CN110954579B - 果蔬成分含量测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了果蔬成分含量测量方法和系统，涉及计算机技术领域。该方法的一具体实施方式包括：根据检测目标果蔬的指令，按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，接收至少一个发射信号对应的返回信号；根据至少一个发射信号和至少一个发射信号对应的返回信号，获取目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值；根据反向散射参数值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定目标果蔬的成分含量。该实施方式通过向果蔬发射信号，并结合返回信号，分析果蔬的介电常数，进而得到果蔬的成分含量，达到连续无损地监测果蔬成分含量的效果，获得的果蔬成分含量的准确性高，实用性强。

Description

果蔬成分含量测量方法和系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种果蔬成分含量测量方法和系统。

背景技术

随着生活水平的不断提高，人们对于果蔬品质的要求也不断提升，更倾向于选择尺寸较大、糖度等多种理化指标更为突出的果蔬，因此对果蔬进行分级是发展的必然要求。而果径及含糖量作为果蔬的重要品质，是对果蔬分等级的重要评价指标。当前检测果蔬的果径及含糖量的方法主要为：(1)在包装阶段，通过固定尺码的套环测量果径，通过光谱设备在线检测检测果蔬的含糖量；(2)在采摘前，通过果径传感设备，例如压敏传感器，关注果径的变化。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：(1)利用套环测量果径，不能给出果蔬的实际尺寸大小，且不能反映果蔬外观是否端正；(2)利用光谱设备，可见光对检测结果有影响，且设备安装要求较高，成本较大；(3)果径传感设备会触碰果实表面，有一定的损伤，且精度一般。因此，现有技术得到的果蔬的果径和含糖量不准确，导致果蔬等级分类不准确，影响到用户体验。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种果蔬成分含量测量方法和系统，能够达到连续无损地监测果蔬成分含量的效果，获得的果蔬成分含量的准确性高，实用性强。

为实现上述目的，根据本发明实施例的第一方面，提供了一种果蔬成分含量测量方法。

本发明实施例的一种果蔬成分含量测量方法，包括：根据检测目标果蔬的指令，按照信号发射规则向所述目标果蔬发射至少一个发射信号，接收所述至少一个发射信号对应的返回信号；根据所述至少一个发射信号和所述至少一个发射信号对应的返回信号，获取所述目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值；根据所述反向散射参数值和所述时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定所述目标果蔬的成分含量。

可选地，所述按照信号发射规则向所述目标果蔬发射至少一个发射信号，包括：利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，控制至少一组天线向所述目标果蔬发射所述至少一个发射信号；和/或，利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，结合机械自动化组件控制一组天线向所述目标果蔬发射所述至少一个发射信号。

可选地，所述接收所述至少一个发射信号对应的返回信号，包括：针对每个发射信号，接收所述每个发射信号对应的反射信号和所述每个发射信号对应的透射信号；其中，所述反射信号是发射信号碰触到果蔬发生第一次反射得到的信号，所述投射信号是发射信号穿透果蔬发生第二次反射得到的信号。

可选地，根据所述至少一个发射信号和所述至少一个发射信号对应的返回信号，获取所述目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值，包括：针对所述每个发射信号，按照如下方法计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值：根据所述每个发射信号、所述每个发射信号对应的反射信号和所述每个发射信号对应的透射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值。

可选地，所述反向散射参数值包括：功率衰减值和相位变化值；以及所述根据所述每个发射信号、所述每个发射信号对应的反射信号和所述每个发射信号对应的透射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值，包括：根据所述每个发射信号和所述每个发射信号对应的反射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的第一功率衰减值、第一相位变化值和第一时间差值；根据所述每个发射信号和所述每个发射信号对应的透射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的第二功率衰减值、第二相位变化值和第二时间差值；根据所述第一功率衰减值和所述第二功率衰减值，计算所述发射信号下所述目标果蔬对应的功率衰减值；根据所述第一相位变化值和所述第二相位变化值，计算所述发射信号下所述目标果蔬对应的相位变化值；根据所述第一时间差值和所述第二时间差值，计算所述发射信号下的所述时间差值。

可选地，果蔬的成分包括：果径和含糖量；以及所述根据所述反向散射参数值和所述时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定所述目标果蔬的成分含量，包括：根据所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，计算所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的介电常数和果径；利用介电常数与含糖量的函数关系式，根据所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的介电常数，获得所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的含糖量；根据所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的果径和含糖量，计算所述目标果蔬的果径和含糖量。

可选地，所述根据所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的果径和含糖量，计算所述目标果蔬的果径和含糖量，包括：确定所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的果径中的最大值为所述目标果蔬的果径；计算所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的含糖量的平均值为所述目标果蔬的含糖量。

