具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
现代的便携设备中央处理器的处理能力不断增加。在有的情况下,为了增强便携处理器的处理能力,还采用了双核架构使得便携设备能够处理完成复杂功能的技术任务。这使得在便携设备上完成原来只有在固定设备或大型设备上才能完成的功能成为可能。但是,要实现从固定设备或大型设备到便携设备的功能“迁移”,需要考虑到便携设备所特有的限制条件。本发明实施例通过在便携设备上嵌入红外糖度测量功能,使得便携设备不仅仅能够完成其本来具有的功能,同时还能利用增强后的便携设备的软件和硬件,实现糖度测量的功能。
本发明的各个实施例中,测量水果的糖度的基本原理是:近红外激光的光谱范围是700-2500mn。大多数物质的分子官能基如C-H、O-H和N-H等,其固定吸收振动光谱都在此范围近红外激光的范围内。因此,可以利用光谱能量的吸收与转换,进行内部成分的定性与定量分析。
具体到水果而言,不管是不同种类的水果还是同种类的水果,其糖度都会存在个体差异。使用近红外激光透射通过水果的内部后,由于糖度高的水果所含有糖的成份较多,能够吸收较多的近红外激光,相应地,其所反射的近红外激光就会较弱;而糖度低的水果恰恰相反,由于其所含有的糖份较少,吸收的近红外激光也就比较少,导致其反射的近红外激光会比较强。反射的近红外激光被便携设备内的有关处理单元转化为电信号,然后从中可以获取到与糖度有关的信息。因此,可以根据入射光与反射光的强弱关系,判断出被测试水果的糖度大小。
糖在波长910nm、1.05um和1.3um附近具有吸收峰值。但是本发明各个实施例是应用于水果糖度的测定,而水果中含有大量的水份,波长越长的光,水的吸收作用明显。所以,既考虑到水的吸收作用,又要考虑糖的吸收作用在910nm时为吸收峰值,宜采用波长为860nm~960nm的光源。
而且,在本发明实施例中使用3种波长来测量糖度:波长范围为900nm~920nm的第一光是在糖吸收峰值的范围,波长范围为860-890nm的第一光和波长范围920nm-960nm的其它二种波长的选择则是通过糖吸收波长两侧的波长的光,可以正确地消除由于900nm~920nm波长的光的吸收而引起的干扰的影响,从而可正确地求得糖度。
本发明实施例在便携设备上利用近红外线波长的发光二极管为照射光源,使用波长范围处于860nm~890nm、900nm~920nm和920nm~960nm的多个波长的光源,照射到水果上。
如图4所示,使上述光源射出到水果上的入射光和水果表面检测点与水果中心的直线之间的夹角(称为检测角度)呈0度。根据照射光源的衰减率与检测角度的关系,当检测角度为0度时衰减率为最小。随着检测角度的增加,衰减率随之增加,当检测角度为180度时,衰减率达到最大。但检测角度为0度时,红外线传感器测出的反射光中除了进入水果后由果肉反射出来的光之外,还包含了在水果表面附近的反射光。
水果的个性参数也会影响到测量结果的准确性:
不同种类水果的表皮厚度的也各不相同,不同种类水果的最佳测量部位的也不相同。即使是同种类的水果,也会存在较大的个体差异。
所以,为了准确地测量水果的糖度,就需要在便携设备中建立详细的数据库。针对水果的种类,各种水果果皮的厚度,以及不同的环境参数,给予相应的最佳测量指标,供测量者参考,还可以作为测量结果修正的方式。
用户启动糖度测量后,通过便携设备的显示屏,以水果列表的形式选择待测水果种类及测试环境参数,还可以包括待测水果个性参数,例如果皮厚度等。便携设备随即反馈出推荐的测试指标:待测水果的最佳测量部位,最佳测量距离,最佳测量次数等。用户将便携设备对准待测定水果表面,使得近红外激光能够垂直地通过待测水果果皮,近红外激光与水果几何中心的夹角为零度。用户启动电路后,经雷射驱动及红外线传感器电路控制,得到检测光光量仿真数据,再经模/数转换后得到数字数据,经便携设备的中央处理器分析运算,使用数据库内的校正参数校正后,校正后的数据可以做为被测水果的糖度,通过便携设备的显示面板显示给用户,也可以同时通过声音提示给用户,测试完成后,可以使用声光等方式提示用户测试已完成。
本发明实施例中所使用的糖度计算公式:
f(Y1)=C1*X1+C2*X2+C3*X3+C4
对f(Y1)进行校正的方式是以非线性回归方式校正:
f(Y)=Non(Y1)。
其中,(1)X1,X2,X3为三种不同波长的透射率换算值;
(2)C1,C2,C3,C4为经过多次实验后选择的常数值;
(3)Y1为校正之前所测量的糖度值;
(4)Y为校正之后的糖度值,作为最终的测量结果。
本发明各个实施例所使用的糖度测试装置,是一种非破坏性的测试方式,不需要破坏水果的表皮。
