CN105606543B - 一种便携式香蕉成熟度检测仪 - Google Patents
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Abstract
一种便携式香蕉成熟度检测仪，本发明涉及检测仪器技术领域；它包含检测器机体、液晶显示屏、主控制器、颜色采集器、按键、传感器探头；检测器机体的内部设有主控制器，检测器机体的外侧设有液晶显示屏，检测器机体的顶部设有颜色采集器和按键；所述的颜色采集器的外部设有传感器探头；所述的颜色采集器、按键与主控制器连接，主控制器与液晶显示屏连接。通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成熟度的检测，用颜色采集器实现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成本，达到轻便可随身携带的效果。
Description
技术领域
本发明涉及检测仪器技术领域，具体涉及一种便携式香蕉成熟度检测仪。
背景技术
香蕉是有名的热带、亚热带水果，是世界四大水果之一，栽培面积仅次于葡萄、柑桔，居世界第三位，目前共有120多个国家和地区生产香蕉，其中大部分属于发展中国家。香蕉，与许多水果蔬菜一样，从采收、运输、储藏、上架直到消费者手上，一直处于逐渐成熟过程中。在这期间需要不时监测其成熟程度，以免造成浪费或提前将未成熟水果上架。而香蕉在未成熟到成熟的过程中，它的颜色会慢慢的变化，并且未成熟和成熟后香蕉的颜色有很大的差异。
目前常用的香蕉成熟度检测方法有：目测法，即通过观察香蕉的外形(如硬度和外形轮廓)以及颜色来判断香蕉的成熟程度；记日法，即根据香蕉的发育规律记录香蕉成长的天数来判断香蕉的成熟度。而最近有用香蕉的气味指数及相关算法来进行香蕉成熟度检测，也有通过研制出一种石英晶体微天平传感器来检查香蕉的成熟度，日立高新技术公司研制的日立F-7000荧光分光光度计可以通过3D荧光光谱来检测香蕉的成熟度。
现有的各种香蕉成熟度检测方法及技术中存在以下几个方面的缺陷：
一、主观性较强，如目测法与记日法，且记日法需要记录长久的时间数据，不容易实施。
二、数据不易收集且算法不易实现，如根据香蕉的气味指数及相关算法进行香蕉成熟度检测。
三、成本过高，如通过研制石英晶体微天平传感器来检查香蕉的成熟度，与日立高新技术公司的日立F-7000荧光分光光度计。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的便携式香蕉成熟度检测仪，通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成熟度的检测，用颜色采集器实现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成本，达到轻便可随身携带的效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含检测器机体、液晶显示屏、主控制器、颜色采集器、按键、传感器探头；检测器机体的内部设有主控制器，检测器机体的外侧设有液晶显示屏，检测器机体的顶部设有颜色采集器和按键；所述的颜色采集器的外部设有传感器探头；所述的颜色采集器、按键与主控制器连接，主控制器与液晶显示屏连接。
所述的传感器探头由黑色外壳、透明平板玻璃、散射滤光片、LED灯源、黑色内筒构成；黑色外壳的内部设有透明平板玻璃，透明平板玻璃与黑色外壳的上部之间设有黑色内筒，黑色内筒与黑色外壳的两侧壁之间设有散射滤光片；所述的颜色采集器设置在黑色内筒内；所述的LED灯源设置在散射滤光片的上部。
所述的主控制器为单片机，如：STC89LE52，但不限于此型号。
所述的颜色采集器为颜色传感器，如：TCS3414，但不限于此型号。
所述的液晶显示屏为LCD液晶显示屏，如：LCD12864，但不限于此型号。
本发明的工作原理：当按下开始检测的控制按键后，检测仪开始工作，颜色采集器进行颜色的数据信号采集，并将采集到的颜色的RGB值存储在自带的寄存器中，STC89LE52单片机读取TCS3414颜色采集器中对应寄存器的RGB值，并对读取到的RGB值进行处理，包括：将RGB值转换成XYZ颜色空间相应的值，再转换到Lab值；计算色调角h值；将此色调角值代入成熟度模型中计算出最终的成熟度等级；最后将成熟度等级显示在LCD12864液晶显示屏上。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种便携式香蕉成熟度检测仪，通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成熟度的检测，用颜色采集器实现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成本，达到轻便可随身携带的效果，且具有结构简单、体积小、制作成本低等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的硬件连接关系示意图。
图3是本发明中传感器探头的结构示意图。
附图标记说明：
检测器机体1、液晶显示屏2、主控制器3、颜色采集器4、按键5、传感
器探头6、黑色外壳6-1、透明平板玻璃6-2、散射滤光片6-3、LED灯源
6-4、黑色内筒6-5。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
