CN105874318B - 一种测量谷物光泽的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量谷物、特别是稻谷的光泽度的方法和装置。在一个实施方式中，该方法包括通过发光装置（13）将光束发射到谷物表面；在感应位置相对于发光装置（13）而对齐感光装置（11），感应由谷物表面在感光装置（11）的方向上反射的发光装置（13）的光束；通过感应反射光束的感光装置（11）捕捉谷物表面的光度图像；对所捕捉光度图像的多个图像元素分配强度值，其中光度图像由多个图像元素构成；通过处理单元量化在预定强度范围内的反射光束；针对每一个预定范围，累积具有一定强度值的图像元素数量，在某个范围内，累积为密度值，并给每个范围分配对应的密度值；通过处理单元为预定范围的密度值捕捉散播值，其中散播值通过测量预定范围的强度值偏差而捕捉；以及将质量表面测量参数分配给所捕捉的光度图像，其中表面测量参数可评价散播值。

Description

一种测量谷物光泽的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种测量谷物、特别是稻谷的光泽的方法，且还涉及用于确定谷物、特别是稻谷的光泽的装置。

背景技术

抛光的谷物(如稻米)，其镜面光泽度，也即反光度，在谷物研磨工业中是重要的质量参数。所获表面或者谷物表面的光泽代表了所获得的研磨质量。光泽度的现有技术评估基于目测而人工完成，因此对于评估者的感知来说是主观的。此外，光泽度的人工评估仅能分批完成，特别是随机样本，导致对于工业处理谷物的光泽度的不可复制的评估。

一般来说，难以评判种类繁多的不同质量的谷物特别是稻谷的质量，如，评估为高级质量或者低级质量。质量的评估，如稻谷光泽，基于个人判断确定，这种个人判断至少需要两个样本进行比较。在缺乏得到科学观点支持的任意方法的情况下，因此产生的稻谷通常会倾向于在质量上是不规则的，并且这常常是关注的对象。

光泽度是光学性质，描述了表面将光反射到反射方向的能力。影响光泽度的因素是材料的折射率、入射光角度以及表面形态。

光泽度是描述谷物视觉外观的因素之一。具有光滑表面的谷物看起来是有光泽的。具有粗糙表面的谷物反射较少的反射光并看起来暗淡。因此测量谷物光泽度性质是评估谷物表面质量光泽度的一种方法。

光泽度的表现取决于包括照明角度、表面条件和观察者特点的多种参数。

已知使用光泽度计或者类似装置来测量反光度，理想地用于纸、漆和塑料。这些仪表通常适于具有平整表面的产品。

在缺少任意界定标准和得到科学观点支持的方法的情况下，由此生产的谷物，特别是稻谷，常常会倾向于在质量上是无规律的，并且这通常是关注的对象。

因此本领域中需要一种方法来确定谷物特别是稻谷的光泽度，其可以用作特别是精米谷物质量的客观评估的基础。

此外，大量处理稻谷的当代工厂，特别是碾米机，依赖对谷物质量、如谷物光泽度的连续监测。此外，基于处理的谷物而控制谷物厂的过程控制对于最大化所处理谷物的经济价值来说是有益的。

发明内容

本发明提供了一种测量谷物、特别是稻谷的光泽度的方法，通过发光装置将光束投射到谷物表面。感光装置在感应位置相对于发光装置对齐，感应在感光装置方向上谷物表面所反射的、由发光装置发出的光束。感光装置经由感光装置感应所反射的光束而捕捉到谷物表面的光度图像。对于所捕捉光度图像的多个图像元素，分配强度值。光度图像由多个图像元素构成，且所反射的光束通过处理单元于预定的强度范围中量化。对于每个预定范围累积，并将对应的密度值分配给每个范围，并通过处理单元为预定范围的密度值捕捉散播值。散播值通过测量预定范围密度值的偏差而捕捉。质量表面测量参数被分配给所捕捉的光度图像，其中表面测量参数是对散播值的测量。

优选地，基于所测的表面测量参数，生成了基于测量的表面测量参数的输出信号，其中输出信号用于控制处理谷物的谷物磨机的一个或多个处理步骤。

优选地，散播值是对所捕捉图像预定范围的密度值与平均图像元素密度值的离散/偏差的测量，也被称为标准偏差。

优选地，感光装置是光度计、数字相机或者光度传感器。

优选地，光度图像被分解为多个图像元素，如像素。

优选地，该方法进一步包括在某个范围内诱发具有强度值的图像元素，并为强度的每个预定范围分配密度值，其中密度值对应于具有特定范围内强度值的累积数量的图像元素。

优选地，发光装置在谷物表面指定角度下所反射的光提供了反射性质的信息，即谷物表面的质量，即谷物表面的镜面光泽度或者反光度。

光泽度是一种术语，用于界定出表面在反射方向上反射光的光学性质。影响光泽度的因素是材料的折射率、入射光角度和表面形态。因此，利用指定角度下对谷物上光反射的测量，可以评估表面形态，如谷物光泽。

