CN112997193A - 食品加工设备和食品加工设备中提供食品对象的图像的方法 - Google Patents
食品加工设备和食品加工设备中提供食品对象的图像的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种食品加工设备，包括输送机和成像系统。所述输送机形成输送机表面，在所述输送机表面上能够在输送方向上输送食品对象，其中下部食品表面抵靠所述输送机表面，并且上部食品表面背离所述输送机表面。所述成像系统被配置为分析所述上部食品表面上的感兴趣的区域。所述成像系统包括光源、摄像机以及处理器。所述光源被放置在所述输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在所述输送机表面上和在所述上部食品表面上。所述摄像机具有光学中心线并且被放置在所述输送机表面上方并且被配置用于捕获所述入射光的反射。并且所述处理器与所述摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析所述上部食品表面上的所述感兴趣的区域。所述光源和所述摄像机相对于彼此定位，使得如果所述输送机表面与所述感兴趣的区域之间的距离增加或减小，在所述感兴趣的区域上的所述入射光的强度不改变或不明显地改变。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括光源和摄像机的食品加工设备，以及一种食品加工设备中提供食品对象的图像的方法。
背景技术
在现代食品加工系统中，在加工食品的同时识别并且记录与食品有关的不同的信息。通过举例，可以记录产地、重量、尺寸和其他特征。试图提高最终产品的质量，使用摄像机系统来识别食品的特征，例如与食品的颜色有关的特征。传统上，这样的摄像机被布置为使得摄像机镜头(frame)在入射的人造光下记录食品对象的俯视图。确定颜色变化的能力尤其取决于入射光的质量，并且取决于入射光被反射到摄像机的镜头上的方式。人造光的颜色的变化以及从光源到食品对象的表面的距离的变化或从食品对象的表面到摄像机的距离的变化可以影响摄像机拦截反射光的方式，并且因此影响讨论中的特征的识别的质量。这在识别食品产品中的颜色变化时特别有问题。
发明内容
本发明的实施方案的目的是提供一种改进的食品加工设备。
本发明的实施方案的另一目的是提供一种改进的提供食品对象的图像和/或图像数据的方法。
根据第一方面，本发明提供了一种食品加工设备，包括输送机和成像系统，其中所述输送机形成输送机表面，在所述输送机表面上能够在输送方向上输送食品对象，其中下部食品表面抵靠所述输送机表面，并且上部食品表面背离所述输送机表面，所述成像系统被配置为分析所述上部食品表面上的感兴趣的区域，并且包括：
-光源，所述光源被放置在所述输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在所述输送机表面上和/或在所述上部食品表面上，
-摄像机，所述摄像机具有光学中心线并且被放置在所述输送机表面上方并且被配置用于捕获所述入射光的反射，以及
-可选地，处理器，所述处理器与所述摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析所述上部食品表面上的所述感兴趣的区域。
其中所述光源和所述摄像机相对于彼此定位，使得如果所述输送机表面与所述感兴趣的区域之间的距离或所述光源与所述感兴趣的区域之间的距离增加或减小，在所述感兴趣的区域上的所述入射光的强度不改变或不明显地改变。
当光源和摄像机如上文所描述的那样相对于彼此定位时，感兴趣的区域可能经受降低的光强度。这可以是可能的，例如如果来自光源的具有最大强度的光中心不是到达上部食品表面上的感兴趣的区域并且反射到摄像机镜头上的入射光。
光源和摄像机相对于彼此定位，使得如果输送机表面与感兴趣的区域之间的距离或光源与感兴趣的区域之间的距离增加或减小，在感兴趣的区域上的入射光的强度不改变或不明显地改变，当来自光源的具有最大强度的光中心与摄像机的光学中心线在感兴趣的区域处不相交、但是例如在要分析的食品对象的上表面下方的位置相交——诸如在输送机带表面下方的位置相交——时，可以获得这。
可以使用不具有处理器的食品加工设备来获得输送的食品对象的表面的图像，可以分析或可以不分析这样的图像。未经分析的图像可以用于食品对象或食品批次的质量文献记录。在具有处理器的食品加工设备中，可以分析与输送的食品对象的表面有关的图像数据，例如以确定食品表面上具有颜色变化的区域。在接收到数据之后在短时间内执行对图像数据的分析，使得例如在成像系统通过之后不久将运输的食品对象分类成为可能。
在如本文所描述的系统中，光源和摄像机相对于彼此定位，使得如果输送机表面与感兴趣的区域之间的距离或光源与感兴趣的区域之间的距离增加或减小，在感兴趣的区域上的入射光的强度不改变或不明显地改变。当入射光的改变不明显地改变时，意味着入射光的改变小于最大光强度的10％，诸如小于8％，例如小于6％，诸如小于4％，例如少于2％。优选地不明显地改变是小于根据最大光强度的5％的改变。
