CN113163978A - 具有胶囊识别的饮料制备机器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于制备和分配饮料(2)的机器(1)，该机器(1)具有：具有第一部件(11)和第二部件(12)的胶囊提取单元(10)，该第一部件(11)和第二部件(12)能够在用于插入胶囊(3)的远离位置与用于提取此类胶囊(3)的靠近位置之间相对地移动；控制单元(40)，该控制单元(40)用于控制提取单元(10)以提取此类胶囊(3)；出口(20)，该出口(20)用于将通过提取此类胶囊(3)形成的所述饮料(2)分配到位于容器放置区域中的用户容器(4)；以及胶囊识别装置(30)，该胶囊识别装置(30)连接到控制单元(40)以识别插入机器(1)的胶囊的至少一部分的颜色。

Description

具有胶囊识别的饮料制备机器
技术领域
本发明领域涉及使用具有待制备饮料的配料的胶囊的饮料制备机器。本发明领域具体地涉及使用胶囊并且被配置为自动识别插入机器的胶囊类型以便例如使饮料制备参数适应所识别出的胶囊类型的饮料制备机器。
出于本说明书的目的，“饮料”意在包括任一种可供人类食用的液体物质，诸如茶、咖啡、巧克力热饮或冷饮、奶、汤、幼儿食品等。“胶囊”意在包括置于封闭包装，尤其是气密包装内的任一种预先分份的饮料配料，诸如调味配料，封闭包装由任一种材料制成(例如塑料包装、铝包装、可回收包装和/或可生物降解包装)并且可为任意形状和结构，包括容纳配料的柔软荚包或刚性储盒。胶囊可容纳用于制备单份饮料或多份饮料的一定量的配料。
背景技术
某些饮料制备机器使用胶囊，该胶囊容纳待提取或待溶解的配料，和/或在饮料制备机器中储存和自动定量投放的配料，或者在制备饮料时添加的配料。一些饮料机具有填充装置，该填充装置包括用于通常为水的液体的泵，其用来泵送来自水源的液体，这种液体是冷的或实际上通过加热装置例如加热块等来加热。
尤其是在咖啡制备领域中，已广泛开发了多种机器，其中容纳饮料配料的胶囊插入在泡制装置中。
已开发出便于插入“新鲜”胶囊和移除使用过的胶囊的泡制装置。通常，泡制装置包括两个部件，这两个部件能够从用于插入/移除胶囊的构型相对移动到用于泡制胶囊中的配料的构型。
可手动致动泡制装置的可移动部件，如在WO 2009/043630、WO 01/15581、WO 02/43541、WO 2010/015427、WO 2010/128109、WO 2011/144719和WO 2012/032019中有所公开。各种手柄构型在EP 1867260、WO 2005/004683、WO 2007/135136、WO 2008/138710、WO2009/074550、WO 2009/074553、WO 2009/074555、WO 2009/074557、WO 2009/074559、WO2010/037806、WO 2011/042400、WO 2011/042401和WO 2011/144720中有所公开。WO 2009/074550、WO 2011/144719、EP2014195046、EP2014195048和EP2014195067中公开了将此类布置结构集成到饮料机中。
泡制装置的活动部件可通过电机来致动。例如，EP 1 767 129中公开了此类系统。在该案例中，用户不必手动开启或关闭泡制装置。泡制装置具有胶囊插入通道，该通道设置有经由开关而组装到泡制装置的可移动部件的安全门，以用于在通道关闭期间检测手指出现在通道中的不期望情况，并且防止手指受到挤压伤害。WO 2012/093107和WO 2013/127906中公开了用于胶囊插入通道的另选盖。WO 2012/025258、WO 2012/025259和WO2013/127476中公开了不同的机动化系统。
为了允许用户与此类机器交互以向机器提供操作指令或从其获得反馈，本领域已经公开了各种系统，例如在以下参考文献中所提及的：AT 410 377、CH 682 798、DE 44 29353、DE 202 00 419、DE 20 2006 019 039、DE 2007 008 590、EP 1 448 084、EP 1 676509、EP 08155851.2、FR 2 624 844、GB 2 397 510、US 4,377,049、US 4,458,735、US 4,554,419、US 4,767,632、US 4,954,697、US 5,312,020、US 5,335,705、US 5,372,061、US5,375,508、US 5,645,230、US 5,685,435、US 5,731,981、US 5,836,236、US 5,959,869、US6,182,555、US 6,354,341、US 6,759,072、US 2007/0157820、WO 97/25634、WO 99/50172、WO 2004/030435、WO 2004/030438、WO 2006/063645、WO 2006/090183、WO 2007/003062、WO2007/003990、WO 2008/104751、WO 2008/138710、WO 2008/138820、WO 2010/003932、WO2011/144720和WO 2012/032019。
为了便于操作机器，可以自动识别供应到机器的胶囊，然后自动抓握并提取胶囊，如例如WO 2012/123440中所公开的那样。