温度因素对于便携设备的近红外激光测量准确性有很大的影响。近红外激光检测过程需要在恒定的温度下进行。环境温度发生变化将直接影响红外光源的稳定,以及辐射的强度。
如果在室外时使用本发明会受环境温度的影响,本发明实施例采用事先在内建的数据库中加入环境温度补偿机制的方法来解决了此技术问题。
在自然界中,能够发射红外线的物体很多,各种温血动物、家用电器以及处于其他许多物体,都在条件成就时成为近红外光的发射源。对此,桌上型固定设备,以及在专业的糖度测量场合如农场、果园等,可能选择良好的测试环境,清除外界近红外光的干扰,以保证测量结果的准确度。这限制了桌上型固定糖度测量设备的应用场合。
但是对于简便易用的便携设备而言,由于其应用场合广泛,必须在便携设备中考虑到外界干扰,并对其所造成的测量误差进行排除,以实现测量结果准确、可靠。
为了识别便携设备输出的近红外光和其他辐射源所发出的近红外光,在本发明实施例中,采用独特的数字编码技术对红外脉冲进行数字编码,以保证发出的红外脉冲的唯一性。具体的实现方法可以是采取8字节或16字节的编码,对所发出的近红外光的区别标识,从而能够将不具备上述区别特征的近红外光与便携设备自己所发出的近红外光进行区分。在接收到时,对接收到的近红外激光所包含的区别标识进行核对,当与发射区别标识一致时,所接收到的近红外激光才是有效的近红外激光,才对其进行后续处理,否则不予处理。这样就可以滤除外界的红外辐射干扰,提高测试的准确度。
具体而言,区别标识的编码方式可以是:
以8字节编码为例,以0x7E开头,中间6个字节是携带有效信息的数据,再以0x7E结束。对于不同的水果,可以采取不同的数据进行编码。
例如:对果皮不厚,容易测量的水果,8字节编码的中间6个字节可以为:0x7E,0x18,0x31,0x83,0x03,0x7E;而对于一些果皮较厚的水果,8字节编码的中间6个字节为:0x7E,0x73,0xC7,0x87,0xCF,0x7E。对这两组编码的携带有效信息的数据进行二进制码分析分别为:
果皮不厚的水果:00011000 00110001 10000011 10000011
果皮较厚的水果:01110011 11000111 10000111 11001111
通过对编码数据的数字信号的占空比进行调整,对于容易测量的水果使用小占空比的数据进行编码后发射、接收,而对于一些果皮较厚的水果使用大占空比的数据进行编码后发射、接收。这样能够在便携设备所使用的电源有限的情况下,既保证测量数据的精确度,又能够尽可能地使得电源的效用最大化,节约了电源消耗。
如果外界的近红外光辐射比较多,导致辐射干扰严重,或者是为了提高红外信号的识别率。还可以采取16字节编码或32字节编码方式。
实施例一
参考图1所示,本发明的测量水果糖度的方法包括:
101、用户根据其需要,选择某种水果来测量其糖度,水果可以包括但不限于苹果、梨、桃、西瓜、草莓、柑桔、橙、柚、葡萄、香蕉、菠萝、枣、桂圆及各种其他瓜类。
102、用户在便携设备的输入界面上选择待测试水果的种类,如菠萝;
可选地,便携设备可以将某一种类型的水果设置的默认待测水果种类,以便利常常测试某一固定种类的水果之用,也可以由便携设备随机选择水果种类;
可选地,便携设备还可以对用户选择水果种类的行为进行建模,将选择次数最多的水果设置为默认水果种类,将选择次数较多的水果种类优先于选择次数少的水果种类;
可选地,还可以一并输入待测水果的个性参数,包括但不限于果皮厚度,采摘天数等;
可选地,还可以一并输入测试环境参数,包括但不限于环境温度、湿度等。
103、便携设备根据用户输入的水果种类,如菠萝,生成对所述水果进行糖度测量的测量指标,可以包括但不限于测量部位、测量距离和测量次数;测量部位用于指示待测水果的测量区域,因为不同种类的水果,其糖度值与测量部位有较大的关系,有的底部糖度大,有的顶部糖度大。测量距离也会对测量结果产生较大的影响,由于不同水果对测试光线的透射率不同,因此根据水果种类来选择合适的测量距离是有益的。
生成测量指标的过程需要事先根据不同的水果种类及其特点,建立不同种类水果的最优测量指标数据库,此数据库可以由便携设备根据测试结果的反馈,进行动态维护。
可选地,还可以一并根据用户输入的测试环境参数,一起决定对所述水果进行糖度测量的测量指标。
104、用户根据便携设备所生成的测量指标,将便携设备对准待测水果,发出测量启动指令,可以以按下启动键的方式实现,便携设备初始化测量电路后,向待测水果发射近红外激光。
便携设备发射的近红外激光包括:第一光,波长范围处于860nm~890nm;第二光,波长范围处于900nm~920nm;第三光,波长范围处于920nm~960nm;便携设备可以选择第一光、第二光或第三光之一及其任意组合,作为发射光输出。