对于如本文所描述的光源和摄像机的位置，不希望的是到达感兴趣的区域的入射光是沿着具有最大强度的光中心发射并且此光被反射到摄像机镜头上，因为那时当输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加时，感兴趣的区域将经受入射光的增加的光强度。因此，可以被排除的是当光源和摄像机相对于彼此定位成使得到达感兴趣的区域的入射光是沿着具有最大强度的光中心发射并且此光被反射到摄像机镜头上时。
“降低的或增加的光强度”是相对于在食品加工设备中使用的光源的具有最大光强度的光中心的光强度确定的。食品对象的上表面上的均匀且一致的光分布比此表面上的高光强度更重要。食品对象的上表面上的均匀且一致的光分布对于关于要分析的食品对象确定的感兴趣的区域是最重要的。
当光源和摄像机相对于彼此定位使得如果输送机表面与感兴趣的区域之间的距离或光源与感兴趣的区域之间的距离增加或减小在感兴趣的区域上的入射光的强度不改变或不明显地改变时，可以获得具有类似的质量的、感兴趣的区域的图像或图像数据，而与输送的食品对象的高度的变化无关。可以通过摄像机获得的图像或图像数据基本上是相同地暗或相同地亮而与食品对象的高度无关地确定类似的质量。
本文关于检查的食品对象处的单个点解释本发明。对应的解释适用于感兴趣的区域中的所有其他点，其中感兴趣的区域可以是横跨输送机表面的线，并且因此是横跨在输送机上运输的食品对象的线。
变化高度(the height of variation)——在其内成像系统的一特定布置可以获得类似的质量的图像或图像数据——可以在某个区间内，诸如小于20cm，例如小于15cm，诸如小于10cm，例如小于8cm，诸如小于6cm，例如小于4cm，诸如小于3cm，例如小于2cm。因此，变化高度可以对应于要通过设备分析的食品对象的高度的变化。变化高度可以位于输送机表面上方，并且位于与要在输送机表面上运输的最低的食品对象与最高的食品对象之间的食品高度的差异对应的位置。优选地，变化高度小于10cm。当获得例如鲑鱼片的表面的图像或图像数据时，特定区间或变化高度可以是小于6cm，例如大约5cm。输送机表面可以是或可以不是变化高度的最低点。如果预期要分析的最低食品对象具有2cm的高度，则变化高度的最低点可以是例如在输送机表面上方大约1cm或1.5cm。
由于对于不同的高度捕获的反射光的强度基本上相同，因此食品对象关于厚度的变化对颜色基本上没有影响。当在本文中使用时，术语“颜色”是指光的光强度与波长之间的组合。
为了便于摄像机捕获反射光，摄像机被放置在输送机表面上方。此位置同时确保：当输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加时，从上部食品表面上的感兴趣的区域到摄像机的距离减小。在本发明中，这样的距离改变对摄像机捕获的光的强度基本上没有影响。
当在运行的输送机表面的方向上考虑时，优选地光源被放置在摄像机之前或之后。进一步优选地，关于到输送机表面的距离，摄像机被定位在光源上方的位置处。
在一个实施方案中，输送机可以包括至少一个单带(single belt)、第一轮和第二轮，其中单环形带在第一轮与第二轮之间延伸。在其他实施方案中，输送机可以包括至少两个并排布置的环形带，例如三个或四个并排布置的环形带，每个带在第一轮与第二轮之间并排延伸。
因此，输送机表面可以由在其上定位食品对象的一个或多个环形带形成。应理解，可以一个接一个地输送多个食品对象。食品对象可以彼此邻近地定位在输送机表面上，其中食品对象中的至少一些与相邻的食品对象接触。然而，食品对象可以被布置为彼此相距一距离，例如等距距离或非等距距离。
输送机表面可以具有与被输送的食品对象不同的颜色。此外，输送机表面的反射率可以被选择，以使得其低于食品对象的平均反射率，以进一步便于分离从食品对象和从输送机表面捕获的反射。
食品对象被输送，其中下部食品表面抵靠输送机表面，并且上部食品表面背离输送机表面。因此，上部食品表面的一部分可以垂直于输送机表面，而上部食品表面的其他部分可以横向于输送机表面。
可以在输送方向上将食品对象从输送机表面上的开始位置输送到输送机表面上的结束位置。食品对象可以是鱼、鱼的一部分、一块肉、水果、蔬菜或其他类型的食品。
成像系统包括光源、摄像机，并且在一些实施方案中还包括处理器。应理解，这些元件可以是三个单独的元件。然而，在一个实施方案中，处理器可以作为示例形成摄像机的一部分。在一替代实施方案中，处理器可以形成可以负责图像数据的分析的计算机的一部分。
光源被放置在输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在输送机表面上和/或在上部食品表面上。光源可以被定位成使得束的中心垂直于输送机表面或替代地相对于输送机表面成一角度。优选地，光束具有横跨输送机表面的宽度，确保光在运输的食品对象的整个宽度上。