所捕捉的光度图像继而通过处理单元处理，图像处理算法和散播值确定出光泽程度。散播值越高，光泽度越高。那意味着更高的偏差，如标准偏差，表示更高的光泽程度。本文中使用标准偏差来显示存在多大的相对于平均(均值)像素强度的变化或者离散。低标准偏差表示，光度图像中的像素强度倾向于非常靠近均值，而高标准偏差表示，光度图像中的像素强度扩散到较大值范围上。标准偏差所具有的优势在于，它从代数上来说是简单的，因此处理单元只需要很低的计算能力来处理光度图像。使用平均绝对偏差，也就是绝对偏差的平均值，所具有的优势在于这是一种非常稳健的方法。为了将谷物样本传送到测量部，可提供具有透明窗口的通道(如管)，以允许感光装置(即数码相机)从通道外侧为谷物照相。

根据一种实施方式，捕捉到了多个光度图像。那可以帮助得到一种更为可靠的谷物表面质量评估结果，即谷物、特别是稻谷的光泽度。如果发光装置和感光装置相对于彼此移位和/或相对于谷物的位置而移位，可以获得关于从谷物表面所反射的光的不同情况。如果这种光度图像独自分析，或者相组合而分析，这相对于谷物光泽度来说导致更为显著的结果。使用多个光度图像并利用相对于所测量谷物不同位置的感光装置或者发光装置，得以通过分析镜面反射随着反射角改变而作出的改变来评估光泽度。在本发明中，发光装置，即相机和感光装置放置在特定角度上。它们不会相对移位。所有图像都在相同的特定角度下捕捉。

根据当前实施方式，光度图像是数码单色图像。

光度图像的另一个实施方式是彩色图像。标准偏差针对至少一种颜色通道而执行，如RGB图像的红色和/或绿色和或蓝色通道。

在当前实施方式中，偏差执行为灰色光度图像。对于谷物的一些种类的光度性质，谷物反光性能取决于待反射或者从谷物散发出来的光的波长。满足了这种效果，可以在根据本发明的方法中得以执行，以利用在一些确切有限波长范围中的光来照亮谷物，或者过滤图像以提取或者删除波长。过滤图像的一种实施方式是通过使用选择性的感光装置或者处理单元所执行的算法。过滤光度图像的另一种实施方式是特殊发光装置，其仅在限定的波长范围之内发光。也可以为发光装置提供滤光器来滤去一些光波长。优选地，发光装置包括作为发光手段的白色LED，并且不使用特定波长或者过滤器。

根据一种实施方式，图像至少两种颜色通道的标准偏差组合起来，以确定光泽程度。有些时候，像素强度的提取或者它们不同颜色的偏差在谷物光泽度上提供了更为显著的信息。用于不同颜色的这些光度图像也可以在不同时间或者不同角度获取，如，利用独立的感光装置(即相机)针对颜色进行，以让每种颜色具有优化的图像获取角度。

根据一种实施方式，在获取图像的步骤中，放置至少一个发光装置以将光聚集在照亮测量区的谷物上，这些光从谷物反射到感光装置(即相机)上。额外的发光装置提高了指定的光线情况。光的颜色可通过提供的发光装置自身或者发光装置上的过滤器来改变。谷物照明角度可以通过将发光装置放在所选择位置上而选择。另外，光可以与感光装置同步。闪光灯可用于仅在需要的时候提供明亮的高对比度光线。

根据一个实施方式，在照亮测量区中心，到感光装置(即相机)的方向以及到发光装置的方向包括120°到150°的角度。在一系列的实验中已经发现，当发光装置相对于感光装置(即相机)而设置的时候，优化的光度图像是可以得到的，这样光从发光装置以相对较小的锐角辐射到谷物上，并从谷物上反射或者发射到感光装置(即相机)上。由此谷物起到某种镜子的作用。因此感光装置(即相机)比如以15°到30°的角度朝向测量部分处谷物样本的传送方向取向，而发光装置比如以5°到20°的角度朝向传送方向取向。这得以实现130°到160°的角。