文档WO 2012/049426 A2描述了包括通过互联网连接到远程服务器的饮料制备机器的系统。供应给机器的胶囊的特性(例如其颜色)由机器捕获并发送至用于确定胶囊类型的远程服务器。
仍然需要通过可靠地自动识别胶囊的机器来改善饮料分配。
文档US 2012/123440描述了具有彩色图像传感器的条形码扫描器，其可使用来自传感器的例如RGB或YUV颜色图像信号以便解码条形码，具体地讲是以便确定所捕获图像中的条形码的边缘。
发明内容
本发明涉及用于制备饮料的机器。饮料制备机器可为家用或非家用机器。
该机器可用于制备咖啡、茶、巧克力、可可、奶、汤、幼儿食品等。
饮料制备通常包括混合多种饮料配料，例如水和乳粉；和/或冲泡饮料配料，诸如用水冲泡研磨咖啡或茶。此类配料中的一种或多种可以松散和/或团聚粉末形式和/或以液体形式、具体地以浓缩物形式供应。载体或稀释剂液体(例如，水)可与此类配料混合以形成饮料。通常，根据用户要求形成并分配预定量的饮料，该预定量对应于一部分(例如一份)。此部分的体积可在25ml至200ml的范围内，甚至多达300ml或400ml，例如装满茶杯的体积，具体取决于饮料的类型。形成并分配的饮料可选自芮斯崔朵特浓咖啡(ristrettos)、浓缩咖啡(espressos)、lungo咖啡、热牛奶咖啡(cappuccinos)、拿铁玛奇朵(lattemacchiato)、拿铁咖啡(café latte)、美式咖啡(americano coffees)、茶等。具体地，咖啡机可被配置为分配浓缩咖啡，例如每份的可调体积为20ml至60ml；和/或用于分配lungo咖啡，例如每份的体积在70ml至150ml的范围内。
本发明的机器具有用于提取饮料配料胶囊以形成饮料的单元。该单元具有第一部件和第二部件，该第一部件和第二部件能够在用于插入和/或移除胶囊的远离位置与用于固定和提取此类胶囊的靠近位置之间相对移动。在靠近位置，第一部件和第二部件通常界定提取室。
胶囊可包括胶囊主体，例如大致直的或锥形的主体。胶囊可以具有从周边部分例如胶囊主体的边缘或面延伸的圆形的周边环形凸缘，例如柔性或刚性凸缘。胶囊可容纳用于制备茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、乳、汤或幼儿食品的风味配料。
第一部件和第二部件中的至少一个部件可界定用于接收例如胶囊内的配料的腔，诸如锥形腔(例如圆锥形或金字塔形腔)或直腔(例如圆柱形或梯形腔)。此类腔可沿着与第一部件和第二部件的相对移动方向大致共线的轴线延伸。随后由此类腔在一侧界定提取室。
这些第一部件和第二部件中的另一部件可由另一个腔界定或包括提取板，诸如设置有用于打开胶囊的流通面的穿刺元件的板或者用于与胶囊的预先打开的或自打开式流通面配合的非侵入性板。
WO 2008/037642和WO 2013/026843中公开了提取室的示例。
这些部件中的至少一个部件可具有胶囊开启器，例如一个或多个胶囊刺穿器。
胶囊还可包括自打开机构。例如，CH 605 293和WO 03/059778中公开了自打开式胶囊。
当使用封闭胶囊时，第一部件和第二部件可包括胶囊开启器，诸如刀片和/或撕开工具，例如具有撕裂轮廓的板，例如从NespressoTM机器已知的或者在EP 0 512 470、EP 2068 684和WO 2014/076041以及其中引用的参考文献中公开的具有撕裂轮廓的板。
部件中的至少一个部件可具有开口，以供要与此类胶囊中容纳的配料混合的液体流入。
该机器包括用于控制提取单元以提取此类胶囊的控制单元。该控制单元可通过电源例如经由电线供电。
该机器具有出口，该出口用于将通过提取此类胶囊形成的饮料分配到位于容器放置区域中的用户容器，诸如茶杯或马克杯。
调味饮料的制备方式可为：将诸如水之类的载液循环(使用液体驱动器，例如泵)到胶囊中，以通过例如沿着提取方向暴露于保持在胶囊中的调味配料来给液体调味，所述提取方向可大致平行于第一部件和第二部件的相对移动方向或者大致平行于提取的纵向或中心方向。
例如，用户容器可被放置在容器支撑件上以收集饮料。
容器支撑件可通过此类机器所在的外部放置支撑件来形成。
容器支撑件可由机器包括的支撑件形成，例如可移动或可移除的机器支撑件。
容器放置区域可与用于支撑位于出口下方的此类用户容器的机器容器支撑件相关联。该支撑件可以与滴盘相关联，例如支撑该支撑件的滴盘；和/或能够在出口下方相对于外壳垂直地移动和/或在出口下方相对于外壳远离移动，从而能够在出口下方放置不同高度的用户容器。EP 0 549 887、EP 1 440 639、EP 1 731 065、EP 1 867 260、US 5,161,455、US 5,353,692、WO 2009/074557、WO 2009/074559、WO 2009/135869、WO 2011/154492、WO 2012/007313、WO 2013/186339、WO 2016/096705、WO 2016/096706和WO 2016/096707中公开了合适的容器支撑件的示例。
在实施方案中，出口可固定到以下部件或由以下部件形成或安装到以下部件上或安装到以下部件中：
-机器头，该机器头具有其中出口位于容器放置区域上方的展开位置以及其中出口回缩到外部机器主外壳内的塌缩位置，诸如通过第一部件和第二部件中的至少一个部件或通过由控制单元控制的致动器驱动以向内进入和向外离开主外壳的机器头；和/或