光源可以是具有可见和/或不可见电磁辐射的任何类型。优选地，光源发射可见光，诸如白光。当使用发射可见光的光源时，成像系统可以屏蔽非源自该光源的任何光。光源可以是例如LED、卤素灯、激光器。光源可以将光发射为横跨输送机表面的至少一部分到达的线，据此该光源是线光源，并且可以是激光灯线源。
如本文所描述的成像系统可以包括两个光源，例如位于摄像机之前的一个光源和位于摄像机之后的一个光源，其中之前和之后是相对于要分析的食品对象的运输方向确定的。每个光源优选地如本文所描述的那样相对于摄像机布置以获得感兴趣的区域上的入射光的强度，使得如果输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加或减小，此强度不改变或不明显地改变。优选地，从这两个摄像机中的每个发射的光的一部分是感兴趣的区域中的入射光。当摄像机具有垂直于运输输送机的光学中心线时，这两个光源可以围绕此光学中心线相对于彼此镜像定位。据此摄像机可以同时捕获来自两个光源的入射光的反射。
摄像机被放置在输送机表面上方并且被配置用于捕获入射光的反射。这是通过以下方式实现的：将摄像机布置成使得摄像机的镜头可以捕获输送机表面并且使得光学中心线面向输送机表面，或垂直于输送机表面，或相对于输送机表面成一角度，由此摄像机可以捕获来自光源的入射光在输送机表面和/或上部食品表面上的反射。优选地，摄像机的光学中心线垂直于或几乎垂直于输送机表面。在此“几乎垂直”是指偏离垂直小于2度，诸如偏离垂直小于1.5度，例如偏离垂直小于1度。
在本文中，术语“感兴趣的区域”定义包括处理器的成像系统在其中执行讨论中的分析的区域。感兴趣的区域也可以是线，诸如横跨食品对象并且垂直于输送机表面的运输方向的线。当感兴趣的区域是线时，当分析食品对象的表面时获得的每个线可以被用于线扫描，以获得上部食品表面的一部分的图像或获得整个上部食品表面的图像。
感兴趣的区域可以由摄像机的整个镜头构成，或它也可以是摄像机的镜头的子集(subset，部分)。因此，感兴趣的区域是输送机表面的一特定部分并且因此是当输送食品时上部食品表面的一特定部分。
感兴趣的区域可以被静态地定义——对于全部定义一次，或它也可以由处理器动态地定义，诸如当食品对象在被运输时未被定位成一直线、而是一些食品对象被定位到食品对象的这样的线的一侧或另一侧时。
输送机/上部食品表面上的入射光被反射，并且摄像机被定位成使得反射光的至少一部分可以被捕获。取决于食品对象的尺寸和/或上部食品表面的变化，可以改变感兴趣的区域的尺寸。在一个实施方案中，感兴趣的区域由具有宽度x和长度y的窄的、细长的条带构成，并且其中x：y的比例在1:10与1：10000之间的范围内，诸如在1：100与1：2000之间，例如1：1000。该区域可以特别小，例如小于1000mm2，诸如小于500mm2，或甚至小于100mm2。
感兴趣的区域可以被预定义为特定尺寸，由此可以仅分析捕获的反射的一部分；即源自预定义的感兴趣的区域的捕获的反射的部分。感兴趣的区域可以是横跨运输的食品对象的线，其中该线垂直于运输方向。
当在可以位于输送机上方固定位置的摄像机下方的输送机表面上输送食品对象时，感兴趣的区域可以相对于食品对象移动，从而使得能够在输送食品对象的同时分析上部食品表面的不同的部分。
由于对于食品对象的不同的高度摄像机捕获的反射光的强度基本上相同，因此将可以识别例如感兴趣的区域内的颜色变化，并且从而使得能够识别具有潜在的较低质量的食品对象的区域，因为这些区域可能具有不同的颜色。具有这样的识别的区域的食品对象可以随后被丢弃，或识别的区域可以被切除并且随后被丢弃。
在一个实施方案中，光学中心线可以与感兴趣的区域的中心相交。即感兴趣的区域可以被定义为在光学中心线与上部食品表面相交的点周围的区域。来自线光源的光束可以具有例如横跨输送机表面的中心线，并且感兴趣的区域的中心于是也可以是横跨输送机表面和食品对象上存在的入射光的一部分的线。
如果处理器存在于成像系统中，该处理器可以与摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析上部食品表面上的感兴趣的区域。处理器与摄像机之间的通信可以是无线的或是有线的。
光束可以提供具有最大强度的光中心和随着距光中心的距离而减小的光强度，使得当食品对象的高度改变时，从感兴趣的区域反射的光的强度不改变或不明显地改变。从而可以将光源和摄像机相对于彼此布置成使得感兴趣的区域上的入射光不具有最大强度。
入射光的强度可以从光中心线处的最大光强度朝向远离光中心的最小光强度连续地减小。此外，光强度的分布图(profile)可以至少在最大光强度与最小光强度之间的第一部分中具有增加的斜率。
在一个实施方案中，光束可以是大体高斯束，所述高斯束在中心具有最大强度并且强度随着到围绕光中心的基本上圆形形状或椭圆形形状中的中心的距离而减小。
