CN106871570B - 一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置，该系统包括冷藏室、多光谱成像系统、电控滑轨、若干食物存储盒、湿度控制模块、中央控制模块、通讯模块、触屏显示器、主控计算机；所述冷藏室包括箱体和箱门；所述多光谱成像系统包括光源、镜头、滤光片轮、多光谱成像单元。本发明装置使用单个多光谱成像单元就实现了冰箱分层的冷藏室内多种食物的状态检测，创造性地克服了冰箱内食物成像检测只能针对单层作面成像的局限性，避免了要使用多个光谱成像单元作检测所带来的高昂成本和空间浪费，为光谱成像检测食物新鲜度等状态的技术应用到冰箱提供了切实可行的途径。

Description

一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的 装置

技术领域

本发明涉及冰箱冷藏室装置，尤其涉及一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置。

背景技术

光谱图像包含着丰富的图像空间信息以及光谱信息，对物体众多指标的检测具有快速、无损的特点。相比使用气味传感器的灵敏度低、提供信息少以及检测对象模糊等局限性，以光谱成像技术作为食物的检测技术，具有能够快速识别食物种类、数量以及对应的新鲜度分布等优点。近年来，越来越多的基于光谱成像探测技术研究食物的新鲜度的方法上的成果陆续发表，尤其是针对果蔬、肉类等食物的新鲜度检测，显示出了光谱成像技术在食物新鲜度检测领域有着广阔而光明的应用前景。然而，发明合适的冰箱冷藏系统装置以更好地应用光谱成像检测食物新鲜度的技术，却鲜有成果提及。

由于对冰箱的占地面积和空间利用等方面的要求，冰箱一般是分层储存多种食物，并且由于光谱成像探测仪器成本价格较高以及需要占用一定空间，因此，应用多个光谱成像探测仪器去检测冰箱各层的食物新鲜度的系统设计会大大降低冰箱的性价比。因此，鉴于单个光谱成像探测单元具有只能对单面单层成像的局限性，设计一种能只使用单个光谱成像探测仪器自动检测冰箱内多种食物新鲜度等状态的冰箱冷藏系统装置成为了将光谱成像检测食物新鲜度技术应用到冰箱上的一个关键。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置，该装置包括冷藏室、多光谱成像系统、电控滑轨、若干食物存储盒、湿度控制模块、中央控制模块、通讯模块、触屏显示器、主控计算机；所述冷藏室包括箱体和箱门；

所述多光谱成像系统包括光源、镜头、滤光片轮、多光谱成像单元，所述多光谱成像单元与镜头连接，所述镜头和光源均置于冷藏室内顶部，镜头下方设有滤光片轮；所述滤光片轮根据各种食物新鲜度检测所需的特征波长旋转采用相应的滤光片，所述多光谱成像单元用于采集食物在特征波长下的光谱图像；

所述电控滑轨置于冷藏室内，包括上水平电控滑轨、下水平电控滑轨、左竖直电控滑轨、右竖直电控滑轨；其中上、下水平电控滑轨使食物存储盒能够在水平移动，左、右竖直电控滑轨使食物存储盒能够作上下移动；

所述食物存储盒分两层安装在上、下水平电控滑轨上，其中一层的食物存储盒数量比另一层多一个，以提供食物作位置移动的空间；

所述湿度控制模块置于冷藏室内，用于在多光谱成像系统工作前调控冷藏室的整体湿度，使多光谱成像系统的镜头不会有水雾，能对食物作正常清晰的成像检测；

所述中央控制模块用于控制食物新鲜度成像检测工作的定时开始，控制检测过程中系统各模块的协调工作以及信息交互；

所述通讯模块用于将光谱图像信息及数据传输给主控计算机，及接收主控计算机传输回来的食物的种类、数量和新鲜度等信息；

所述主控计算机用于接收冰箱的通讯模块传输的各种食物的光谱图像信息，经过处理分析后，将食物的种类、数量及其新鲜度等信息传输回冰箱的通讯模块；

所述触屏显示器安装连接在冷藏室的箱门外侧，用于显示通讯模块传输回来的不同食物存储盒内的食物种类、数量和新鲜度等信息，以此为用户选择食物、补充采购和处理腐败食物提供参考信息。