-可移动的饮料引导件，该可移动的饮料引导件具有将饮料分配到容器放置区域的饮料分配构型和阻止将饮料分配到容器放置区域的饮料止挡构型，例如通过将残余饮料从引导件经过引导件边缘排出到废物容器，诸如通过第一部件和第二部件中的至少一个部件或通过一个(或上述)机器头或通过由控制单元控制的致动器在分配构型与止挡构型之间驱动的饮料引导件。
例如，该机器设置有机器头，如WO 2017/037212和WO 2017/037215中所公开的那样。
EP 1867260、WO 2009/074559、WO 2009/135869、WO 2010/128109、WO 2011/086087、WO 2011/086088、PCT/EP2017/050237和WO 2017/037212中公开了用于实施本发明的合适的废物容器的示例。
定向液体引导件可以完全限定于主体和/或机器头中。
WO 2006/050769、WO 2012/072758、WO 2013/127907、WO 2016/083488和WO 2017/037212中公开了适合的或适于实施本发明的定向液体引导件的细节。
提取单元可包括用于将胶囊进给到提取室的胶囊进料器，该进料器具有胶囊分配器，该胶囊分配器具有从进料器朝向提取室释放此类胶囊的释放构型以及保持此类胶囊远离提取室的保持构型。
胶囊分配器可由机械和/或磁性胶囊门形成，诸如例如具有与此类胶囊的外部形状的至少一部分互补并匹配的形状的胶囊保持器。
该胶囊保持器可具有能够在阻碍朝向提取室转移的位置与无碍朝向提取室的转移的位置之间移动的胶囊门，诸如可枢转的和/或可平移的胶囊门。
该胶囊保持器可具有用于从保持构型变为释放构型或从释放构型变为保持构型的致动器，诸如由控制单元控制的致动器。
在朝向提取室释放胶囊之后，该胶囊分配器可立即从释放构型变为保持构型，使得仅在需要释放胶囊时提供朝向提取室的通道。
WO 2012/126971、WO 2014/056641、WO 2014/056642和WO 2015/086371中公开了合适的胶囊分配器的细节。
胶囊进料器可包括用于将此类胶囊引导至提取室呈预定胶囊取向以使其进入提取室的通道，诸如与胶囊固定器相关联的通道，该胶囊固定器用于在将第一部件和第二部件相对地移动到其靠近位置之前将此类胶囊固定在处于远离位置的第一部件与第二部件之间。
第一部件和第二部件(以及任选的胶囊引导通道)与配料胶囊之间的相互作用可为WO 2005/004683、WO 2007/135135、WO 2007/135136、WO 2008/037642和WO 2013/026856中所公开的类型。
当第一部件和第二部件处于远离位置或朝向远离位置移动时，控制单元可控制胶囊分配器从进料器释放此类胶囊，以便当第一部件和第二部件返回其靠近位置时使此类胶囊进入提取室。
当第一部件和第二部件为以下情况时，控制单元可控制胶囊分配器将此类胶囊保持在进料器中并远离提取室：
-处于靠近位置或相对地移动到该靠近位置；或
-处于远离位置并即将相对地移动到靠近位置，以便当此类胶囊从分配器释放的话为该胶囊留出的时间不足以在第一部件和第二部件到达靠近位置之前将胶囊接收到提取室中。
胶囊进料器可包括连接到控制单元的胶囊传感器或与该胶囊传感器相关联，控制单元被配置为当胶囊传感器感测到胶囊分配器上或该胶囊分配器处无此类胶囊时，使该胶囊分配器进入或保持其保持构型。例如在WO 2012/123440、WO 2014/147128、WO 2015/173285、WO 2015/173289、WO 2015/173292、WO 2016/005352和WO 2016/005417中公开了胶囊传感器的示例。
控制单元可被配置为控制致动器，使得在预定的时间段之后第一部件和第二部件被致动器移动：从靠近位置移动到远离位置以及从远离位置移动到靠近位置，该预定的时间段例如从饮料制备触发事件开始，诸如例如胶囊检测、胶囊识别、用户致动机器的用户界面等或它们的组合，例如预定的时间段在3秒至15秒的范围内，诸如5秒至12秒，例如7秒至10秒。
EP 1767129、WO 2012/025258、WO 2012/025259、WO 2013/127476和WO 2014/056641中公开了由致动器(例如，马达)相对地移动的此类部件的示例。
例如，该第一部件和第二部件能够大致沿着竖直轴线由致动器从靠近位置相对地移动到远离位置和/或反之亦然。
该机器可包括用于将液体例如水供应到提取室中的液体供应器，该液体供应器连接到控制单元并受其控制以将此类液体供应到提取室中以及中断此类供应，中断此类供应的操作自动地和/或经由连接到控制单元的用户界面手动地执行，和/或在由检测布置结构检测到此类容器的移除时执行。例如，液体供应器包括以下各项中的一者或多者：所述液体的源，诸如液体储罐或用于连接到外部液体提供器的液体连接器；用于将此类液体引导至提取室的一个或多个液体管；用于将此类液体驱动到提取室中的液体驱动器，诸如泵，例如电磁泵(往复式活塞泵)或蠕动泵或隔膜泵；以及用于热调节此类液体的热调节器，例如加热器和/或冷却器，诸如直列式热调节器，例如直列式流量调节器。
WO2016/005349、EP2015194020.2、PCT/EP2017/050237以及其中引用的参考文献中公开了合适的液体源的示例，例如储罐或连接器。