为实现上述目的，根据本发明实施例的第二方面，提供了一种果蔬成分含量测量系统。

本发明实施例的一种果蔬成分含量测量系统，包括：控制单元、信号发射接收单元、信号处理单元、环形器、天线单元和显示单元；所述控制单元用于发送信号发射指令至所述信号发射接收单元，以及接收所述信号处理单元发送的处理结果，根据所述处理结果，确定所述目标果蔬的成分含量；所述信号发射接收单元用于按照所述控制单元发送的信号发射指令，控制所述环形器和所述天线单元将发射信号发射至所述目标果蔬，以及接收所述环形器和所述天线单元返回的所述发射信号对应的返回信号，并将所述返回信号发送至所述信号处理单元；所述信号处理单元用于处理分析所述信号发射接收单元发送的所述返回信号，并将处理结果发送至所述控制单元；所述环形器用于控制所述天线分时工作；所述天线单元用于将所述发射信号定向发射至所述目标果蔬，以及接收所述发射信号对应的返回信号；所述显示单元用于显示所述控制单元确定的所述目标果蔬的成分含量。

为实现上述目的，根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备。

本发明实施例的一种电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现本发明实施例的果蔬成分含量测量方法。

为实现上述目的，根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读介质。

本发明实施例的一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现本发明实施例的果蔬成分含量测量方法。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：因为利用果蔬的含糖量及果径直接影响果蔬的介电常数的原理，通过向果蔬发射信号，并结合返回信号，分析果蔬的介电常数，进而得到果蔬的成分含量，达到连续无损地监测果蔬的效果，并且克服了现有技术计算得到的果蔬成分含量不精确且在测量过程中会损伤果蔬的问题，获得的果蔬成分含量的准确性高，实用性强。此外，本发明实施例中按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，能够从不同角度发射信号，采集不同方位的信号数据，可以全方位检测目标果蔬，并且可以用于测量不规则的目标果蔬，实用性较强。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的果蔬成分含量测量方法的主要步骤的示意图；

图2是根据本发明实施例的向目标果蔬发射至少一个发射信号的示例示意图；

图3是根据本发明实施例的发射信号经天线发射后的特殊点位置示意图；

图4是根据本发明实施例的果蔬成分含量测量方法的主要过程的示意图；

图5是根据本发明实施例的果蔬成分含量测量系统的结构示意图；

图6是本发明实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；

图7是适于用来实现本发明实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

现代社会的进步，越来越多的人们追求高品质的生活，当然对于果蔬的品质要求也不断提升，因此对果蔬进行等级分类是市场发展的必然要求。果径的大小和含糖量的高低是评价果蔬等级的重要标准。但是，现有技术利用固定尺码的套环测量果径，譬如苹果通过一定规格的套环测量果径，苹果果径大于该套环直径，则苹果不能从该套环通过，则可给该苹果定级，但是不能给出果蔬的实际尺寸大小，而且不能反映果蔬的外观是否端正；现有技术采用的光谱设备应用于室内环境，但是室内可见光也会对检测结果有一定的影响，且设备安装精度要求较高，成本以及维护成本较大，难以普及；此外，目前果径传感设备难免触碰果实表面，尤其对于枝头生长过程中的果实，有一定的损伤，且精度一般。

经过研究，果蔬的果径大小及含糖量直接影响果蔬的介电常数(即，介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，介质中的电场减小与原外加电场的比值即为相对介电常数，介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积)，并且X波段(即，频率在8-12GHz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波)的电磁波的反向散射参数对果蔬的含糖量反映极为敏感，因此，本发明实施例中可根据反向散射参数与介电常数之间的关系，确定果蔬的果径和含糖量。基于上述原理，本发明实施例提供一种果蔬成分含量测量方法，能够利用介电常数的变化规律，可以连续无损地监测果蔬，确定果蔬的果径和含糖量，准确性高，实用性强，且可以全天候使用，为当前较为灵活、适用和有效的非接触式无损方法。

图1是根据本发明实施例的果蔬成分含量测量方法的主要步骤的示意图。如图1所示，本发明实施例的果蔬成分含量测量方法的主要步骤可以包括：

步骤S101：根据检测目标果蔬的指令，按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，接收至少一个发射信号对应的返回信号；

步骤S102：根据至少一个发射信号和至少一个发射信号对应的返回信号，获取目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值；