105、便携设备接收反射的近红外激光,计算分析后输出待测水果的糖度值;
便携设备可以通过红外线感应器接收近红外激光,获取反射回来的检测光的光量,经过A/D转换后得到数字数据,经过运算分析,对比内建数据库修正误差,输出待测水果的糖度值。
优选地,为了排除外界其他近红外激光的辐射干扰,可以在便携设备上发射的第一近红外激光上增加区别标识,根据接收得到的第二近红外激光是否包含所述区别标识,可以判断所接收的近红外激光是否为发射出去的近红外激光。则可以采用下述方案:
如果所述第一近红外激光包括区别标识,则在接收第二近红外激光之后,还包括:
判断所述第二近红外激光是否包括所述区别标识;
如果是,则根据第二近红外激光和第一近红外激光生成透射率,使用所述透射率计算被测水果糖度;
如果否,则不予处理。
优选地,如果待测水果果皮厚度大于等于预设阈值,则所述区别标识的编码字节数为32字节-256字节之间;
如果待测水果果皮厚度小于预设阈值,则所述区别标识的编码字节数为8字节-32字节之间。
所述预设阈值为0.1厘米、0.2厘米、0.5厘米、1厘米或1.5厘米。当然,对于所属领域的技术人员而言,在应用本发明实施例过程中,还可以根据果皮厚度及水果的个性参数,参考便携设备自身的具体情况,选择其他合适的阀值。
本发明实施例通过根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标后,根据所述测量指标,进行激光发射、接收,计算得到被测水果的透射率,使用所述透射率计算被测水果糖果。从而实现了:
首先,使得便携设备如移动电话等具有了测量水果糖度的功能,提高了用户体验度。
其次,使用过程简单易行,不需要专业的测试设备即可进行。
再次,使用非内部接触式测量方法,不需要破坏被测水果的物理组织,干净卫生。
实施例二
参考图2所示,是本发明的使用便携设备测量水果糖度的方法,包括:
201、根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标;
其中,根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标之前,还包括:
便携设备选择水果种类,作为待测水果种类;或
用户在便携设备上输入或选择待测水果种类。
其中,便携设备选择水果种类包括:
便携设备随机选择水果种类或指定一种水果种类,作为待测水果种类;或
便携设备对用户选择水果种类的行为进行建模,将选择次数最多的水果设置为默认待测水果种类。
其中,根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标之前,还包括:
用户输入待测水果的个性参数;
则根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标包括:
根据待测水果种类和所述待测水果的个性参数,生成测量所述水果糖度所需测量指标;
或
用户输入测试环境;
则根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标包括:
根据待测水果种类和所述待测水果的测试环境,生成测量所述水果糖度所需测量指标。
其中,所述个性参数包括果皮厚度。
其中,所述测试环境参数包括环境温度或环境湿度。
果皮厚度和环境温度、湿度都会对近红外激光的测量结果产生较大的影响,通过这些参数可以
202、根据所述测量指标,将便携设备对准待测水果的几何中心,发射第一近红外激光;
其中,所述第一近红外激光包括:
波长范围为860-890nm的第一光、波长范围为900nm-920nm的第二光或波长范围920nm-960nm的第三光之一及其任意组合。
203、接收第二近红外激光,根据第二近红外激光和第一近红外激光生成透射率,使用所述透射率计算被测水果糖度。
其中,使用所述透射率计算被测水果糖果包括:
f(Y1)=C1*X1+C2*X2+C3*X3+C4;
以非线性回归方式校正Y1,得到被测水果糖度Y:
f(Y)=Non(Y1);
其中,(1)X1,X2,X3为三种不同波长的透射率换算值,
(2)C1,C2,C3,C4为经过实验后选择的常数值,
(3)Y1为测定的糖度值,
(4)Y为非线性回归方式校正后得到的被测水果糖度值。
其中,所述以非线性回归方式校正Y1包括:
将水果种类、果皮厚度、环境温度或环境湿度之一或其任意组合,作为非线性回归方式参数,校正Y1。
其中,发射所述第一近红外激光的光源发光二极管。
其中,所述第一近红外激光包括第一光、第二光和第三光;