热调节器可以是热水器或加热块或应需加热器(ODH)，例如EP 1 253 844、EP 1380 243和EP 1 809 151中公开的ODH类型。
泵及其在饮料机器中的结合的示例在WO 2009/150030、WO 2010/108700、WO2011/107574和WO 2013/098173中有所公开。
控制单元可被配置为控制液体供应器，以便：
-在第一部件和第二部件在部件从远离位置移动到靠近位置时，当第一部件和第二部件已经到达它们的靠近位置并且胶囊容纳在胶囊提取室中时，将所述液体自动供应到所述提取室中，以便将所述液体与胶囊中容纳的配料混合并形成经由出口分配的饮料，该过程任选地在通过一个(或上述)胶囊传感器感测到将此类胶囊供应到该单元之后执行；和/或
-在第一部件和第二部件已经到达其靠近位置并且提取室中未容纳任何胶囊时，将该液体自动供应到所述提取室中，以便冲洗或清洁单元的至少一部分和任选的出口，液体供应器例如被配置为在冲洗或清洁温度下供应液体，该冲洗或清洁温度与此类液体例如通过泡制来形成饮料的温度不同。
在一个具体实施方案中，还设想递送冷冻或凉爽的饮料。
控制单元可被配置为控制液体供应器以在第一部件和第二部件已经到达其靠近位置并且提取室中未容纳任何(例如被检测到或被识别的)胶囊时不将液体自动供应到提取室中。例如，控制单元被配置为控制液体供应器，以在连接到控制单元的用户界面上感测到对应的手动用户输入时将液体供应到提取室中。
控制单元可具有提取结束管理程序，该提取结束管理程序在液体供应被中断时(例如，当预定提取过程结束或被检测为有故障时)自动运行，以执行以下操作：
-将第一部件和第二部件立即相对地移动到其远离位置，以便从第一部件与第二部件之间移除任何胶囊；或
-使第一部件和第二部件在靠近位置保持预定时间段(例如在1秒至5秒诸如2秒至3秒的范围内)，以允许手动请求(例如经由连接到控制单元的用户界面)以经由液体供应器将额外量的液体供应到提取室中，以及在预定时间段内不存在此类手动请求时，将第一部件和第二部件相对地移动到其远离位置，以便从第一部件与第二部件之间移除任何胶囊，例如将此类胶囊移入由一个(或上述)废物容器形成的旧胶囊收集器中。
例如，在将第一部件和第二部件移动到其靠近位置之前，这些部件可在预定时间段保持进入其远离位置，诸如在1秒至6秒例如2秒至4秒的范围内的时间段，从而允许先将新胶囊插入在第一部件与第二部件之间，然后再将其相对地移动到其靠近位置，并且新胶囊容纳在提取室中以供提取新胶囊。
因此，用户可请求将两份(或多份)饮料(例如，双份浓缩咖啡)分配到同一用户容器中。
根据本发明，该机器包括：
-提取单元，该提取单元用于提取饮料配料胶囊以形成饮料，例如具有第一部件和第二部件的单元，该第一部件和第二部件能够在用于插入和/或移除胶囊的远离位置与用于固定和提取此类胶囊的靠近位置之间相对地移动，靠近位置是诸如其中第一部件和第二部件界定提取室的靠近位置，任选地这两个部件中的至少一个部件具有胶囊开启器，例如一个或多个胶囊刺穿器，并且/或者这两个部件中的至少一个具有开口，以供要与此类胶囊中容纳的配料混合的液体的流入；
-控制单元，所述控制单元用于控制所述提取单元提取此类胶囊，诸如由电源例如经由电线供电的控制单元；
-出口，该出口用于将通过提取此类胶囊形成的饮料分配到位于容器放置区域的用户容器，诸如茶杯或马克杯，该容器放置区域诸如位于容器支撑件上，例如此类机器位于其上的外部放置支撑件，或机器支撑件，例如能够移动或能够移除的机器支撑件，以收集饮料，
-颜色识别模块，该颜色识别模块用于识别插入机器的胶囊的颜色，该颜色识别模块包括用于感测此类胶囊的表面的至少一部分的样品颜色的颜色传感器；
其中颜色识别模块被配置成用于通过以下方式将样品颜色与至少一种参考颜色进行比较：
-计算样品颜色的HSL样品颜色矢量；
-计算HSL样品颜色矢量的色相分量与至少一种参考颜色的HSL参考颜色矢量的色相分量之间的色相距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的饱和度分量与所述HSL参考颜色矢量的饱和度分量之间的饱和度距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的亮度分量与所述HSL参考颜色矢量的亮度分量之间的亮度距离，
-用色相距离、饱和度距离和亮度距离计算HSL分数，以确定颜色样品与至少一种参考颜色之间的匹配。
基于HSL矢量之间的色相距离、饱和度距离和亮度距离来计算HSL分数允许实现可靠的颜色识别，即使在可能彼此接近的颜色内也是如此。实验表明，本发明的机器允许在较大颜色范围内实现可靠的颜色识别，即使在有时苛刻的环境诸如饮料制备机器的内部中也是如此。
机器的颜色识别模块例如配置成用于由样品颜色的RGB样品颜色矢量来计算HSL样品颜色矢量。
颜色识别模块例如配置成用于以如下方式计算HSL分数：计算样品颜色的暗度水平和去饱和水平，并且按基于暗度水平和/或去饱和水平确定的相应HSL权重对色相距离、饱和度距离和亮度距离进行加权，以便最小化可能不可靠地计算得出的距离对所得HSL分数的影响。
在实施方案中，颜色识别模块被配置成用于计算指示样品颜色与至少一种参考颜色之间的距离的第二分数。在一个或多个HSL分数的计算不允许识别颜色并因此以足够的概率确定取样胶囊的类型的情况下，第二分数用作第二检查。
第二分数为例如RGB分数，并且颜色识别模块例如配置成用于以如下方式计算RGB分数：