根据一种实施方式，样本谷物在获取光度图像期间传送。当边传送谷物边获取图像的时候，可以获得对光泽度的恒定测量，如，粮厂中谷物抛光之后在线进行。因此，传送系统不需要停止来获取光度图像，谷物也不用引导出传送系统来获得光度图像。在光泽度测量和谷物质量评估期间，谷物物流能力因此得以保持在高水准。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定谷物光泽度的装置，该装置包括：提供谷物的通道，将光辐射到谷物上的发光装置，以及捕捉谷物图像的感光装置，其中还提供了图像处理单元来生成直方图，以图像中发现的每个不同强度值显示出图像中的像素数，从而由直方图计算偏差，并基于所计算的偏差确定谷物光泽度。在照亮测量区的中心，到相机的方向以及到发光装置的方向包括如130°到160°的角度。感光装置(即相机)比如与传送方向夹角为15°到30°而取向，而发光装置比如与传送方向夹角为5°到20°而取向。

根据一个实施方式，提供镜子来将发光装置所发出的光线从谷物样本反射到感光装置(如相机)，或者将光从发光装置反射到谷物样本。通过这种措施，关于光线相对于感光装置定位的灵活性得以实现。感光装置可以定位在发光装置旁边，而镜子与它们相对。光线继而先从发光装置照到谷物上。从谷物上，所反射或者发射的光继而照在镜子上，然后由此反射回到感光装置(如相机)。感光装置和光线由此也可以构建为具有电力的一个单元。这对于简化装置来说是有帮助的。

根据本发明的确定谷物光泽的方法和装置允许量化谷物的光泽度(分别地反光度)，特别是通过创新光学装置。由谷物碾磨工评估谷物的人工过程得以取代。该方法和装置提供了更为客观以及更为精确的光泽效果测量。此外，新方法可以提供对谷物质量的连续监测，而不会影响谷物传送。该方法和装置提供了数值形式的光泽度量化。那更为容易地传播与谷物质量、特别是光泽度有关的信息。该装置旨在成为谷物抛光系统的一个部分，或者在谷物传送中坐落于抛光系统的下游。谷物抛光系统的操作者使用谷物的实际质量信息来帮助快速下决定。因此，谷物质量得以提高。此外，输出信号可以用作粮食加工厂的控制单元的操作信号。

附图说明

本发明某些示例实施方式的上述和其他方面、特征以及优点根据结合附图的以下说明将变得更为明显，其中：

图1为示意图，显示了根据本发明第一实施方式的确定谷物光泽度的装置，及

图2为示意图，显示了根据本发明第二实施方式的确定谷物光泽度的装置。

本领域技术人员可以理解，附图中的元件是出于简化和清楚而示出的，并且可能没有按照比例绘出。比如，附图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大，以帮助提高对本发明各种示例实施方式的理解。

所有附图中，应该注意到相同的附图标记被用于指定相同或者相似的元件、特征和结构。

具体实施方式

图1是示意图，显示了根据第一实施方式用于确定谷物5光泽度的装置1。通道3在图1中示出，具有竖直方向。谷物5通过通道3传送。谷物5的传送方向通过箭头示出。传送方向A被示为向下，也可以是其他方向。通道3可以实现为谷物5的主传送通道的旁路。这允许在通道3中提供谷物5的特殊流动条件，其适于测量谷物5的光泽度(相应地反光度)。所以在通道3中的谷物5传输速度可以比主要通道中更慢，或者可以在通道3中停止传送谷物5一小段时间，以捕捉谷物5的图像。

提供感光装置11，在这个实施方式中实现为数码相机，用于通道3中在谷物5上的聚焦，以获取谷物5的图像。在这个实施方式中，感光装置11位于通道3外侧。在第一实施方式中，感光装置11被引导到通道3上提供的照亮测量区15中的谷物上。照亮测量区15构建为透明的，允许感光装置11获取通道3内侧谷物5的图像。感光装置11定向为在与照亮测量区15中谷物流动方向A成15°到30°的α角的方向上聚焦。

提供发光装置13，以聚焦在通道3中的谷物5上，以提高照明条件来获取谷物5图像。在这个实施方式中，发光装置13位于通道3外侧。发光装置13指向照亮测量区15中的谷物5。发光装置13定位为在与照亮测量区15中谷物流动方向A成5°到15°的β角的方向上聚焦。因此，感光装置11的聚焦方向朝向发光装置13的聚焦方向，由此聚焦方向以130°到160°角交叉或者倾斜。

光线通过发光装置13投射到照亮测量区15中的谷物5上，并且从谷物向着感光装置11反射(相应地发射)。反射(相应地发射)的光线，来自谷物5也就是来自发光装置13，在图像获取装置11所形成的图像中被捕捉，并用于评估谷物5的的光泽度(相应地反光度)。