步骤S103：根据反向散射参数值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定目标果蔬的成分含量。

本发明实施例的果蔬成分含量测量方法中，通过检测果蔬的介电常数，确定目标果蔬的成分含量，也就是待检测果蔬的成分含量。所以，从上述步骤S101中可以看出，首先按照信号发射规则向目标果蔬发射电磁波信号，其中，信号发射规则可以包括：发射信号的个数、发射信号的时间间隔、发射信号的角度等。考虑到果蔬的形状千奇百怪，为了能够准确的获取果蔬的果径，因此本发明实施例中需要从各个角度向目标果蔬发射电磁波信号，所以发射信号的个数至少为一个，而且需要从不同的发射角度进行发射。此外，为了避免一个发射信号发射时，会受到其他发射信号混入产生噪声，所以需要设置信号的发射时间间隔，由于电磁波信号的传输速度可比拟光速，可以将时间间隔定为200ms或者300ms。

为了便于理解，提供一个具体的实例进行说明，图2是根据本发明实施例的向目标果蔬发射至少一个发射信号的示例示意图。图2中，引入三组天线，分别是天线1、天线2和天线3，这三组天线每间隔60°沿弧面均匀分布，相当于果蔬被三条线均衡穿透，能够全面的获取果蔬形状。假设，在200ms，天线1向果蔬发射信号，在400ms，天线2向果蔬发射信号，在600ms，天线3向果蔬发射信号。

步骤S101中，向目标果蔬发射至少一个发射信号后，需要接收每一个发射信号对应的返回信号。然后，可以根据至少一个发射信号和至少一个发射信号对应的返回信号，获取目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值。最后，可以根据反向散射参数值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定目标果蔬的成分含量。其中，介电常数与反向散射参数的函数关系式是通过实验室已知果蔬的果质，预先运算得到的，在下文中会详细说明介电常数与反向散射参数的函数关系式。

本发明实施例中在确定目标果蔬的成分含量后，可以按照预设的果蔬等级规则，判断该目标果蔬属于的等级，比如说，针对苹果品类，A等级是苹果的果径大于8cm或含糖量大于20％，B等级是苹果的果径在6cm到8cm之间或含糖量在15％到20％之间，C等级是苹果的果径在4cm到6cm之间或含糖量在10％到15％之间，果径小于4cm的或含糖量低于10％的苹果被划分为D等级。因此，如果测量一个苹果的果径是7cm，含糖量为16％，则该苹果属于B等级，如果测量一个苹果的果径是7cm，含糖量为21％，则该苹果属于A等级。当然，提供的等级划分方法仅为示例，具体的划分等级可以根据实际需求设置，对此不做限定。

图2提供了向目标果蔬发射至少一个发射信号的示例，在图2中引入了三组天线，这三组天线每间隔60°沿弧面均匀分布，能够按照设定的时间分别向果蔬发射信号。本发明实施例中，还可以仅布置一组天线，然后借助机械自动化组件控制该组天线从不同角度向果蔬发射信号。所以，作为又一个可参考实施例，步骤S101中按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，可以包括：利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，控制至少一组天线向目标果蔬发射至少一个发射信号；和/或，利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，结合机械自动化组件控制一组天线向目标果蔬发射至少一个发射信号。本发明实施例中的环形器可以用于控制天线分时工作，比如控制天线1在200ms发射信号，控制天线2在400ms发射信号，控制天线3在600ms发射信号。在仅有一组天线的情况下，环形器可以与机械自动化组件结合一起，环形器控制天线发射信号的时间，机械自动化组件控制天线发射信号的角度，比如可以利用一组天线按照图2所示的天线1、天线2和天线3的角度进行切换，实现信号发射。

本发明实施例中，在向目标果蔬发射信号后，需要接收该发射信号对应的返回信号，这样才可以通过对发射信号和返回信号进行分析，得到目标果蔬的成分含量。其中，步骤S101中接收至少一个发射信号对应的返回信号，可以包括：针对每个发射信号，接收每个发射信号对应的反射信号和每个发射信号对应的透射信号；其中，反射信号是发射信号碰触到果蔬发生第一次反射得到的信号，投射信号是发射信号穿透果蔬发生第二次反射得到的信号。

对于电磁波信号，只要在介电常数突变的界面均会发生反射及透射现象。本发明实施例中，将发射信号经天线向目标果蔬发射之后，会发生反射和透射，会存在三个特殊点，图3是根据本发明实施例的发射信号经天线发射后的特殊点位置示意图。图3中，天线1向目标果蔬发射信号后，在空气与目标果蔬表面交界处，可记为O点，发生透射及反射，发生反射的信号被天线接收，这次是第一次发生反射的信号，该信号称为发射信号对应的反射信号。在O点发生透射的信号可以进入目标果蔬内部，并继续传播，穿透该目标果蔬，到达P点，也就是目标果蔬表面与空气的交界处，在P处会发生反射与透射，其中，P处发生透射的信号将直接穿透目标果蔬，不会被天线接收，但是在P处反射的信号将再次穿透目标果蔬到达Q点，需要注意的是，Q点理论上与O点重合，然后再Q点发射透射的信号会被天线接收，此信号称为发射信号对应的透射信号，也是发射信号发生第二次反射后，被天线接收的信号。在本发明实施例中，反射信号和透射信号均为发射信号返回的信号，称为发射信号对应的返回信号。