-计算样品颜色的RGB样品颜色矢量与至少一种参考颜色的RGB参考颜色矢量之间的颜色距离，
-计算样品颜色的样品色度矢量与至少一种参考颜色的参考色度矢量之间的色度距离，
-用颜色距离和色度距离计算分数，以确定颜色样品与至少一种参考颜色之间的匹配。
计算RGB分数例如意味着计算样品颜色的明度水平并且按基于明度水平确定的相应平衡因子对颜色距离和色度距离进行加权。
颜色识别模块例如配置成用于在不能用HSL分数确定颜色样品与至少一种参考颜色之间的匹配的情况下计算第二分数。例如如果没有特定样品颜色的HSL分数低于第一预定HSL分数阈值，则计算第二分数。
在实施方案中，如果特定样品颜色的所有HSL分数均高于第二预定HSL分数阈值，则取样胶囊例如被确定为未知类型。然后例如如果一个或多个HSL分数介于第一HSL分数阈值和第二HSL分数阈值之间，则仅计算第二分数，以便检查样品颜色是否确实对应于导致此类HSL分数的一种或多种参考颜色。优选，仅计算导致此类HSL分数的参考颜色子集的第二分数。如果一个或多个第二分数例如低于第二预定分数阈值，则取样胶囊被视为例如对应于导致最低第二分数的参考颜色的类型。
饮料制备机器优选包括具有保持装置的胶囊识别位置，该保持装置用于将胶囊保持在颜色识别模块的前方，以便允许颜色识别模块对胶囊的颜色进行取样。
在实施方案中，颜色识别模块被配置成用于通过计算用于确定样品颜色与多种参考颜色中的每种参考颜色之间的匹配的多个HSL分数来将所述样品颜色与所述多种参考颜色进行比较。
颜色识别模块例如配置成用于基于最匹配样品颜色的参考颜色来识别胶囊。
颜色识别模块例如配置成用于以如下方式确定是否匹配：如果HSL分数低于或等于阈值，则确定样品颜色与参考颜色之间匹配；以及如果HSL分数高于阈值，则确定所述样品颜色与所述参考颜色之间不匹配。
该机器还可包括胶囊检测器，该胶囊检测器用于检测位于或接近机器的胶囊进料器的胶囊的存在，并且通过颜色识别模块触发颜色识别。
该机器还可包括材料检测器，该材料检测器用于识别位于或接近机器的胶囊进料器的胶囊的材料。
本发明的另一方面涉及根据任一前述权利要求所述的机器与胶囊的组合，例如，此类胶囊位于机器的提取室中或此类胶囊通过机器的胶囊进料器来操纵。
本发明的另一方面涉及通过上文限定的机器中的胶囊制备和分配饮料的方法，包括：将胶囊插入机器；感测胶囊表面的至少一部分的样品颜色；通过以下方式将样品颜色与至少一种参考颜色进行比较：
-计算样品颜色的HSL样品颜色矢量；
-计算HSL样品颜色矢量的色相分量与至少一种参考颜色的HSL参考颜色矢量的色相分量之间的色相距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的饱和度分量与所述HSL参考颜色矢量的饱和度分量之间的饱和度距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的亮度分量与所述HSL参考颜色矢量的亮度分量之间的亮度距离，
-用色相距离、饱和度距离和亮度距离计算HSL分数，以确定颜色样品与至少一种参考颜色之间的匹配，
基于比较的结果来识别胶囊的类型；将第一部件和第二部件相对地移动到它们的远离位置；将胶囊供应到提取单元；将第一部件和第二部件相对地移动到它们的靠近位置以将胶囊定位在提取室中；应用基于胶囊的识别类型确定的提取参数提取提取室中的胶囊以制备饮料；以及经由出口分配所制备的饮料。
本发明的另一方面涉及胶囊用于以下方面的用途：如上所限定的机器；形成如上所限定的组合；或执行如上所限定的方法；其中胶囊的类型通过如下方式识别：
-感测胶囊表面的至少一部分的样品颜色，
-通过以下方式将样品颜色与至少一种参考颜色进行比较：
ο计算样品颜色的HSL样品颜色矢量，
ο计算HSL样品颜色矢量的色相分量与至少一种参考颜色的HSL参考颜色矢量的色相分量之间的色相距离，
ο计算HSL样品颜色矢量的饱和度分量与HSL参考颜色矢量的饱和度分量之间的饱和度距离，
ο计算HSL样品颜色矢量的亮度分量与HSL参考颜色矢量的亮度分量之间的亮度距离，
ο用色相距离、饱和度距离和亮度距离计算HSL分数，以确定颜色样品与至少一种参考颜色之间的匹配；
应用基于胶囊的识别类型确定的提取参数提取提取室中的胶囊以制备饮料。
附图说明
现在参照示意图描述本发明，其中：
-图1是根据本发明的机器的透视图；
-图2是图1所示机器的剖视图，其中胶囊待识别且朝向机器的提取室进料，并且具有用户容器；
-图3示出了图2所示的机器和胶囊，其中第一部件和第二部件被从它们的相对靠近位置带到它们的相对远离位置；
-图4是图3的机器和胶囊的剖视图，其中已朝向提取室释放胶囊；以及
-图5示出了图4中的机器和胶囊，其中释放的胶囊固定在处于远离位置的第一部件与第二部件之间；
-图6示出了图5中的机器和胶囊，其中第一部件和第二部件相对地移动到它们的靠近位置以形成其中容纳有胶囊的提取室，液体供应器将液体供应到提取室以与胶囊中的调味配料混合并经由出口将液体分配到用户容器；
-图7示出了图6中的机器和胶囊在提取胶囊之后以及第一部件和第二部件相对地移动到它们的远离位置之后的情况，其中胶囊被弹出到废物收集器中并且没有向机器的提取室进料新胶囊；
-图8示出了图7中的机器和胶囊的变型，其中在提取的胶囊被弹出后朝向机器的提取室进料新胶囊；
-图9是根据本发明的颜色识别模块的剖视图；