参看图1-图3所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含检测器机体1、液晶显示屏2、主控制器3、颜色采集器4、按键5、传感器探头6；检测器机体1的内部设有主控制器3，检测器机体1的外侧设有液晶显示屏2，检测器机体1的顶部设有颜色采集器4和按键5；所述的颜色采集器4的外部设有传感器探头6；所述的颜色采集器4、按键5与主控制器3连接，主控制器3与液晶显示屏2连接。
所述的传感器探头6由黑色外壳6-1、透明平板玻璃6-2、散射滤光片6-3、LED灯源6-4、黑色内筒6-5构成；黑色外壳6-1的内部设有透明平板玻璃6-2，透明平板玻璃6-2与黑色外壳6-1的上部之间设有黑色内筒6-5，黑色内筒6-5与黑色外壳6-1的两侧壁之间设有散射滤光片6-3；所述的颜色采集器4设置在黑色内筒6-5内；所述的LED灯源6-4设置在散射滤光片6-3的上部。
所述的主控制器为单片机3，如：STC89LE52，但不限于此型号其特征在于体积较小，便于携带。
所述的颜色采集器4为颜色传感器，如：TCS3414，但不限于此型号。
所述的液晶显示屏2为LCD液晶显示屏，如：LCD1286，但不限于此型号。
本具体实施方式的工作原理：当按下开始检测的控制按键5后，检测仪开始工作，颜色采集器4进行颜色的数据信号采集，并将采集到的颜色的RGB值存储在自带的寄存器中，STC89LE52单片机读取TCS3414颜色采集器4中对应寄存器的RGB值，并对读取到的RGB值进行处理，包括：将RGB值转换成XYZ颜色空间相应的值，再转换到Lab值；计算色调角h值；将此色调角值代入成熟度模型中计算出最终的成熟度等级；最后将成熟度等级显示在LCD12864液晶显示屏2上。
由于STC89LE52单片机具有36个I/O接口，足够满足TCS3414的4个I/O接口、LCD12864的12个I/O接口和按键的一个I/O接口的接口需求。本设计的主要计算在于，将RGB颜色值到XYZ三刺激值的转换，再及Lab值的转换，进而进行色调角h的计算，最终通过色调角计算出香蕉的成熟度等级，涉及到的都是基本运算，故STC89LE52单片机的计算能力也足够。由上所述，主控制器STC89LE52单片机能满足硬件需求。
颜色采集器4中TCS3414颜色传感芯片能够准确地测量出不同光强下的色度，并以16位分辨率输出，该器件拥有集8*2阵列的光学滤光片，模拟数字转换器和控制功能于一身的CMOS集成电路，16个光学滤光片中，有4个红色滤光片，4个绿色滤光片，4个蓝色滤光片和4个全通滤光片。
由三原色感应原理可知,如果知道构成各种颜色的三原色的值,就能够知道所测试物体的颜色，对于TCS3414来说,当选定一个颜色滤光片时,它只允许某种特定的原色通过,阻止其他原色通过。例如:当选择红色滤光片时,入射光中只有红色可以通过,蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理,选择其他的滤光片,就可以得到相应颜色光的光强，通过这三个RGB颜色值,便可以分析反射到TCS3414传感器上的光的颜色。
测量物体表面颜色RGB值的过程中，在其他条件相同的情况下，光源照射强度对测量值有很大的影响，要实现同一物体表面颜色的重复性测量，光源照射条件需稳定一致，由于自然光源是不断变化的，故不能选择自然光源因此，选用4颗白色LED灯源6-4作为照明光源，通过黑色外壳6-1与外界自然光源隔开，以免外界光源对测量结果的影响。
物体三刺激值(tristimulus values)是物体表面引起人体视网膜对某种颜色感觉的三种原色的刺激程度之量的表示，在三色系统中，用X(红原色刺激量)、Y(绿原色刺激量)和Z(蓝原色刺激量)表示，三刺激值的计算是根据物体的光谱特性、CIE标准照明体及标准观察者函数来计算。
要实现RGB值到XYZ值的准确转换，即实现转换出的XYZ值与测量得到的RGB值表示同一颜色(无色差)，需要对设计中LED照明光源下的颜色传感器进行特征化，即找到一个矩阵模型，本设计中采用多项式建模的方法对颜色传感器进行特征化，用公式表示为：H＝MP，其中P为输入矩阵，M为3*m的转换矩阵(m为多项式项数)，H为输出矩阵。当项数为3时，公式可表示如下：
具体做法是借助GretagMacbeth 240ColorCheck色卡，并通过归化求解的方法求出矩阵M。
首先计算出240色卡中每个色块的XYZ值，计算公式如下：
其中S(λ)为光源的相对光谱功率分布(可用光谱辐射度计测量得到)，Ri(λ)为240色卡中每个色块的光谱反射率(可用分光光度计测量得到)，x(λ)、y(λ)、z(λ)为光谱色三刺激值，2°视场时为CIE1931XYZ系统的标准观察者，10°视场时为CIE1964XYZ系统的标准观察者。本设计中选择2°视场。要得到上式中的K值，则要根据光源的Y＝100利用下式进行反算
Y＝K∑S(λ)y(λ)
再将计算得到的240色卡中每个色块的XYZ值转换成Lab值，便于计算色差，转换公式如下：
其中
在得到240色卡中每个色块的Liaibi值后(此为真实Liaibi值,记为L1ia1ib1i)，可以随机初始化一个转换矩阵M，本设计中多项式项数选用20项，即m＝20，故M为3*20矩阵。输入项矩阵P也为20项，具体如下：[1 R G B RR GG BB RG RB GB RRR GGG BBB RRG RRB GGRGGB BBR BBG RGB]，输入矩阵P为以上行向量的转置。