具体地，光源可以相对于摄像机布置成使得如果输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加，从感兴趣的区域到光中心的距离增加。在该情况下并且如果光源和摄像机如本文所描述的那样相对于彼此定位，当输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加或减小时，入射光的强度不改变或不明显地改变。
光学中心线和光源中心线可以在不同位置与输送机表面相交。从而可以实现在光学中心线与输送机表面或输送机表面上的食品对象的表面相交的位置处的入射光的强度不在最大强度。当输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加或减小时，这可以具有感兴趣的区域上的入射光的强度不改变的效果。
在一个实施方案中，光源可以包括线光源。在本发明的上下文中，线光源应被理解为在纵向方向上延伸并且被配置为发射沿着纵向方向具有基本上恒定的强度的光束的光源。线光源可以发射具有最大强度的光中心，并且光强度随着距光中心的距离而减小，其中光中心是沿着纵向方向的纵向中心。
线光源可以被放置在输送机表面上方，使得纵向方向基本上垂直于输送方向，由此输送机表面与上部食品表面的横截面在垂直于输送方向的区域中暴露于基本上相同的强度。
为了便于当输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加或减小时感兴趣的区域上的入射光的强度不改变或不明显地改变，可以是优点的是，光源中心线与光学中心线之间的角度在1-20度的范围内，诸如2-10度，诸如4-6度，例如大约5度。当使用小角度时，摄像机可以位于光源正上方，其中例如摄像机光学中心线垂直于或几乎垂直于输送机表面，并且光源被调整成使得光源中心线与光学中心线成角度。
光源和摄像机可以如例如图2中所指示的那样定位，其中光学中心线垂直于或几乎垂直于输送机表面，并且光学中心线与来自光源的具有最大光强度的光中心之间的角度是大约5度。光源可以被定位在输送机表面上方大约323mm处，并且优选地，摄像机被定位得进一步远离输送机表面。大约5度可以是在例如4.5至5.5度之间。
在一个实施方案中，光源可以被放置在输送机表面上方使得光源中心线垂直于或几乎垂直于输送方向。在此实施方案中，摄像机可以被放置成使得光学中心线相对于输送机表面形成一角度。
在一替代实施方案中，摄像机可以被放置在输送机表面上方使得光学中心线垂直于或几乎垂直于输送方向。在此实施方案中，光源可以被放置成使得光源中心线相对于输送机表面形成一角度。
应理解，摄像机和光源可以被放置成使得光学中心线和光源中心线二者相对于输送机表面形成一不同于90度的角度。
所述食品加工设备还可以包括图像处理器，所述图像处理器被配置为接收代表由摄像机捕获的反射光的数据，并且被配置为生成食品对象的3D图像轮廓。被配置为分析感兴趣的区域的图像处理器和处理器可以是单个处理器。然而，应理解，图像处理器和处理器可以是两个单独的处理器。
在一个实施方案中，图像轮廓可以与食品对象的输送基本上同时地生成，因为图像处理器可以被配置为在输送食品对象的同时接收数据并且生成图像轮廓。
3D图像轮廓可以被用于补偿反射光的强度。以该方式，可以基于3D图像轮廓来补偿仍然可能发生的、由食品对象中的高度变化引起的小的光变化。
根据第二方面，本发明提供了一种食品加工设备中提供食品对象的图像的方法，所述食品加工设备包括输送机和成像系统，
-其中所述输送机形成输送机表面，在所述输送机表面上能够在输送方向上输送食品对象，其中下部食品表面抵靠所述输送机表面，并且上部食品表面背离所述输送机表面，并且
-其中所述成像系统被配置为分析所述上部食品表面的感兴趣的区域，并且包括：
-光源，所述光源被放置在所述输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在所述输送机表面上和在所述上
部食品表面上；
-摄像机，所述摄像机具有光学中心线并且被放置在所述输送机表面上方并且被配置用于捕获所述入射光的反射；以及
-可选地，处理器，所述处理器与所述摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析所述上部食品表面上的所述感兴趣的区域；
所述方法包括如下步骤：将所述光源和所述摄像机相对于彼此布置，使得如果所述输送机表面与所述感兴趣的区域之间的距离增加或减小，在所述感兴趣的区域上的所述入射光的强度不改变或不明显地改变。
也可以在设备中执行所述食品加工设备中提供食品对象的图像的方法，其中成像系统如本文其他地方所描述的那样布置，并且在不进一步布置光源和摄像机的情况下，所述方法可以包括：
-用来自光源的光照亮可以在运输中的食品对象，使得入射光的一部分从感兴趣的区域反射，
-以从感兴趣的区域反射的光的形式获得图像或图像数据，
-可选地，通过处理器分析图像数据。
