛋重量的回归关系得出的)、蛋黄系数(禽蛋打开后在水平放置玻璃平板上自由流动后，测量计算蛋黄具有的高度与蛋黄直径之比，再乘以100的值)、以及挥发性盐基氮(蛋白质在微生物作用下发生变性，产生挥发性盐基氮，其含量多少反映了蛋白质分解的程度)。这些方法都必须打开损坏禽蛋，这必将给养殖户、收购者、销售者等各方面都带来损失，而且费时，不能实时完成检测。因而开发基于快速无损检测技术的禽蛋新鲜度检测方法，确定禽蛋的新鲜度等级就显得尤为必要而迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测的方法和装置，通过分析禽蛋的图像得到其最大横径，通过光谱检测单元获取禽蛋的有效光谱信息，将两者信息融合后，形成有效的禽蛋新鲜度检测模型，实现禽蛋新鲜度的在线无损检测。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法：
禽蛋进入图像检测单元后，由图像检测单元获取禽蛋的最大横径；禽蛋进入光谱检测单元时，由编码器发生触发信息，触发光谱仪采集光谱信息，将禽蛋的光谱信息和最大横径输入基于禽蛋大小补偿的禽蛋品质检测模型，完成禽蛋新鲜度的检测，从而减少禽蛋大小的影响。
所述的光谱信息其波长范围是310-1100nm，或是960-1690nm，或是310-1700nm 。
所述的光谱信息是禽蛋在一个检测位置的光谱信息，或是在多个检测位置的平均光谱信息。
所述的光谱信息是禽蛋在光源照射下，在光谱检测积分时间内，在滚子上翻转的行程内被采集的光谱信息。
二、一种基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测装置：
包括光谱检测单元、图像检测单元、输送系统、机架和编码器；图像检测单元和光谱检测单元分别安装在输送系统上方并固定在机架上，编码器安装在一个链轮上，编码器的输出的脉冲信号分别接到图像检测单元和光谱检测单元中的光谱仪中。
所述的输送系统至少由一个滚子输送通道，均包括两对链轮、滚子、链条、导轨；滚子通过两端等间距安装在链条上，滚子中间架在导轨上，链条由安装在机架两端的链轮驱动；滚子随链条匀速前进，并在导轨上滚动，导轨上至少开有一个孔用于安装检测探头。
所述的光谱检测单元：包括光谱检测室、至少一个光纤光源、至少一个光源光纤、至少一个检测光纤、至少一个检测探头、至少一个光谱仪；光源光纤一端与光纤光源相连，另一端通过定位销固定在机架上并垂直朝下；检测光纤一端与光谱仪相连，另一端与检测探头相连，检测探头安装在导轨上，与光源光纤固定在机架上并垂直朝下的另一端相对应；当光纤光源通过光源光纤照射到位于两滚子间的禽蛋上时，下方的检测探头能检测到透过禽蛋后光信号，并通过检测光纤传输给光谱仪。
本发明具有的有益效果是：
本发明对运动的禽蛋提取最大横径尺寸和有效的光谱信息，并进行信息融合，实时地完成对运动禽蛋新鲜度的无损检测，由于考虑了禽蛋大小对检测精度的影响和补偿，从而提高了检测精度；本发明实现了被检测禽蛋在检测过程中的自动翻转，从而保证了在光谱采集积分时间内得到有效的光谱信息，提高检测精度。
附图说明
图1是检测装置整体示意图。
图2是光谱检测单元结构示意图。
图3是光谱检测探头安装位置图。
图4是有两个检测位置的示意图。
图5是蛋形图像。
图6是检测工作流程图。
图中：1、光谱检测单元；2、图像检测单元；3、输送系统；4、机架；5、禽蛋；5a、蛋形图像；6、编码器；7、定位销；101、101a和101b、光谱仪；102、102a和102b光纤光源；103、光源光纤；104、检测光纤；105、检测探头；106、光谱检测室；301、链轮；302、滚子；303、链条；304、导轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，检测装置由光谱检测单元1、图像检测单元2、输送系统3、机架4和编码器6等组成；图像检测单元1和光谱检测单元2分别安装在输送系统3上方并固定在机架4上，检测时禽蛋5先通过图像检测单元2再到光谱检测单元1；编码器6安装在一个链轮301上，编码器6的输出的脉冲信号分别接到图像检测单元2上和光谱检测单元1中的光谱仪101上，并与计算机(未示出)相连。
如图1和图2所示，输送系统3包括链轮301、滚子302、链条303、导轨304组成；滚子302通过两端等间距安装在链条303上，滚子302中间架在导轨304上，链条303由安装在机架4上的链轮301驱动；滚子302随链条303匀速前进，并在导轨304上滚动；从而保证禽蛋5在两个滚子302之间翻转并向前运动，通过指定的检测位置时接受检测；输送系统3至少由一个滚子输送通道组成，图1所示的为只有一个滚子输送通道的检测装置，而图2和图3所示的为有两个输送通道的检测装置。
每个滚子输送通道的导轨304上至少开有一个孔用于安装检测探头105，如图3所示的为导轨304上只安装一个检测探头105，用于一个禽蛋5采集一个光谱数据，如图4所示的为导轨304上安装两个检测探头105，用于一个禽蛋5采集两个光谱数据。
如图2和图3所示，光谱检测单元1由光谱检测室106、至少一个光纤光源102、至少一个光源光纤103、至少一个检测光纤104、至少一个检测探头105、至少一个光谱仪101组成；图2所示光谱检测单元1为有两个光纤光源102a和102b、两个光源光纤103、两个检测光纤104、两个检测探头105和两个光谱仪101a和101b组成；光源光纤103一端与光纤光源102相连，另一端通过定位销7固定在机架4上并垂直朝下；检测光纤104一端与光谱仪101相连，另一端与检测探头105相连，检测探头105安装在导轨304上，与光源光纤103固定在机架4上并垂直朝下的另一端相对应；当光纤光源102通过光源光纤103照射到位于两滚子302间的禽蛋5上时，下方的检测探头105能检测到透过禽蛋5后光信号，并通过检测光纤104传输给光谱仪101，完成光谱信息的采集。