进一步地，所述食物存储盒左、右、后三个侧面有与电控滑轨接触的凹槽，食物存储盒的三个凹槽上有相互连接的接触传感器，正常状态下，食物存储盒的一个凹槽与一条电控滑轨接触，接触传感器检测到食物存储盒的另一个凹槽与另一条电控滑轨接触时，原来接触的凹槽与电控滑轨将会脱离，使食物存储盒能够在水平与竖直的移动中相互变换。

进一步地，所述食物存储盒在电控滑轨上的移动方法可以采用传送带移动、磁悬浮移动或轮子移动等方法。

进一步地，所述主控计算机的处理分析方法如下：通过图像识别得到食物种类，通过图像处理计算得到的盒内空白区域所占面积比例从而得到食物的数量，通过对食物光谱图像的数据提取结合食物的新鲜度数学模型统计得到食物的新鲜度。

本方案的有益效果在于：

1、本发明装置使用单个多光谱成像单元就实现了冰箱分层的冷藏室内多种食物的状态检测，创造性地克服了冰箱内食物成像检测只能针对单层作面成像的局限性，避免了要使用多个光谱成像单元作检测所带来的高昂成本和空间浪费，为光谱成像检测食物新鲜度等状态的技术应用到冰箱提供了切实可行的途径。

2、本发明装置使用光谱成像技术对冰箱内多种食物进行数量、种类、新鲜度的检测，具有快速、准确、无损、多功能的特点。

3、本发明装置的位移平台使得食物进行光谱成像时可以使用线扫描的方式，相比面扫描的方式，镜头离食物的距离可以更近，从而节约了所需的冰箱空间。

4、本发明装置采用安装连接在冰箱冷藏室的箱门外侧的触屏显示器反馈不同食物存储盒内的食物种类、数量和新鲜度分布等信息，方便用户选择食物、及时处理腐败食物以及对量少或不够新鲜的食物进行补充。

附图说明

图1为本发明装置内部结构示例图；

图2为本发明装置正视示例图；

图3为本发明装置侧后视示例图；

图4为本发明装置的模块关系示例图；

图5为本发明装置的食物存储盒位置标记示意图；

图6为本发明装置的食物存储盒示例图；

图中，箱体1、冷藏室2、光源3、镜头4、滤光片轮5、多光谱成像单元6、上水平电控滑轨7、下水平电控滑轨8、左竖直电控滑轨9、右竖直电控滑轨10、食物存储盒11、湿度控制模块12、箱门13、触屏显示器14、中央控制模块15、通讯模块16、主控计算机17、凹槽18、接触传感器19。

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详细说明。

如图1-6所示，本发明提供的一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置，该装置包括冷藏室2、多光谱成像系统、电控滑轨、若干食物存储盒11、湿度控制模块12、中央控制模块15、通讯模块16、触屏显示器14、主控计算机17；所述冷藏室2包括箱体1和箱门13；

所述多光谱成像系统包括光源3、镜头4、滤光片轮5、多光谱成像单元6，所述多光谱成像单元6与镜头4连接，所述镜头4和光源3均置于冷藏室2内顶部，镜头4下方设有滤光片轮5；所述滤光片轮5根据各种食物新鲜度检测所需的特征波长旋转采用相应的滤光片，所述多光谱成像单元6用于采集食物在特征波长下的光谱图像；

所述电控滑轨置于冷藏室2内，包括上水平电控滑轨7、下水平电控滑轨8、左竖直电控滑轨9、右竖直电控滑轨10；其中上、下水平电控滑轨使食物存储盒11能够在水平移动，左、右竖直电控滑轨使食物存储盒11能够作上下移动；