指定角度下，谷物5表面的发光装置13的光线的反射提供了与反射性能有关的信息，即谷物5表面的光泽度或者反光度。反射的光通过感光装置11于图像上捕捉。

两个要素主要对光泽度外观负责，即镜面反射(主要元素，其是相对于撞击它的光线的角度以相同和相反的方向从表面反射的光的数量)，以及漫反射(在一个方向范围上所散射的光数量)。具有更多的镜面反射的表面光泽度更高，而光泽度较低的表面，当光线从那里反射的时候散射更多。

相对于谷物5镜面光泽的评估来说，较为有意思的是亮度的分布，即发光装置13投射在谷物5上的光线反射而获得的图像的区域中的像素强度。

因此图像获取装置11包括或者连接到图像处理单元，以生成显示出在那个图像中发现的每个不同强度值的图像中像素数的直方图，从而由直方图计算偏差，特别是标准偏差或者平均绝对偏差，并基于所计算的偏差来确定谷物5的光泽度。

图2是示意图，显示了根据第二实施方式用于确定谷物5光泽度的装置1。在根据图2的实施方式中，窗口17提供了用于传送谷物5的邻近通道3，其在图2中水平对齐。提供镜子19来反射发光装置13所发出的光，穿过窗口17投射到谷物5上，并从谷物5上反射(相应地发射)。镜子19引导光线到图像获取装置11上，其在第二实施方式中实现为数码相机。

通过为镜子19提供更多的灵活度，相对于图像获取装置11定位发光装置13得以实现。在所示构造中，图像获取装置11通过窗口17获得了在谷物5上的直接垂直的视野，并且额外地捕捉来自发光装置13并经过谷物5和镜子19的光。那让谷物5的光泽度性能分析非常复杂。

为了获得谷物5镜面光泽的优化评估，发光装置13与窗口17成5°到15°角而定位，并且镜子19与其反射表面对齐，与图像获取装置11的方向成5°到15°的

角。

Claims (12)

1.一种测量谷物的光泽度的方法，该方法包括：

通过通道传送谷物；

通过发光装置向谷物表面发出光束；

在感应位置相对于发光装置对齐感光装置，感应在感光装置的方向上谷物表面所反射的发光装置的光束；

通过感应反射光束的感光装置来捕捉谷物表面的光度图像；

将强度值分配给所捕捉光度图像的多个图像元素，其中光度图像由多个图像元素构成；

通过处理单元将反射的光束量化到预定的强度范围中；

对于每个预定范围，累积具有强度值的图像元素数量，在一定范围内累积密度值并将对应的密度值分配给每个范围；

通过处理单元捕捉预定范围的密度值的散播值，其中散播值通过测量预定范围的密度值偏差而捕捉；及

将质量表面测量参数分配给所捕捉的光度图像，其中表面测量参数可评价散播值。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括基于所测量的表面测量参数生成输出信号，其中该输出信号可用于控制处理谷物的谷物研磨的一个或多个处理步骤。

3.根据权利要求1或2的方法，其中散播值可评价相对于平均图像元素密度值（标准偏差）的所捕捉图像预定范围密度值的离散／偏差。

4.根据权利要求1或2的方法，其中感光装置是光度计或者数码相机或者光度传感器。

5.根据权利要求1或2的方法，进一步包括将光度图像分散为多个图像元素。

6.根据权利要求1或2的方法，进一步包括在某个范围内诱发具有强度值的图像元素，并为预定范围强度的每个分配一个密度值，其中密度值对应于具有特定范围之中强度值的图像元素累积数量。

7.一种用于确定谷物光泽度的装置，该装置包括：

一个在传送方向上提供谷物的通道，该通道包括一个照亮测量区；

发光装置，对谷物表面发出光束；

感光装置，相对于发光装置位于感应位置上，感应由谷物表面反射的在感光装置方向上的发光装置的光束，以通过感应反射光束的感光装置捕捉谷物表面的光度图像；及

处理单元，将强度值分配给所捕捉光度图像的多个图像元素，其中光度图像由多个图像元素构成，并计算偏差，且基于所计算偏差确定谷物光泽度。

8.根据权利要求7的装置，其中在照亮测量区中心处，到感光装置的方向以及到发光装置的方向包括130°到160°的角。

9.根据权利要求7或8的装置，其中感光装置与传送方向成15°到30°的角而定位。

10.根据权利要求7或8的装置，其中发光装置与传送方向成5°到20°的角而定位。

11.根据权利要求7或8的装置，其中提供镜子来反射发光装置发出的从谷物样本到感光装置的光，或者将来自发光装置的光反射到谷物样本。

12.根据权利要求7或8的装置，其中处理单元包括输出模块，用于生成基于偏差的输出信号，输出信号可用于控制粮食加工厂或者粮食加工厂的设备。

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