-图10是图9的颜色识别模块以及所识别的胶囊的剖视图；
-图11是示出本发明的颜色识别方法的框图；
-图12示出了用于计算本发明HSL分数的权重之间的关系作为HSL样品颜色矢量的饱和度分量值和亮度分量值的函数；
-图13示出了用于计算本发明HSL分数的色相权重之间的关系作为HSL样品颜色矢量的饱和度分量值和亮度分量值的函数；
-图14是示出本发明的另选颜色识别方法的框图。
具体实施方式
图1至图8示出了根据本发明的饮料机器1的示例性实施方案，该机器用于制备和分配饮料2，诸如茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、奶、汤或幼儿食品。该配料可以配料胶囊3的形式被供应，例如在上述标题为“技术领域”部分中描述的类型。
图1至图8的顺序示出了机器1中的饮料制备顺序，从配料胶囊3的供应到在制备好饮料之后移除胶囊3。
机器1包括用于提取饮料配料胶囊3以形成饮料2的提取单元10。提取单元10具有例如第一部件11和第二部件12，该第一部件和第二部件能够在用于插入和/或移除胶囊3的远离位置与用于固定和提取此类胶囊3的靠近位置之间相对地移动，靠近位置是诸如其中第一部件11和第二部件12界定提取室100的靠近位置。例如，部件11、12中的至少一个部件具有胶囊开启器，例如一个或多个胶囊刺穿器，并且/或者所述部件11、12中的至少一个部件具有开口，以供要与此类胶囊3中容纳的配料混合的液体的流入。
机器1包括用于控制提取单元10以提取胶囊3的控制单元40，示意性地在图2至图8中示出。控制单元40可由输电干线(例如经由电线45)或由直流电源(例如电池，诸如汽车电池或便携式电池或机器电池)供电。
机器1具有出口20，该出口用于将通过提取此类胶囊3形成的饮料2分配到位于容器放置区域的用户容器4，诸如茶杯或马克杯，以收集饮料2。此类区域可在容器支撑件5、6上，例如此类机器1位于其上的外部放置支撑件5、或机器支撑件6，例如能够移动或能够移除的机器支撑件6，例如位于外部放置支撑件5上或上方的机器支撑件6。
在实施方案中，出口20例如固定到机器头21或由其形成或安装到其上或安装到其中，该机器头具有其中出口20位于容器放置区域上方的展开位置以及其中出口20回缩到外部机器主壳体14内的塌缩位置。机器头21可通过第一部件11和第二部件12中的至少一个部件或通过由控制单元控制的致动器驱动以向内进入和向外离开壳体14。
出口20可固定到能够移动的饮料引导件22或由其形成或安装到其上或安装到其中，该引导件具有将饮料2分配到容器放置区域的饮料分配构型(例如图6中所示)和阻止将饮料分配到容器放置区域的饮料停止构型(例如图2中可见)，例如通过将残余饮料从引导件22经过引导边缘23排出到废物容器60。引导件22可通过第一部件11和第二部件12中的至少一个部件或通过一(或上述)机器头21或通过由控制单元控制的致动器在分配构型与停止构型之间驱动。
提取单元10包括致动器13，该致动器配置成用于使第一部件11和第二部件12在它们的相对远离位置与它们的靠近位置之间相对地移动。致动器13连接到控制单元40并因此被控制以相对移动第一部件11和第二部件12。
控制单元40连接到用于启动和/或控制提取单元10的输入装置。根据本发明，输入装置包括例如用户界面41和颜色识别模块8，以识别准备插入提取单元10的胶囊3的类型。输入装置任选地还包括胶囊传感器，该胶囊传感器用于感测位于和/或接近提取单元10的胶囊3的存在。
提取单元10可包括用于将胶囊3进给到提取室100的胶囊进料器15。胶囊进料器15可具有胶囊分配器151，该胶囊分配器具有从胶囊进料器15朝向提取室100释放胶囊3的释放构型以及保持胶囊3远离提取室100的保持构型。胶囊进料器15可包括机械和/或磁性胶囊门，诸如匹配胶囊3的外部形状的至少一部分的胶囊保持器151。
胶囊进料器15可具有用于将胶囊3引导至提取室100呈预定胶囊取向以使其进入提取室100的通道152(图4)，诸如与胶囊固定器相关联的通道152，该胶囊固定器用于在将第一部件11和第二部件12相对于彼此移动到它们的靠近位置(图6)之前将胶囊3固定在处于它们的远离位置(图5)的第一部件与第二部件之间。
当第一部件11和第二部件12处于远离位置(图4)或当它们朝向远离位置移动时，控制单元40可控制胶囊分配器151以从进料器15释放胶囊3，以当第一部件11和第二部件12返回它们的靠近位置(图6)时使胶囊3进入提取室100。
当第一部件11和第二部件12为以下情况时，控制单元40可控制胶囊分配器151以将胶囊3保持在进料器15中并且远离提取室100：处于靠近位置或移动到靠近位置(图2)；或者处于远离位置并且即将移动到靠近位置，以便胶囊3--如果胶囊被从分配器151释放的话--留出的时间不足以在第一部件11和第二部件12到达靠近位置之前将胶囊接收到提取室100中。
任选地，胶囊进料器15可包括或关联到连接到控制单元40的胶囊传感器，该控制单元例如配置成用于在当胶囊传感器感测到胶囊分配器151上或胶囊分配器处无胶囊3时，使胶囊分配器151进入或保持其保持构型(图7)。
控制单元40可配置成用于控制致动器13，使得从饮料制备触发事件开始的预定时间段后，第一部件11和第二部件12被致动器13从远离位置移动到靠近位置，触发事件诸如胶囊检测、胶囊识别、用户致动机器的用户界面或到达远离位置或这些事件的组合(图2至图6)；例如，预定时间段在3秒至15秒的范围内，诸如5秒至12秒，例如7秒至10秒。