从上文可以看出，本发明实施例中，基于介电常数与反向散射参数的函数关系式，根据发射信号和发射信号对应的返回信号，确定目标果蔬的成分含量是重要的创新点，其中果蔬的品质可以包括：果径和含糖量。为了便于理解，分析通过介电常数确定果蔬的果质的原理。在X波段，果蔬的介电常数远远大于空气介质，而含糖量高的果蔬的介电常数也要高于含糖量低的果蔬的介电常数。以库尔勒香梨为例，其内部可溶性固形物含量中80％以上的成份是含糖量，由此可以从检测可溶性固形物间接检测出含糖量的大小。

在高频电场中，电介质存在弛豫损耗，其介电常数可用复数ε形式表示为：ε＝ε′-jε″。其中，ε′代表介质的储能特性，ε″是弛豫损耗造成的，代表介质的耗能特性。ε′和ε″大小与电场频率有关。在X波段内，含糖量高的果蔬的损耗因子ε″出现峰值，在f＝10¹⁰Hz时ε″≈20；而对于一般的介质，ε″＜1。另一方面，可溶性固形物的介电常数的实部ε′也非常大，f＝10¹⁰Hz时，ε′≈20，一般介质ε′＜10。正是由于可溶性固形物的这种微波特性，使果蔬中的含糖量成为决定整个果蔬的介电常数的主要部分，果蔬含糖量的高低往往可以明显改变材料的介电特性。因此，通过测量一些与介电常数密切相关的物理量，如功率衰减、相位变化等，就能判断出果蔬的含糖量，这就是基于X波段检测果蔬的含糖量的基本原理。

此外，电磁波在电介质材料中传播时，其传播常数γ＝α+jβ，可由水果的介电常数ε＝ε′(1-jtanδ)的特性来表示。在自由空间：

然而电磁波通过厚度为d的介质材料时,其功率衰减值和相位变化值分别为

其中，α为衰减常数，β为相位常数，λ为采用的电磁波波长,tanδ为损耗角正切，它是介电常数的虚部与实部的比值，A为功率衰减值，ψ为相位变化值，由此可间接检测出果径的大小。

本发明实施例中，反向散射参数可以包括：功率衰减值A和相位变化值

因此通过介电常数与反向散射参数的函数关系式，可以计算出果蔬的果径和含糖量。所以，步骤S103根据反向散射参数值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定目标果蔬的成分含量，可以包括：根据每个发射信号下目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，计算每个发射信号对应的目标果蔬的介电常数和果径；利用介电常数与含糖量的函数关系式，根据每个发射信号对应的目标果蔬的介电常数，获得每个发射信号对应的目标果蔬的含糖量；根据每个发射信号对应的目标果蔬的果径和含糖量，计算目标果蔬的果径和含糖量。针对每个发射信号，按照如下方法计算每个发射信号对应的目标果蔬的成分含量：根据每个发射信号、每个发射信号对应的反射信号和每个发射信号对应的透射信号，计算目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值，然后基于介电常数与反向散射参数的函数关系式，根据反向散射参数值和时间差值，计算每个发射信号对应的目标果蔬的成分含量；利用每个发射信号对应的目标果蔬的成分含量，计算目标果蔬的成分含量。

考虑到存在至少一个发射信号，因此需要对每一个发射信号进行分析处理，得到每一个发射信号射向目标果蔬之后，计算得到的目标果蔬的果径和含糖量，然后利用每一个发射信号分析得到的目标果蔬的果径和含糖量，确定目标果蔬的果径和含糖量。在计算每个发射信号对应的目标果蔬的果径和含糖量的方法中，首先获取发射信号、该发射信号对应的反射信号和该反射信号对应的透射信号，这样就可以计算目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值。

其中，本发明实施例中，反向散射参数值可以包括：功率衰减值和相位变化值，计算目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值，具体实现为：根据每个发射信号和每个发射信号对应的反射信号，计算目标果蔬对应的第一功率衰减值、第一相位变化值和第一时间差值；根据每个发射信号和每个发射信号对应的透射信号，计算目标果蔬对应的第二功率衰减值、第二相位变化值和第二时间差值；根据第一功率衰减值和第二功率衰减值，计算目标果蔬对应的功率衰减值，根据第一相位变化值和第二相位变化值，计算目标果蔬对应的相位变化值，根据第一时间差值和第二时间差值，计算时间差值。