通过设置光源中心线与摄像机的光学中心线之间的角度，由此对于食品对象的不同高度，捕获的、食品对象的反射光的光强度基本上相同来实现：当输送机表面与感兴趣的区域之间的距离增加或减小时，感兴趣的区域中的入射光的强度不改变或不明显地改变。
光源中心线与光学中心线之间的角度可以是至少2度，诸如至少4度，诸如至少5度。也可以使用本文其他地方所描述的角度。
如果在系统中光源和摄像机根据彼此固定，并且光源和摄像机以最佳设置(即以如本文所描述的最佳角度)相对于彼此定位，则包括光源和摄像机的整个系统可以相对于输送机表面成角度，以执行表面分析，如本文所描述的。然而，当摄像机的光学中心线垂直于或几乎垂直于输送机表面时，获得的图像数据似乎是最好的。
应理解，技术人员将容易认识到，结合本发明的第一方面所描述的任何特征也可以与本发明的第二方面结合，反之亦然。
根据本发明的第一方面的食品加工设备非常适合于执行根据本发明的第二方面的方法步骤。因此，上文关于食品加工设备阐述的评论关于所述方法同样适用。
在第三方面，本发明提供了一种食品加工设备中用于相对于摄像机放置光源的方法，所述食品加工设备被配置为在所述光源和摄像机下面在输送机表面上输送食品对象，
其中在所述摄像机和光源下面输送在所述输送机表面上方具有不同的高度的多个测试表面；
其中当在所述摄机和光源下面输送所述多个测试表面中的每个时，改变所述摄像机与所述光源之间的角度；
其中对于所述摄像机和所述光源之间的不同的角度，确定从所述测试表面反射的光的光强度，并且
其中基于确定的光强度之间的偏差来选择角度，以实现所述食品对象的高度对被反射到所述摄像机上的光的光强度只有很小影响或没有影响的效果。
多个测试表面可以是例如四个测试对象，所述四个测试对象全都具有类似的表面，例如类似的颜色，并且当位于输送机表面上时它们的高度彼此不同。
如果几个角度提供如下效果：测试表面的不同的高度导致反射光的相同或几乎相同的强度，可以选择提供最高的强度的角度。
在所述用于相对于摄像机放置光源的方法期间，可以在不移动光源和摄像机中任何一个的情况下改变摄像机和光源之间的角度。可以根据例如非移动测试对象的数字图像执行分析，其中例如关于横跨测试对象的表面的线执行分析，此线平行于在食品对象的分析期间使用的输送机方向。沿着此线的每个像素代表一个不同的角度。
在第四方面，本发明提供了一种食品加工设备，包括输送机和成像系统，其中所述输送机形成输送机表面，在所述输送机表面上能够在输送方向上输送食品对象，其中下部食品表面抵靠所述输送机表面，并且上部食品表面背离所述输送机表面，所述成像系统被配置为分析所述上部食品表面上的感兴趣的区域，并且包括：
-光源，所述光源被放置在所述输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在所述输送机表面上和在所述上部食品表面上，
-摄像机，所述摄像机具有光学中心线并且被放置在所述输送机表面上方并且被配置用于捕获所述入射光的反射，以及
-处理器，所述处理器与所述摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析所述上部食品表面上的所述感兴趣的区域，以及
-传感器，所述传感器被配置为确定用于所述入射光的强度的标记(insignia)，
其中所述处理器被配置为从所述摄像机接收捕获的反射并且基于所述标记补偿所述反射。
如本文所使用的标记是由传感器测量的测量结果，其中该测量结果可以指示在感兴趣的区域处的入射光的强度的改变。该标记可以被用来关联感兴趣的区域处的入射光的强度。感兴趣的区域处的光强度的改变可以与距输送机表面(例如距输送机表面本身)一特定距离处的已知光强度关联，即从输送机表面到感兴趣的区域的距离可以被用于在感兴趣的区域处的入射光的光强度的关联。如果一些要分析的食品对象具有未包括在所使用的光和摄像机布置的变化高度内的高度，可以在如本文早前描述的设备中执行这样的关联。
由于基于入射光的强度来补偿反射，因此颜色变化的确定变得更加精确。
对于较低的对象可以补偿光反射，因为对于较低的对象，分析的表面更靠近输送机表面并且因此进一步远离光源，由此入射光的强度在感兴趣的区域中较低，并且因此到摄像机的镜头上也较低。对于较高的对象也可以补偿反射，因为对于较高的对象，分析的表面进一步远离输送机表面并且因此更靠近光源，由此入射光的强度在感兴趣的区域中较高，并且因此到摄像机的镜头上也较高。
传感器可以例如是高度传感器，所述高度传感器被配置为确定输送机表面与感兴趣的区域之间的距离。在此示例中，处理器被配置为从摄像机接收捕获的反射并且被配置为基于由高度传感器确定的输送机表面与感兴趣的区域之间的距离来补偿反射。结果，当确定颜色变化时，处理器可以考虑由于食品产品的增加的高度并且因此由于光源与食品对象之间的减小的距离导致的增加的光强度。
入射光的强度的关联基于光的强度与距离(d)的平方成反比。当距光源的距离增加时，感兴趣的区域处的光的强度等于一个值(例如光源处的光强度)乘以1/d2的值。尽管如果摄像机和光源如本文(例如在第一方面)所描述的那样相对于彼此定位，优选地不需要这样的关联。