提取单元10可包括液体供应器50、51、52、53、54，用于将液体例如水供应到提取室100(图2)。液体供应器50、51、52、53、54可连接到控制单元40并受其控制，以将液体供应到提取室100中以及中断此类供应，中断此类供应的操作自动和/或经由连接到控制单元40的用户界面41例如手动执行。
例如，液体供应器50、51、52、53、54包括以下项中的一者或多者：液体源50，诸如液体储罐或连接到外部液体提供器的液体连接器；用于将液体引导至提取室100的一条或多条液体管51、52；用于将液体驱动到提取室100中的液体驱动器53，诸如泵；以及用于热调节液体的热调节器54，例如加热器和/或冷却器，诸如直列式热调节器，例如直列式流量调节器。
控制单元40可配置成用于控制液体供应器50、51、52、53、54，以在第一部件11和第二部件12从远离位置移动到靠近位置后，当第一部件11和第二部件12已经到达它们的靠近位置并且胶囊3容纳在胶囊提取室100中时将液体自动供应到提取室100中，以便将液体与胶囊3中容纳的配料混合并形成经由出口20分配的饮料2。参见图6。
控制单元40可配置成用于控制液体供应器50、51、52、53、54，当第一部件11和第二部件12已经到达它们的靠近位置并且提取室100中未容纳任何胶囊时将液体自动供应到提取室100中，以便冲洗或清洁提取单元10的至少一部分和任选的出口20。例如，液体供应器50、51、52、53、54被配置成用于在冲洗或清洁温度下供应液体，该冲洗或清洁温度与此类液体例如通过冲煮来形成饮料的温度不同。
在一个具体实施方案中，还设想递送冷冻或凉爽的饮料。
控制单元40可配置成用于控制液体供应器50、51、52、53、54，当第一部件11和第二部件12已经到达它们的靠近位置并且提取室100中未容纳任何胶囊时不将液体自动供应到提取室100中。例如，控制单元40被配置成用于控制液体供应器50、51、52、53、54，以在连接到控制单元40的用户界面41上感测到对应的手动用户输入时将液体供应到提取室100中。
根据本发明，机器1包括颜色识别模块8，该颜色识别模块连接到控制单元40并且配置成用于识别进料或准备进给到提取室100的胶囊3的类型。如下文更详细地说明，颜色识别模块8通过识别胶囊3的表面的至少一部分的颜色来识别胶囊3的类型。控制单元40优选配置成用于根据与类型相关联的液体供应程序来控制液体供应器50、51、52、53、54，液体供应程序诸如具有一个或多个经调节的供应液体参数的液体供应程序，供应液体参数选自在所识别胶囊3的提取期间恒定或可变的液体温度、流量、压力和体积。例如，类型选自多个胶囊类型，该多个胶囊类型可在提取室100中提取并且各自与连接或可连接到控制单元40的内部或外部数据存储装置中存储的参考颜色相关联。
颜色识别模块8优选定位在胶囊进料器15附近，并且更具体地设置在胶囊分配器151的附近、周围和/或其中。
控制单元40可具有提取结束管理程序，该提取结束管理程序在液体供应被中断时(例如，当预定提取过程结束或被检测为有故障时)自动运行，以执行以下操作：
-将第一部件11和第二部件12立即相对地移动到它们的远离位置，以便从第一部件11与第二部件12之间移除任何胶囊3；或
-使第一部件11和第二部件12保持在靠近位置预定时间段，例如在1秒至5秒诸如2秒至3秒的范围内期间，从而允许手动请求(例如经由连接到控制单元40的用户界面41)以经由液体供应器50、51、52、53、54将额外量的液体供应到提取室100中，以及在所述预定时间段期间不存在此类手动请求时，将第一部件11和第二部件12相对地移动到它们的远离位置，以便从第一部件11与第二部件12之间移除任何胶囊3，例如将此类胶囊3移入由一(或上述)废物容器60形成的用过胶囊收集器60中。
任选地，在将第一部件11和第二部件12移动到它们的靠近位置之前，第一部件11和第二部件12可保持进入它们的远离位置预定时间段，诸如在1秒至6秒例如2秒至4秒的范围内的时间段，从而允许先将新胶囊3插入在第一部件11与第二部件12之间，然后再将它们相对地移动到它们的靠近位置，并且新胶囊3容纳在提取室100中以供提取新胶囊3。
在使用期间，可执行以下步骤(图1至图6)：
-将容器4放置在容器放置区域；
-将胶囊3放置在胶囊进料器15上；
-通过颜色识别模块8识别胶囊3的类型；
-自动、半自动或手动地将第一部件11和第二部件12相对地移动到它们的远离位置；
-将胶囊3供应到提取单元10；
-将第一部件11和第二部件12相对地移动到它们的靠近位置以将胶囊3定位在提取室100中；
-应用基于胶囊3的识别类型确定的提取参数提取提取室100中的胶囊3以制备饮料2；以及
-经由出口20将所制备的饮料2分配到容器4。
根据本发明，识别模块8被配置成用于通过识别胶囊3的至少一部分的颜色来确定插入或放置在机器1上的胶囊3的类型，例如由用户放置在胶囊进料器15上的胶囊3的类型。
机器1通常允许提取不同类型的胶囊，以便制备不同的饮料和/或不同的饮料风格。提取室100中可提取的不同类型的胶囊例如对应于容纳在其中的不同配料和/或不同的配料调理。在实施方案中，每种类型的胶囊对应于具体类型的咖啡，其不同于容纳在其它类型胶囊中的咖啡，例如但不限于容纳在胶囊中的咖啡的产地、烘焙程度、研磨水平、数量和/或其咖啡因含量中的一者或多者。另选地或以它们的组合，在机器1中可提取的不同类型的胶囊对应于用于制备不同饮料的配料，诸如例如咖啡、奶、汤、幼儿牛奶、茶、冷饮等。