所述食物存储盒11分两层安装在上、下水平电控滑轨上，其中一层的食物存储盒11数量比另一层多一个，以提供食物作位置移动的空间；

所述湿度控制模块12置于冷藏室2内，用于在多光谱成像系统工作前调控冷藏室2的整体湿度，使多光谱成像系统的镜头不会有水雾，能对食物作正常清晰的成像检测；

所述中央控制模块15用于控制食物新鲜度成像检测工作的定时开始，控制检测过程中系统各模块的协调工作以及信息交互；

所述通讯模块16用于将光谱图像信息及数据传输给主控计算机17，及接收主控计算机17传输回来的食物的种类、数量和新鲜度等信息；

所述主控计算机17用于接收冰箱的通讯模块16传输的各种食物的光谱图像信息，经过处理分析后，将食物的种类、数量及其新鲜度等信息传输回冰箱的通讯模块16；

所述触屏显示器14安装连接在冷藏室2的箱门13外侧，用于显示通讯模块16传输回来的不同食物存储盒内的食物种类、数量和新鲜度等信息，以此为用户选择食物、补充采购和处理腐败食物提供参考信息。

进一步地，所述食物存储盒11左、右、后三个侧面有与电控滑轨接触的凹槽18，食物存储盒11的三个凹槽18上有相互连接的接触传感器19，正常状态下，食物存储盒11的一个凹槽18与一条电控滑轨接触，接触传感器19检测到食物存储盒11的另一个凹槽与另一条电控滑轨接触时，原来接触的凹槽18与电控滑轨将会脱离，使食物存储盒11能够在水平与竖直的移动中相互变换。

进一步地，所述食物存储盒11在电控滑轨上的移动方法可以采用传送带移动、磁悬浮移动或轮子移动等方法。

进一步地，所述主控计算机的处理分析方法如下：通过图像识别得到食物种类，通过图像处理计算得到的盒内空白区域所占面积比例从而得到食物的数量，通过对食物光谱图像的数据提取结合食物的新鲜度数学模型统计得到食物的新鲜度。

本发明装置的具体工作过程结合如下实施例作进一步具体说明：

如图5所示，本示例提供的装置的上下两层水平电控滑轨一共有8个供食物存储盒移动的位置(记为位置w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8)，正常状态下，滑轨上的7个位置上都有1个食物存储盒，其中位置8空缺，以提供食物存储盒位移的空间。7个食物存储盒分别装有苹果、胡萝卜、白菜、西红柿、猪肉、牛肉和羊肉。

装置的中央控制模块定时于每天上午6:00对冰箱冷藏室的所有食物存储盒中的食物进行每天一次的新鲜度检测，首先多光谱成像系统开始上电，进行光谱图像采集工作。电控滑轨、食物存储盒也开始上电工作，使在位置w4的食物存储盒沿右竖直电控滑轨向下移动至位置w8，在位置w3的食物存储盒沿上水平电控滑轨向右移动至位置w4，在位置w2的食物存储盒沿上水平电控滑轨向右移动至位置w3，在位置w1的食物存储盒沿上水平电控滑轨向右移动至位置w2，在位置w5的食物存储盒沿左竖直电控滑轨向上移动至位置w1，在位置w6的食物存储盒沿下水平电控滑轨向左移动至位置w5，在位置w7的食物存储盒沿下水平电控滑轨向左移动至位置w6，至此每个食物存储盒进行了1次位置运动，如此下去，每个一共进行8次位置移动，每个食物存储盒都重新回到了原来的位置。每个食物存储盒凹槽上的接触传感器检测到食物存储盒的另一个凹槽与另一条电控滑轨接触时，原来接触的凹槽与电控滑轨将会脱离，实现水平移动与竖直移动的变换。这样的位置平移变换运动连续进行，可以使每个食物存储盒都能经过多光谱成像系统的镜头对应的上层区域。

在食物存储盒进行一圈位置移动的同时，每个导板上的食物存储盒都被冰箱冷藏室顶层的多光谱成像系统以线扫描的方式采集光谱图像。在每个食物存储盒进行光谱图像采集的过程中，中央控制模块会根据运动位置变动情况以及食物存储盒内的食物种类匹配该食物新鲜度检测所需的特征波长信息，并发送给多光谱成像系统。多光谱成像系统根据所需特征波长转动滤光片轮进行对应波长的光谱图像采集。