附图说明
现在将参考附图进一步描述本发明的实施方案，在附图中：
图1例示了食品加工设备的一实施方案，
图2例示了图1中所例示的食品加工设备的另一视图，
图3A例示了图1中所例示的食品加工设备的视图，
图3B例示了图3A的一个细节，
图3C例示了感兴趣的区域上的入射光的强度，
图4是例示了由摄像机捕获的光的光强度的曲线图，以及
图5是例示了由摄像机捕获的光的光强度的其他曲线图。
图6a-图6c例示了光学中心线与光源中心线的相交的位置的不同的可能性。
具体实施方式
应理解，详细描述和具体示例虽然指示本发明的实施方案，但是仅通过例示的方式给出，因为根据此详细描述，在本发明的精神和范围内的各种改变和修改将变得对本领域技术人员明显。
图1例示了食品加工设备1的一实施方案。食品加工设备1包括输送机2和成像系统3。输送机2形成输送机表面4，在该输送机表面4上可以在输送方向(由箭头指示)上输送食品对象5，其中下部食品表面抵靠输送机表面4，并且上部食品表面5A(参见图2)背离输送机表面4。
成像系统3包括光源6、摄像机7和与摄像机通信的处理器(未示出)。成像系统3被配置为分析上部食品表面5A上的感兴趣的区域。
呈线光源的形式的光源6被放置在输送机表面4上方，并且被配置为发射光束8(参见图2)，该光束8提供入射光在输送机表面4上和上部食品表面5A上。
在所例示的实施方案中，光源6呈如下光源的形式：所述光源在横向于输送方向的纵向方向上延伸，并且被配置为发射沿着纵向方向具有基本上恒定的强度的光束。
摄像机7具有光学中心线9(参见图2)，并且被放置在输送机表面4上方，并且被配置用于捕获入射光的反射。
处理器(未示出)与摄像机7通信，并且被配置为基于捕获的反射来分析上部食品表面5A上的感兴趣的区域。
光源6和摄像机7相对于彼此定位，使得当输送机表面与感兴趣的区域之间的距离“d”(参见图3A和图3B)增加或减小时，在感兴趣的区域上的入射光的强度不改变或不明显地改变。
图2例示了图1中所例示的食品加工设备1的另一视图。食品对象5被定位成使得光束8的一部分提供入射光在上部食品表面5A上。光束8提供具有最大强度的光中心8A和随着距光中心的距离而减小的光强度。在光束的外边界8B处，光强度最低。
在图2中，看起来好像，例示了具有最大光强度的光中心的线8A与例示了摄像机的光学中心线的线9在输送机表面4的上表面处直接相交。可以根据要分析的产品的高度来确定这两个线相交的位置，使得光学中心线与光中心线的相交发生在比要分析的最低的食品对象的高度更靠近输送机的表面的地方。对于低的食品对象，例如低于6cm，优选地，具有最大光强度的光中心与光学中心线将在输送机表面下方的位置相交(如果可能的话)，使得光学中心线和光源中心线在不同的位置与输送机表面相交。这对于要分析的相当低的食品对象可以是优选的布置，尽管如图2中所指示的相交也可以提供恰当的布置。
如图2中所例示的，食品对象5还未被输送使得其在摄像机7下方，并且因此光学中心线9不与上部食品表面5A接触。
图3A例示了图1和图2中所例示的食品加工设备1的另一视图。现在食品对象5已经被输送使得其在摄像机7下方，由此光学中心线9与上部食品表面5A接触，并且摄像机7可以捕获入射光的反射。
图3B例示了图3A的一个细节，具有最大强度的光中心8A在上部食品表面5A处不与摄像机7的光学中心线9重合或相交。这可以是光源与摄像机的相对位置，其中感兴趣的区域处的光强度不因输送机表面上的食品对象的高度改变而改变。
在所例示的实施方案中，光学中心线9与感兴趣的区域的中心“C”重合。
图3C是图3B的放大视图，其中入射光的强度由曲线I例示。在光中心线8A处，光束具有由曲线的顶部例示的其最大强度。光强度随着距光中心线8A的距离而减小，如由曲线I的形状例示的。因此，在摄像机的光学中心线9下方的上部食品表面处的入射光8B的强度低于在光中心线8A处。距离d2的顶点例示了感兴趣的区域，并且距离d1的顶点例示了具有最大强度的中心线到达食品对象表面5A的位置。
图4和图5是例示了由摄像机7捕获的光的光强度的两组不同的曲线图。使用了四个不同的测试对象，与这些测试对象有关的曲线图由图4中的I、II、III和IV指示。测试对象在它们的高度上不同，I是最低的，并且IV是最高的。所有曲线图例示了作为光中心线与摄像机的光学中心线之间的角度的函数的光强度。这两个图例示了在两个不同的摄像机支架(mounting)上的最佳线扫描位置，该最佳线扫描位置由标记为“L”的线指示，用“N”和虚竖直线标记的部分是噪声区域。对于所述图的右部分中的噪声区域，这是由反射光的光源屏蔽的结果，即至少一些反射光被阻止到达摄像机的镜头。当寻找摄像机的光学中心线与来自光源的光中心线之间的最佳角度时，不应使用噪声区域。对于(食品)对象的每个高度，关于光学中心线与光中心线之间的角度指示由摄像机接收的光的强度。如由一个线(下部线)所指示的差异(Diff)指示例示了由摄像机接收的光的强度的上部曲线图与下部曲线图之间的差异(以％为单位)。