通过图3可以得到，天线和目标果蔬之间有一定距离，当发射信号经天线发射后，在点O发生反射及透射，发生反射的信号被天线接收，此时间差可记为Δt1，透射波则进入目标果蔬内部，并继续传播到达苹果表面与空气的交界处，即点P，在此发生反射及透射，点P处仅有反射波可能被天线接收，第三个特殊点Q理论上与O点重合，此时Q点的透射波被天线接收，此过程的时间差可记为Δt2，其中发射信号在目标果蔬内部的传输时间差可记为Δt＝Δt2-Δt1。经过上述分析得知，发射信号对应的反射信号是发射信号碰触到目标果蔬后直接反射的信号；发射信号对应的透射信号是发射信号碰触到目标果蔬后，两次往返目标果蔬内部后，在返回到天线得到的信号。因此，在根据发射信号和该发射信号对应的反射信号，计算得到第一功率衰减值和第一相位变化值，以及根据发射信号和该发射信号对应的透射信号，计算得到第二功率衰减值和第二相位变化值后，可以根据第一功率衰减值和第二功率衰减值，计算目标果蔬对应的功率衰减值，根据第一相位变化值和第二相位变化值，计算目标果蔬对应的相位变化值。该目标果蔬对应的功率衰减值和目标果蔬对应的相位变化值均是发射信号往返两次目标果蔬内部得到的。

本发明实施例中，根据反向散射参数值和时间差值，计算每个发射信号对应的目标果蔬的成分含量，可以包括：基于介电常数与反向散射参数的函数关系式，根据反向散射参数值和时间差值，计算每个发射信号对应的目标果蔬的介电常数和果径；利用介电常数与含糖量的函数关系式，根据每个发射信号对应的目标果蔬的介电常数，获得每个发射信号对应的目标果蔬的含糖量。

针对一个发射信号，获取到该发射信号对应的功率衰减值和相位变化值之后，可以借助介电常数与反向散射参数的函数关系式，计算该发射信号对应的目标果蔬的成分含量。其中，介电常数与反向散射参数的函数关系式包括：l＝g(ε,Δt,v,κ1)和ε＝h(ΔA,l,Δφ,κ2)，其中，l为两次往返果蔬内部的路径长度，ε为介电常数，Δt为时间差值，v为发射信号在天线与目标果蔬间距内传输速度，一般可选光速c，ΔA为功率衰减值，Δφ为相位变化值，κ1和κ2为其他相关参数，函数关系式g()和h()是通过实验室已知果蔬的果径及含糖量，分析得到的果径、含糖量与可检测量的时间差值、功率衰减差异及相位差异相关的函数。可以得知，利用函数关系式g()和h()可以计算得到果径l和介电常数ε，所以还需要利用介电常数ε与含糖量m的函数关系式m＝f(ε,l/2,κ3)，获得每个发射信号对应的目标果蔬的含糖量。其中，介电常数ε与含糖量m的函数关系式m＝f(ε,l/2,κ3)也是预先通过实验归纳得到的，κ3为其他相关参数。

作为再一个可参考实施例，在计算得到每个发射信号对应的目标果蔬的成分含量后，可以得到目标果蔬的成分含量，具体实现为：确定每个发射信号对应的目标果蔬的果径中的最大值为目标果蔬的果径；计算每个发射信号对应的目标果蔬的含糖量的平均值为目标果蔬的含糖量。为了提高目标果蔬的果径和含糖量的准确性，本发明中需要将至少一个发射信号向目标果蔬发射，分别得到对应的果径和含糖量，因此针对每一个发射信号，利用该发射信号向目标果蔬发射后，计算得到此发射信号对应的果径和含糖量后，可以直接选择每个发射信号对应的目标果蔬的果径中的最大值作为目标果蔬的果径，可以计算每个发射信号对应的目标果蔬的含糖量的平均值作为目标果蔬的含糖量。假设说，计算得到的果径为l1、l2、l3，可取三者最大值的一半作为果径(本发明实施例中通过函数关系式计算得到的果径为往返果蔬内部两次得到的值)，例如l2>l1>l3，则果径d＝l2/2，计算出含糖量m1、m2、m3，最终含糖量为m＝(m1+m2+m3)/3。

图4是根据本发明实施例的果蔬成分含量测量方法的主要过程的示意图。如图4所示，本发明实施例的果蔬成分含量测量方法的主要过程可以包括：

步骤S401：根据检测目标果蔬的指令，按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号；

步骤S402：选择一个发射信号S，接收发射信号S对应的反射信号和透射信号，其中反射信号是发射信号碰触到果蔬发生第一次反射得到的信号，投射信号是发射信号穿透果蔬发生第二次反射得到的信号；