所述第一光、第二光和第三光的照射光强度和照射面积均相同。
实施例三
参考图3所示,是本发明的测量水果糖度的便携设备,包括:
第一生成单元301,用于根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标;
发射单元302,用于根据所述测量指标,将便携设备对准待测水果的几何中心,发射第一近红外激光;
接收单元303,用于接收第二近红外激光,
第一计算单元304,用于根据第二近红外激光和第一近红外激光生成透射率;
第二计算单元305,用于使用所述透射率计算被测水果糖果。
本发明实施例通过根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标后,根据所述测量指标,进行激光发射、接收,计算得到被测水果的透射率,使用所述透射率计算被测水果糖果。从而实现了:
首先,使得便携设备如移动电话等具有了测量水果糖度的功能,提高了用户体验度。
其次,使用过程简单易行,不需要专业的测试设备即可进行。
再次,使用非内部接触式测量方法,不需要破坏被测水果的物理组织,干净卫生。
其中,还包括:
第一选择单元,用于:根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标之前,选择水果种类,作为待测水果种类;或
第二选择单元,用于:根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标之前,用户在便携设备上输入或选择待测水果种类。
其中,第一选择单元包括:
第一选择模块,用于随机选择水果种类或指定一种水果种类,作为待测水果种类;或
第二选择模块,用于对用户选择水果种类的行为进行建模,将选择次数最多的水果设置为默认待测水果种类。
其中,还包括:
第一输入单元,用于:根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标之前,接收用户输入的待测水果的个性参数;
则第一生成单元包括:
第一测量模块,用于根据待测水果种类和所述待测水果的个性参数,生成测量所述水果糖度所需测量指标;
或
第二输入单元,用于:根据待测水果种类,生成测量所述水果糖度所需测量指标之前,接收用户输入的测试环境;
则第一生成单元包括:
第二测量模块,用于根据待测水果种类和所述待测水果的测试环境,生成测量所述水果糖度所需测量指标。
其中,所述个性参数包括果皮厚度。
其中,所述测试环境包括环境温度或环境湿度。
其中,所述第一近红外激光包括:
波长范围为860-890nm的第一光、波长范围为900nm-920nm的第二光或波长范围920nm-960nm的第三光之一及其任意组合。
其中,使用所述透射率计算被测水果糖果包括:
f(Y1)=C1*X1+C2*X2+C3*X3+C4;
以非线性回归方式校正f(Y1),得到被测水果糖度Y:
f(Y)=Non(Y1);
其中,(1)X1,X2,X3为三种不同波长的透射率换算值,
(2)C1,C2,C3,C4为经过实验后选择的常数值,
(3)Y1为测定的糖度值,
(4)Y为非线性回归方式校正后得到的被测水果糖度值。
其中,所述便携设备包括:
移动电话、便携播放器或便携笔记本。
其中,发射所述第一近红外激光的光源为发光二极管。
其中,所述第一近红外激光包括第一光、第二光和第三光;
所述第一光、第二光和第三光的照射光强度和照射面积均相同。
其中,为了排除外界其他近红外激光的辐射干扰,可以在便携设备上发射的第一近红外激光上增加区别标识,根据接收得到的第二近红外激光是否包含所述区别标识,可以判断所接收的近红外激光是否为发射出去的近红外激光。则所述的便携设备,还可以包括:
判断单元,用于:如果所述第一近红外激光包括区别标识,则在接收第二近红外激光之后,判断所述第二近红外激光是否包括所述区别标识;
如果是,则指示所述第一计算单元和第二计算单元工作;
如果否,则不予处理。
其中,如果待测水果果皮厚度大于等于预设阈值,则所述区别标识的编码字节数为16字节-256字节之间;
如果待测水果果皮厚度小于预设阈值,则所述区别标识的编码字节数为8字节-32字节之间。
其中,所述预设阈值为0.1厘米、0.2厘米、0.5厘米、1厘米或1.5厘米。
本发明的装置实施例具有与本发明的方法实施例相适应的技术效果,不再重复。
通过以上的实施方式的描述,所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。
以上所述的本发明实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。