初始化矩阵M后便可以得到240色卡中每个色块XYZ的预测值，再根据以上计算Lab值的公式计算出240色卡中每个色块Lab值的预测值，记为L2ia2ib2i。再根据以下色差公式计算出预测值与实际值的色差，
应用归化求解方法对系数矩阵M的值进行优化，当达到色差最小时即所需要的系数转换矩阵。
找到系数矩阵M后便可以对任意检测到的RGB颜色值进行转换，并最终得到颜色对应的Lab值，通过计算色调角h，再带入到成熟度模型公式便能够得到相应的香蕉成熟度等级。
采用上述结构后，本具体实施方式有益效果为：本具体实施方式所述的一种便携式香蕉成熟度检测仪，通过香蕉成熟过程中颜色的变化来进行香蕉成熟度的检测，用颜色采集器实现香蕉颜色的精确测量，可降低香蕉成熟度检测仪的制作成本，达到轻便可随身携带的效果，且具有结构简单、体积小、制作成本低等优点。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种便携式香蕉成熟度检测仪，其特征在于：包含检测器机体、液晶显示屏、主控制器、颜色采集器、按键、传感器探头；检测器机体的内部设有主控制器，检测器机体的外侧设有液晶显示屏，检测器机体的顶部设有颜色采集器和按键；所述的颜色采集器的外部设有传感器探头；所述的颜色采集器、按键与主控制器连接，主控制器与液晶显示屏连接；传感器探头由黑色外壳、透明平板玻璃、散射滤光片、LED灯源、黑色内筒构成；黑色外壳的内部设有透明平板玻璃，透明平板玻璃与黑色外壳的上部之间设有黑色内筒，黑色内筒与黑色外壳的两侧壁之间设有散射滤光片；所述的颜色采集器设置在黑色内筒内；所述的LED灯源设置在散射滤光片的上部；主控制器为单片机；颜色采集器为颜色传感器；液晶显示屏为LCD液晶显示屏；
采用多项式建模的方法对颜色传感器进行特征化，用公式表示为：H＝MP，其中P为输入矩阵，M为3*m的转换矩阵，m为多项式项数，H为输出矩阵，当项数为3时，公式表示如下：
借助GretagMacbeth 240 ColorCheck色卡，并通过归化求解的方法求出矩阵M：
首先计算出240色卡中每个色块的XYZ值，计算公式如下：
其中S(λ)为光源的相对光谱功率分布，Ri(λ)为240色卡中每个色块的光谱反射率，x(λ)、y(λ)、z(λ)为光谱色三刺激值，2°视场时为CIE1931XYZ系统的标准观察者，10°视场时为CIE1964XYZ系统的标准观察者，要得到上式中的K值，则要根据光源的Y＝100利用下式进行反算
Y＝KΣS(λ)y(λ)
再将计算得到的240色卡中每个色块的XYZ值转换成Lab值，便于计算色差，转换公式如下：
其中
在得到240色卡中每个色块的Liaibi值后，随机初始化一个转换矩阵M，多项式项数选用20项，即m＝20，故M为3*20矩阵，输入项矩阵P也为20项，具体如下：
[1R G B RR GG BB RG RB GB RRR GGG BBB RRG RRB GGR GGB BBR BBG RGB]，输入矩阵P为以上行向量的转置；
初始化矩阵M后得到240色卡中每个色块XYZ的预测值，再计算Lab值的公式计算出240色卡中每个色块Lab值的预测值，记为L2ia2ib2i，再根据以下色差公式计算出预测值与实际值的色差，
应用归化求解方法对系数矩阵M的值进行优化，当达到色差最小时即所需要的系数转换矩阵；找到系数矩阵M后对任意检测到的RGB颜色值进行转换，并最终得到颜色对应的Lab值，通过计算色调角h，再带入到成熟度模型公式得到相应的香蕉成熟度等级。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yan Xu Inventor after: Cui Guihua Inventor after: Liu Xiaobo Inventor after: Li Changjun Inventor after: Ruan Xiukai Inventor after: Cai Qibo Inventor before: Yan Xu Inventor before: Liu Xiaobo Inventor before: Cui Guihua Inventor before: Li Changjun Inventor before: Ruan Xiukai Inventor before: Cai Qibo |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20160525 Assignee: WENZHOU JINGCAI OPTOELECTRONICS Co.,Ltd. Assignor: Wenzhou University Contract record no.: X2020330000083 Denomination of invention: A portable banana maturity detector Granted publication date: 20190212 License type: Common License Record date: 20201028 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190212 |
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