步骤S403：根据发射信号S和发射信号S对应的反射信号，计算目标果蔬对应的第一功率衰减值、第一相位变化值和第一时间差值；

步骤S404：根据发射信号S和发射信号S对应的透射信号，计算目标果蔬对应的第二功率衰减值、第二相位变化值和第二时间差值；

步骤S405：根据第一功率衰减值和第二功率衰减值，计算目标果蔬对应的功率衰减值；

步骤S406：根据第一相位变化值和第二相位变化值，计算目标果蔬对应的相位变化值；

步骤S407：根据第一时间差值和第二时间差值，计算时间差值；

步骤S408：基于介电常数与反向散射参数的函数关系式，根据目标果蔬对应的功率衰减值、相位变化值和时间差值，计算发射信号S对应的目标果蔬的介电常数和果径；

步骤S409：利用介电常数与含糖量的函数关系式，根据发射信号S对应的目标果蔬的介电常数，获得发射信号S对应的目标果蔬的含糖量；

步骤S410：判断是否已经获取每个发射信号对应的果径和含糖量，若是，则执行步骤S411；

步骤S411：确定每个发射信号对应的目标果蔬的果径中的最大值为目标果蔬的果径；

步骤S412：计算每个发射信号对应的目标果蔬的含糖量的平均值为目标果蔬的含糖量；

步骤S413：按照预设的果蔬等级规则，根据目标果蔬的果径和含糖量，确定目标果蔬的等级。

值得注意的是，上述步骤S401中按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号可以包括：利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，控制至少一组天线向目标果蔬发射至少一个发射信号；和/或，利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，结合机械自动化组件控制一组天线向目标果蔬发射至少一个发射信号。具体的实现方法在上文已经具体解释，此处不再累述。

此外，在步骤S402中选择一个发射信号S，可以根据发射信号的发射顺序进行分析处理，比如发射信号的发射时间间隔为200ms，可以在发射信号发出后，接收该发射信号对应的返回信号，然后直接利用该发射信号和返回信号进行分析处理。

还有，上述步骤S405、S406和S407的执行顺序可以根据实际情况调整，本发明对此不作限定。另外，上述步骤S410判断是否已经获取每个发射信号对应的果径和含糖量，是指如果发射信号有3个，那么需要对这3个信号均分析完成后，在执行步骤S411。

根据本发明实施例的果蔬成分含量测量的技术方案，因为利用果蔬的含糖量及果径直接影响果蔬的介电常数的原理，通过向果蔬发射信号，并结合返回信号，分析果蔬的介电常数，进而得到果蔬的成分含量，达到连续无损地监测果蔬的效果，并且克服了现有技术计算得到的果蔬成分含量不精确且在测量过程中会损伤果蔬的问题，获得的果蔬成分含量的准确性高，实用性强。此外，本发明实施例中按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，能够从不同角度发射信号，采集不同方位的信号数据，可以全方位检测目标果蔬，并且可以用于测量不规则的目标果蔬，实用性较强。

图5是根据本发明实施例的果蔬成分含量测量系统的结构示意图。从图5可以看出，本发明实施例的果蔬成分含量测量系统可以包括：信号发射/接收单元、环形器、天线单元、信号处理单元、控制单元、显示单元。

(1)信号发射/接收单元是该系统的关键点，一方面按照控制单元指令向发射支路和接收支路发出工作指令；另一方面处理来自接收支路的信息，经信号处理单元数模转换后送到控制单元，并于显示单元显示处理数据。其中，发射支路包括发射单元、环形器、天线等器件，接收支路包括天线、环形器、接收单元等器件。

(2)天线单元是将发射信号定向向目标果蔬发送的主要器件，当发射信号穿过不同介电常数的目标果蔬时，将发生透射、吸收和反射。天线同时可捕捉微弱的反射信号并对其进行放大，然后传递给信号处理单元。为了测试目标果蔬的外观，可以引入三组天线，三组天线每每间隔60°沿弧面分布，如图5所示。或者是利用机械自动化组件控制一组天线按照图5所示的三组天线方向进行信号发送。不同角度安装的三组天线分时独立工作，采集不同方位的信号数据，能够全方位检测目标果蔬。其中，机械自动化组件可以看作是发射支路的一部分，用于控制天线发射信号的方向，在图5中未示出。

(3)环形器的作用是使天线分时工作，天线接收自身发射信号的返回信号。

(4)信号处理单元，用于处理、分析接收到的发射信号，并发送给控制单元进一步处理。

(5)控制单元，发送指令给信号发射单元，启动检测流程，并接收信号处理单元处理完整的返回信号，根据返回信号判断发射信号到水果表面发生第一次反射的时间差，计算发射信号在目标果蔬内部传输时间Δt、功率衰减值ΔA及相位变化值Δφ，根据已知的公式l＝g(ε,Δt,v,κ1)、ε＝h(ΔA,l,Δφ，κ2)和m＝f(ε,d,κ3)，得到含糖量和果径。控制单元还负责计算每个发射信号对应的目标果蔬的果径中的最大值为目标果蔬的果径，以及计算每个发射信号对应的目标果蔬的含糖量的平均值为目标果蔬的含糖量。