可以在一种用于相对于摄像机放置光源的方法中使用所述曲线图，以实现食品对象的高度对被反射到摄像机上的光的光强度只有很小影响或没有影响的效果。
在图4和图5中的每个中，四个不同的曲线图例示了食品对象的四个不同的高度，例如从四个不同的肉块得到的。对于所例示的曲线图，使用仅高度不同的四个类似的对象。所述对象具有光滑(straight)表面，并且具有类似且均匀的颜色。最低的对象的高度是0.3cm(图4中标记为I)，并且最高的对象的高度是6cm(图4中标记为IV)。对于每个对象分析了4cm，对应于分析的长度(＝曲线图的X轴)并且例示了来自光源的光中心与摄像机的光学中心线之间的角度。每个曲线图例示了沿着分析的对象的一个线，此线平行于输送机带的运输方向。
在图中的每个中，角度(对应于光源和摄像机的特定相对位置)被选择，其中食品对象的所有四个不同的高度都提供几乎完全相同的由摄像机捕获的光强度，此点或区域由“S”、“S1”和“S2”标记。在图4中，仅一个角度提供此效果，因为应忽略噪声区域。此角度由竖直线“L”标识。在图5中，两个不同的角度提供几乎完全相同的由摄像机捕获的光强度，这由S1和S2标记在曲线图上。然而，在此情况下，与较大的角度(在曲线图上用S2指示)相比，较小的角度(在曲线图上用S1指示)提供较低的强度，并且该较大的角度用竖直线“L”例示。当确定光源和摄像机之间的提供几乎完全相同的由摄像机捕获的光强度的角度时，可以通过查找局部最小值来使用被指示为最上方的曲线图与最下方的曲线图之间的强度差异的下部线(“Diff”)，该局部最小值指示例示了从对象反射的入射光的强度的曲线图之间的低差异。
当根据本文所描述的发明确定光源和摄像机的位置时，如图4中所例示的结果指示最佳设置，其中光源和摄像机以四个曲线图彼此相交的特定角度相对于彼此定位，这由标记为L的摄像机位置指示。如果获得如图5中所例示的结果，其中曲线图仅在S1中并且在低光强度(其可以是太低)处彼此相交，并且曲线图仅彼此相交，例如每次两个，如在S2处所指示的，这可以指示光源和摄像机的次最优设置，并且可以尝试不同的设置，该设置可以包括光源与摄像机之间的不同的角度和/或从光源和/或摄像机到输送机表面的不同的距离和/或具有不同的光分布的光源。
成像系统可以包括计算机处理器，所述计算机处理器被配置为确定提供关于对于输送机表面上的食品对象的不同的高度捕获的光强度的最大强度和最小偏差的角度。
图6例示了光学中心线9和光源中心线8A的交叉点“T”相对于输送机表面4的位置的不同的可能性。交叉点T可以位于输送机表面4上方(图6A)、输送机表面4处(图6B)或输送机表面4下方(图6C)。可以在食品对象被定位到输送机表面上时并且在光学中心线9和光源中心线8A的交叉点可以位于输送机表面上的食品对象上方、输送机表面上的食品对象处或输送机表面上的食品对象下方的情况下制成对应的图。光源中心线8A与光学中心线9之间的交叉点应位于的位置可以关于要分析的食品对象的高度确定并且使得该交叉点优选地始终保持在食品表面的要分析的最低点下方，即该交叉点优选地应位于感兴趣的区域下方并且优选地位于要分析的最低的食品对象的感兴趣的区域下方。如图6C中所指示的在输送机表面下方的交叉点可以被用于非常低的食品对象，如图6B中所指示的在输送机表面处的交叉点可以被用于低的食品对象，并且如图6A中所指示的在输送机表面上方的交叉点可以被用于较高的食品对象。
Claims (15)
1.一种食品加工设备，包括输送机和成像系统，其中所述输送机形成输送机表面，在所述输送机表面上能够在输送方向上输送食品对象，其中下部食品表面抵靠所述输送机表面，并且上部食品表面背离所述输送机表面，所述成像系统被配置为获得图像和/或分析所述上部食品表面上的感兴趣的区域，并且包括：
-光源，所述光源被放置在所述输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在所述输送机表面上和/或在所述上部食品表面上，
-摄像机，所述摄像机具有光学中心线并且被放置在所述输送机表面上方并且被配置用于捕获所述入射光的反射，以及
-可选地，处理器，所述处理器与所述摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析所述上部食品表面上的所述感兴趣的区域，
其中所述光源和所述摄像机相对于彼此定位，使得如果所述输送机表面或所述光源与所述感兴趣的区域之间的距离增加或减小，在所述感兴趣的区域上的所述入射光的强度不改变或不明显地改变。
2.根据权利要求1所述的食品加工设备，其中如果所述输送机表面或所述光源与所述感兴趣的区域之间的距离在一特定区间内增加或减小，在所述感兴趣的区域上的所述入射光不改变或不明显地改变。