采集的光谱图像会由中央控制模块经过通讯模块发送给主控计算机，主控计算机在进行图像校正处理后，根据各种食物的光谱图像匹配相应的新鲜度数学模型，绘制光谱曲线，得出图像各部分的食物新鲜度数值结果。主控计算机将标有食物新鲜度数值结果的食物存储盒内的食物分布图像，经通讯模块发给冰箱冷藏室门外侧的触屏显示器。

用户可以从冰箱冷藏室门外侧的触屏显示器上的带有新鲜度数值显示的食物分布图像看到今天食物的新鲜度情况，选择合适的食物以及处理腐败食物，并可以根据不同食物存储盒内的图像中的空白区域情况判断是否需要对量少或不够新鲜的食物进行采购补充。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方案实施本发明。因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置，其特征在于：该装置包括冷藏室(2)、多光谱成像系统、电控滑轨、若干食物存储盒(11)、湿度控制模块(12)、中央控制模块(15)、通讯模块(16)、触屏显示器(14)、主控计算机(17)；所述冷藏室(2)包括箱体(1)和箱门(13)；

所述多光谱成像系统包括光源(3)、镜头(4)、滤光片轮(5)、多光谱成像单元(6)，所述多光谱成像单元(6)与镜头(4)连接，所述镜头(4)和光源(3)均置于冷藏室(2)内顶部，镜头(4)下方设有滤光片轮(5)；所述滤光片轮(5)根据各种食物新鲜度检测所需的特征波长旋转采用相应的滤光片，所述多光谱成像单元(6)用于采集食物在特征波长下的光谱图像；

所述电控滑轨置于冷藏室(2)内，包括上水平电控滑轨(7)、下水平电控滑轨(8)、左竖直电控滑轨(9)、右竖直电控滑轨(10)；其中上、下水平电控滑轨使食物存储盒(11)能够在水平移动，左、右竖直电控滑轨使食物存储盒(11)能够作上下移动；

所述食物存储盒(11)分两层安装在上、下水平电控滑轨上，其中一层的食物存储盒(11)数量比另一层多一个，以提供食物作位置移动的空间；

所述湿度控制模块(12)置于冷藏室(2)内，用于在多光谱成像系统工作前调控冷藏室(2)的整体湿度，使多光谱成像系统的镜头不会有水雾，能对食物作正常清晰的成像检测；

所述中央控制模块(15)用于控制食物新鲜度成像检测工作的定时开始，控制检测过程中系统各模块的协调工作以及信息交互；

所述通讯模块(16)用于将光谱图像信息及数据传输给主控计算机(17)，及接收主控计算机(17)传输回来的食物的种类、数量和新鲜度信息；

所述主控计算机(17)用于接收冰箱的通讯模块(16)传输的各种食物的光谱图像信息，经过处理分析后，将食物的种类、数量及其新鲜度信息传输回冰箱的通讯模块(16)；

所述触屏显示器(14)安装连接在冷藏室(2)的箱门(13)外侧，用于显示主控计算机(17)通过通讯模块(16)传输回来的不同食物存储盒内的食物种类、数量和新鲜度信息，以此为用户选择食物、补充采购和处理腐败食物提供参考信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置，其特征在于：所述食物存储盒(11)左、右、后三个侧面有与电控滑轨接触的凹槽(18)，食物存储盒(11)的三个凹槽(18)上有相互连接的接触传感器(19)，正常状态下，食物存储盒(11)的一个凹槽(18)与一条电控滑轨接触，接触传感器(19)检测到食物存储盒(11)的另一个凹槽与另一条电控滑轨接触时，原来接触的凹槽(18)与电控滑轨将会脱离，使食物存储盒(11)能够在水平与竖直的移动中相互变换。

3.根据权利要求1所述的一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置，其特征在于：所述食物存储盒(11)在电控滑轨上的移动方法采用传送带移动、磁悬浮移动或轮子移动方法。

4.根据权利要求1所述的一种基于单个多光谱成像单元检测冷藏室内多种食物状态的装置，其特征在于：所述主控计算机的处理分析方法如下：通过图像识别得到食物种类，通过图像处理计算得到盒内空白区域所占面积比例从而得到食物的数量，通过对食物光谱图像的数据提取结合食物的新鲜度数学模型统计得到食物的新鲜度。