例如，图5中不同角度安装的三组天线分时独立工作，采集目标果蔬不同方位的信号数据，获取不同角度往返目标果蔬内部的路径长度l1、l2、l3及相关介电常数ε1、ε2、ε3。控制单元可以由l1、l2、l3，分析出果径大小，可取三者最大值的一半作为所测果径，例如l2>l1>l3，则果径d＝l2/2。控制单元还可以由ε1、ε2、ε3及m＝f(ε,l/2,κ3)，计算出含糖量m1、m2、m3，最终含糖量为m＝(m1+m2+m3)/3。

从以上描述可以看出，本发明实施例的果蔬成分含量测量系统能够利用果蔬的含糖量及果径直接影响果蔬的介电常数的原理，通过向果蔬发射信号，并结合返回信号，分析果蔬的介电常数，进而得到果蔬的成分含量，达到连续无损地监测果蔬的效果，并且克服了现有技术计算得到的果蔬成分含量不精确且在测量过程中会损伤果蔬的问题，获得的果蔬成分含量的准确性高，实用性强。此外，本发明实施例中按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，能够从不同角度发射信号，采集不同方位的信号数据，可以全方位检测目标果蔬，并且可以用于测量不规则的目标果蔬，实用性较强。

图6示出了可以应用本发明实施例的果蔬成分含量测量方法或果蔬成分含量测量装置的示例性系统架构600。

如图6所示，系统架构600可以包括终端设备601、602、603，网络604和服务器605。网络604用以在终端设备601、602、603和服务器605之间提供通信链路的介质。网络604可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用终端设备601、602、603通过网络604与服务器605交互，以接收或发送消息等。终端设备601、602、603上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等(仅为示例)。

终端设备601、602、603可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。

服务器605可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备601、602、603所浏览的购物类网站提供支持的后台管理服务器(仅为示例)。后台管理服务器可以对接收到的产品信息查询请求等数据进行分析等处理，并将处理结果(例如目标推送信息、产品信息--仅为示例)反馈给终端设备。

需要说明的是，本发明实施例所提供的果蔬成分含量测量方法一般由服务器605执行，相应地，果蔬成分含量测量装置一般设置于服务器605中。

应该理解，图6中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。

下面参考图7，其示出了适于用来实现本发明实施例的终端设备的计算机系统700的结构示意图。图7示出的终端设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图7所示，计算机系统700包括中央处理单元(CPU)701，其可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的程序或者从存储部分708加载到随机访问存储器(RAM)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 703中，还存储有系统700操作所需的各种程序和数据。CPU 701、ROM 702以及RAM 703通过总线704彼此相连。输入/输出(I/O)接口705也连接至总线704。

以下部件连接至I/O接口705：包括键盘、鼠标等的输入部分706；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分707；包括硬盘等的存储部分708；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分709。通信部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至I/O接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分708。

特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)701执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括发射接收模块、获取模块和确定模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定，例如，发射接收模块还可以被描述为“根据检测目标果蔬的指令，按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，接收至少一个发射信号对应的返回信号的模块”。

作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：根据检测目标果蔬的指令，按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，接收至少一个发射信号对应的返回信号；根据至少一个发射信号和至少一个发射信号对应的返回信号，获取目标果蔬对应的反向散射参数值和时间差值；根据反向散射参数值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定目标果蔬的成分含量。

根据本发明实施例的技术方案，因为利用果蔬的含糖量及果径直接影响果蔬的介电常数的原理，通过向果蔬发射信号，并结合返回信号，分析果蔬的介电常数，进而得到果蔬的成分含量，达到连续无损地监测果蔬的效果，并且克服了现有技术计算得到的果蔬成分含量不精确且在测量过程中会损伤果蔬的问题，获得的果蔬成分含量的准确性高，实用性强。此外，本发明实施例中按照信号发射规则向目标果蔬发射至少一个发射信号，能够从不同角度发射信号，采集不同方位的信号数据，可以全方位检测目标果蔬，并且可以用于测量不规则的目标果蔬，实用性较强。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。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，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种果蔬成分含量测量方法，其特征在于，包括：