3.根据权利要求2所述的食品加工设备，其中所述特定区间是小于20cm，例如小于15cm，诸如小于10cm，例如小于8cm，诸如小于6cm，例如小于4cm，诸如小于3cm，例如小于2cm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的食品加工设备，其中所述光学中心线和来自所述光源的光源中心线与所述输送机表面或要分析的最低的可能上部食品表面在不同的位置相交。
5.根据前述权利要求中任一项所述的食品加工设备，其中所述光源中心线垂直于所述输送方向。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的食品加工设备，其中所述光学中心线垂直于所述输送方向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的食品加工设备，其中所述光源中心线与所述光学中心线之间的角度是至少0.5度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的食品加工设备，包括处理器和/或图像处理器，所述处理器和/或图像处理器被配置为接收表示由所述摄像机捕获的反射光的数据并且确定食品对象的颜色和/或光强度和/或颜色变化和/或光强度变化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的食品加工设备，包括图像处理器，所述图像处理器被配置为接收表示由所述摄像机捕获的反射光的数据并且生成食品对象的3D图像轮廓。
10.根据前述权利要求中任一项所述的食品加工设备，其中所述处理器和/或所述图像处理器被配置为在输送所述食品对象的同时接收所述数据并且分析所述图像数据。
11.一种食品加工设备中提供食品对象的图像的方法，所述食品加工设备包括输送机和成像系统，
-其中所述输送机形成输送机表面，在所述输送机表面上能够在输送方向上输送食品对象，其中下部食品表面抵靠所述输送机表面，并且上部食品表面背离所述输送机表面，并且
-其中所述成像系统被配置为分析所述上部食品表面的感兴趣的区域，并且包括：
-光源，所述光源被放置在所述输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在所述输送机表面上和在所述上部食品表面上；
-摄像机，所述摄像机具有光学中心线并且被放置在所述输送机表面上方并且被配置用于捕获所述入射光的反射；以及
-可选地，处理器，所述处理器与所述摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析所述上部食品表面上的所述感兴趣的区域；
所述方法包括如下步骤：将所述光源和所述摄像机相对于彼此布置，使得如果所述输送机表面或所述光源与所述感兴趣的区域之间的距离增加或减小，在所述感兴趣的区域上的所述入射光的强度不改变或不明显地改变。
12.一种食品加工设备中用于相对于摄像机放置光源的方法，所述食品加工设备被配置为在所述光源和摄像机下面在输送机表面上输送食品对象，
其中在所述摄像机和光源下面输送在所述输送机表面上方具有不同的高度的多个测试表面；
其中当在所述摄机和光源下面输送所述多个测试表面中的每个时，改变所述摄像机与所述光源之间的角度，或所述摄像机的镜头能够捕获来自沿着所述测试表面中的每个的至少一个线的反射光，其中所述线平行于运输方向；
其中对于所述摄像机和所述光源之间的不同的角度，确定从所述测试表面反射的光的光强度，并且
其中基于确定的光强度之间的偏差来选择角度，以实现所述食品对象的高度对被反射到所述摄像机上的光的光强度只有很小影响或没有影响的效果。
13.根据权利要求12所述的方法，其中当不止一个角度提供对于所述测试表面的不同的高度所述反射光的强度相同或几乎相同的效果时，基于所述反射光的强度来选择所述角度。
14.一种食品加工设备，包括输送机和成像系统，其中所述输送机形成输送机表面，在所述输送机表面上能够在输送方向上输送食品对象，其中下部食品表面抵靠所述输送机表面，并且上部食品表面背离所述输送机表面，所述成像系统被配置为分析所述上部食品表面上的感兴趣的区域，并且包括：
-光源，所述光源被放置在所述输送机表面上方并且被配置为发射光束，所述光束提供入射光在所述输送机表面上和在所述上部食品表面上，
-摄像机，所述摄像机具有光学中心线并且被放置在所述输送机表面上方并且被配置用于捕获所述入射光的反射，
-处理器，所述处理器与所述摄像机通信并且被配置为基于捕获的反射来分析所述上部食品表面上的所述感兴趣的区域，以及
-传感器，所述传感器被配置为确定用于所述入射光的强度的标记，
其中所述处理器被配置为从所述摄像机接收捕获的反射并且基于所述标记补偿所述反射。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述传感器是高度传感器，并且所述标记是由所述高度传感器确定的所述输送机表面与所述感兴趣的区域之间的距离。
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