下面结合图1～图6介绍本发的操作过程：
禽蛋5上料到输送系统3后，禽蛋5随着滚子302向前匀速前进并在两滚子302间翻转，禽蛋5进入图像检测单元2视场后触发相机(未示出，如国内专利No.200510049295.2已公开的技术所述)采集图像，传输给计算机(未示出)完成禽蛋5图像的二值分割、滤波、边缘检测、计算禽蛋的边界和形心，旋转得到禽蛋的蛋形图像5a，完成禽蛋5最大横径LCD(如图5所示，蛋形图像5a上C和D两点间的距离)的检测；在计算机内的存储器中设有数据缓冲区，数据缓冲区内有计数器，计数器与编码器6输出的脉冲信号对应，缓冲区的长度对应禽蛋图像采集点到相应检测探头105间的长度，图像采集触发时在缓冲区中作记录，并同时计算编码器6输出的脉冲数，当脉冲数到达设定值时即禽蛋5刚好到检测探头105位置时触发光谱仪101采集光谱信息，并输入计算机；由于禽蛋5在滚子302上是作翻转运动的，在光谱采集积分时间内保证了一个检测探头105能检测到禽蛋上多点光谱信息，保证了光谱信息的有效性。
当一个禽蛋5在多个位置(如图4所示，为两个检测位置)采集光谱时，禽蛋5的有效光谱为在多处采集的光谱信息的平均光谱。
将光谱信息和最大横径输入在计算机内已建立的基于大小补偿的禽蛋新鲜度检测模型，完成禽蛋新鲜度的检测。
以美国海洋公司USB4000光谱仪(310-1100nm)和50W的光纤光源，检测样品为鸡蛋为例，基于大小(最大横径)补偿的鸡蛋新鲜度检测模型是以下算式：
y＝c1A614.70+c2A623.14+c3A624.82+c4A687.74+c5A692.80+c6A702.69+c7A869.26+c8A819.84+c9A878.66+c10A1,036.07+b0+bL
式中，ci回归系数；Aλ为采集得到的光谱信息经多元散射校正后在波长λ处的吸光度值；b0为常量；bL为修正值(最大横径LCD＞50mm时，bL＝1.1；LCD＜50mm时，bL＝-0.92)；y为计算得到的哈夫单位H，反映新鲜度。
在本实施例中，利用上述基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法和装置可以方便、准确地实现禽蛋新鲜度的在线无损检测。

Claims (6)

1.一种基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法，其特征在于：禽蛋进入图像检测单元后，由图像检测单元获取禽蛋的最大横径；禽蛋进入光谱检测单元时，由编码器发生触发信息，触发光谱仪采集光谱信息，将禽蛋的光谱信息和最大横径输入基于禽蛋大小补偿的禽蛋品质检测模型，完成禽蛋新鲜度的检测，从而减少禽蛋大小的影响。
2.根据权利要求1所述的基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法，其特征在于：所述的光谱信息其波长范围是310-1700nm。
3.根据权利要求1所述的基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法，其特征在于：所述的光谱信息是禽蛋在一个检测位置的光谱信息，或是在多个检测位置的平均光谱信息。
4.根据权利要求1所述的基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测方法，其特征在于：所述的光谱信息是禽蛋在光源照射下，在光谱检测积分时间内，禽蛋在滚子上翻转的行程内被采集的光谱信息。
5.实施权利要求1所述的方法的一种基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测装置，其特征在于：包括光谱检测单元(1)、图像检测单元(2)、输送系统(3)、机架(4)和编码器(6)；图像检测单元(2)和光谱检测单元(1)分别安装在输送系统(3)上方并固定在机架(4)上，编码器(6)安装在一个链轮(301)上，编码器(6)的输出的脉冲信号分别接到图像检测单元(2)和光谱检测单元(1)中的光谱仪(101)中；
所述的光谱检测单元(1)：包括光谱检测室(106)、至少一个光纤光源(102)、至少一个光源光纤(103)、至少一个检测光纤(104)、至少一个检测探头(105)、至少一个光谱仪(101)；光源光纤(103)一端与光纤光源(102)相连，另一端通过定位销(7)固定在机架(4)上并垂直朝下；检测光纤(104)一端与光谱仪(101)相连，另一端与检测探头(105)相连，检测探头(105)安装在导轨(105)上，与光源光纤(103)固定在机架(4)上并垂直朝下的另一端相对应；当光纤光源(102)通过光源光纤(103)照射到位于两滚子(302)间的禽蛋(5)上时，下方的检测探头(105)能检测到透过禽蛋(5)后光信号，并通过检测光纤(104)传输给光谱仪(101)。
6.根据权利要求5所述的一种基于多信息融合的禽蛋新鲜度在线检测装置，其特征在于，所述的输送系统(3)：至少有一个滚子输送通道，均包括两对链轮(301)、滚子(302)、链条(303)、导轨(304)；滚子(302)通过两端等间距安装在链条(303)上，滚子(302)中间架在导轨(304)上，链条(303)由安装在机架(4)两端的链轮(301)驱动；滚子(302)随链条(303)匀速前进，并在导轨(304)上滚动，导轨(304)上至少开有一个孔用于安装检测探头(105)。
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