根据检测目标果蔬的指令，按照信号发射规则向所述目标果蔬发射至少一个发射信号，接收所述至少一个发射信号对应的反射信号和透射信号；

根据所述至少一个发射信号、所述至少一个发射信号对应的反射信号和透射信号，获取所述目标果蔬对应的功率衰减值、相位变化值和时间差值；

根据所述功率衰减值、相位变化值和所述时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式、介电常数与含糖量的函数关系式，确定所述目标果蔬的果径和含糖量，以作为所述目标果蔬的成分含量；其中，

介电常数与反向散射参数的函数关系式包括：l＝g(ε,Δt,v,κ1)和ε＝h(ΔA,l,Δφ,κ2)，其中，l为两次往返果蔬内部的路径长度，ε为介电常数，Δt为时间差值，v为发射信号在天线与目标果蔬间距内传输速度，ΔA为功率衰减值，Δφ为相位变化值，κ1和κ2为其他相关参数，函数关系式g()和h()是通过实验室已知果蔬的果径及含糖量，分析得到的果径、含糖量与可检测量的时间差值、功率衰减差异及相位差异相关的函数；介电常数ε与含糖量m的函数关系式包括：m＝f(ε,l/2,κ3)，其中，κ3为其他相关参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照信号发射规则向所述目标果蔬发射至少一个发射信号，包括：

利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，控制至少一组天线向所述目标果蔬发射所述至少一个发射信号；和/或，

利用环形器设置分时逻辑，根据设置的分时逻辑，结合机械自动化组件控制一组天线向所述目标果蔬发射所述至少一个发射信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收所述至少一个发射信号对应的反射信号和透射信号，包括：

针对每个发射信号，接收所述每个发射信号对应的反射信号和所述每个发射信号对应的透射信号；其中，

所述反射信号是发射信号碰触到果蔬发生第一次反射得到的信号，所述透射 信号是发射信号穿透果蔬发生第二次反射得到的信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述至少一个发射信号、所述至少一个发射信号对应的反射信号和透射信号，获取所述目标果蔬对应的功率衰减值、相位变化值和时间差值，包括：

针对所述每个发射信号，按照如下方法计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的功率衰减值、相位变化值和时间差值：根据所述每个发射信号、所述每个发射信号对应的反射信号和所述每个发射信号对应的透射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的功率衰减值、相位变化值和时间差值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个发射信号、所述每个发射信号对应的反射信号和所述每个发射信号对应的透射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的功率衰减值、相位变化值和时间差值，包括：

根据所述每个发射信号和所述每个发射信号对应的反射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的第一功率衰减值、第一相位变化值和第一时间差值；

根据所述每个发射信号和所述每个发射信号对应的透射信号，计算所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的第二功率衰减值、第二相位变化值和第二时间差值；

根据所述第一功率衰减值和所述第二功率衰减值，计算所述发射信号下所述目标果蔬对应的功率衰减值；

根据所述第一相位变化值和所述第二相位变化值，计算所述发射信号下所述目标果蔬对应的相位变化值；

根据所述第一时间差值和所述第二时间差值，计算所述发射信号下的所述时间差值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述功率衰减值、相位变化值和所述时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，确定所述目标果蔬的果径和含糖量，包括：

根据所述每个发射信号下所述目标果蔬对应的功率衰减值、相位变化值和时间差值，利用介电常数与反向散射参数的函数关系式，计算所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的介电常数和果径；

利用介电常数与含糖量的函数关系式，根据所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的介电常数，获得所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的含糖量；

根据所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的果径和含糖量，计算所述目标果蔬的果径和含糖量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的果径和含糖量，计算所述目标果蔬的果径和含糖量，包括：

确定所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的果径中的最大值为所述目标果蔬的果径；

计算所述每个发射信号对应的所述目标果蔬的含糖量的平均值为所述目标果蔬的含糖量。

8.一种果蔬成分含量测量系统，其特征在于，包括：控制单元、信号发射接收单元、信号处理单元、环形器、天线单元和显示单元；

所述控制单元用于发送信号发射指令至所述信号发射接收单元，以及接收所述信号处理单元发送的处理结果，根据所述处理结果，确定目标果蔬的成分含量，其中，所述成分含量包括：果径和含糖量；

所述信号发射接收单元用于按照所述控制单元发送的信号发射指令，控制所述环形器和所述天线单元将发射信号发射至所述目标果蔬，以及接收所述环形器和所述天线单元返回的所述发射信号对应的反射信号和透射信号，并将所述反射信号和所述透射信号发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于处理分析所述信号发射接收单元发送的所述反射信号和所述透射信号，并将处理结果发送至所述控制单元；

所述环形器用于控制所述天线单元分时工作；

所述天线单元用于将所述发射信号定向发射至所述目标果蔬，以及接收所述发射信号对应的反射信号和透射信号；

所述显示单元用于显示所述控制单元确定的所述目标果蔬的成分含量。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的方法。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。

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