优选，每种类型的胶囊与胶囊3的至少一部分的特定参考颜色相关联，从而允许例如用户在视觉上区分不同类型的胶囊。代表此类参考颜色的数据例如参考颜色矢量(通常每种参考颜色至少一个参考矢量)优选存储在连接或可连接控制单元40和/或识别模块8的内部或外部数据存储装置中。
机器1可配置成用于使用特定于具体类型的胶囊3的制备参数来提取每个胶囊3。例如，制备参数包括以下项的一者或多者：载液温度、载液体积、提取时间、载液压力、载液类型、多个连续的制备阶段等。与在机器1中可提取的每种类型的胶囊一起使用的制备参数优选存储在连接或可连接控制单元40和/或颜色识别模块8的内部或外部数据存储装置中。基于由颜色识别模块8确定并由控制单元40用来控制所识别的胶囊3的提取的胶囊3的类型来选择适当的制备参数。
机器1还可配置成用于将关于在机器中提取的每个胶囊类型的信息存储和/或传输到外部服务器，以便例如监测机器1上的胶囊消耗。
参考图9，颜色识别模块8包括：光源82，例如白色LED或任何其它合适的光源，优选具有已知明确光谱；以及颜色传感器81，例如RGB传感器。颜色识别模块8还优选包括控制器83，例如但不限于ASIC或可编程微控制器，用于控制光源82和颜色传感器81，例如用于打开和关闭光源82和/或用于接收和处理来自颜色传感器81的信号。光源82、颜色传感器81和控制器83优选附接例如焊接到电子板80，通常为PCB，并且以已知的方式为它们提供必要的电力和数据连接和/或互连。控制器83优选连接到机器1的控制单元40并受其控制。
优选，颜色识别模块8包括光导89，该光导用于引导由光源82朝向目标位置发射的光，以及用于优选将由颜色传感器81接收的光限制为由位于目标位置的对象反射的光，以便避免感测杂散光，例如环境光。光导89为例如覆盖件的形式，该覆盖件关联到例如附接到电子板80并且至少部分地覆盖光源82和/或颜色传感器81。覆盖件包括例如开口或往来于目标位置引导光的其它引导装置。在例示的示例中，在颜色传感器81和光源82中的每一者上方的覆盖件中形成腔体，并且这些腔体在其上侧开口。腔体的内壁优选被成型，以便避免腔体内的反射，这些反射可导致位于目标位置处的对象的错误光线和/或对由所述对象反射的光的错误颜色感测。
在实施方案中，颜色识别模块8还包括图中未示出的温度传感器，该温度传感器用于测量光源82的温度和/或其附近的环境温度。温度传感器优选直接或间接地附接到电子板80。测得的温度可随后例如由控制器83使用或直接由颜色传感器81使用，由于光源82的温度，根据由光源82发射的光的特性的可能变化来校正所感测颜色的特性。光源82例如包括发射白光的LED，该白光的特性诸如例如其强度和/或光谱优选以已知方式取决于光源的温度。因此，测得的光源81的温度和/或其周围的温度允许校正这些变化对所感测颜色的特性的影响。
任选地，机器1包括用于检测位于或接近胶囊进料器的胶囊的胶囊检测器84。胶囊检测器84例如包括在颜色识别模块8中，优选附接到例如焊接在电子板80上。然而，胶囊检测器的其它部署在本发明的框架内是可以的。胶囊检测器84可为任何合适的类型，例如，存在和/或运动检测器，诸如红外(IR)检测器、感应和/或电阻检测器、机械开关元件等。胶囊检测器84例如由颜色识别模块8的控制器83控制或由机器的控制单元直接控制。
在实施方案中，机器1还包括图中未示出的材料检测器，用于检测位于或接近胶囊进料器的胶囊的材料。材料检测器为例如用于识别胶囊的金属主体的电感器或电阻元件。材料检测器的输出例如被发送到控制器83并且与颜色识别模块8的输出一起使用，作为确定位于或接近胶囊进料器的胶囊的类型的附加标准。材料检测器可为除任选的胶囊检测器84之外的另外检测器，或者可使用单个检测器例如感应式、电容式或电阻式检测器作为胶囊检测器和材料检测器。
图10示出了胶囊3在被引入机器的提取室之前位于机器的胶囊进料器15中的胶囊。颜色识别模块8优选与胶囊进料器15相关联或为其的一部分。颜色识别模块8例如附接到胶囊保持器151并且被定位成使得光源发射的光朝向放置在胶囊进料器15中的胶囊3的表面，并且使得胶囊3的表面反射的光源的光的至少一部分朝向颜色传感器。
在例示的示例中，颜色识别模块8附接到胶囊保持器151的胶囊接收表面下方。胶囊保持器151的优选不透明材料将形成窗口，该窗口与颜色识别模块8的光导的开口配合，允许光源发射的光到达放置在胶囊保持器151上的胶囊3的表面的至少一部分，并且允许所述表面反射的光由颜色传感器接收。
由胶囊保持器151的优选不透明材料形成的窗口优选被半透明材料覆盖，以便保护颜色识别模块8的元件，具体地讲是保护颜色传感器、光源和任选的胶囊检测器，以免受外部机械性侵蚀，诸如但不限于灰尘、插入胶囊保持器151的窗口中的物体等。在实施方案中，胶囊保持器151的胶囊接收表面覆盖有半透明表层153，该表层由例如坚固半透明塑料材料制成并且被成型成例如模制成匹配胶囊3的表面的形状，以便在正确地放置在胶囊保持器151上时为胶囊3提供稳定的位置。在实施方案中，覆盖件153被进一步略微着色，以便至少部分地将颜色识别模块8及其元件隐藏在机器用户的视野中，同时不显著损害颜色识别模块8对胶囊3的颜色感测。
在实施方案中，当将胶囊3接近和/或放置在胶囊进料器15上时，任选的胶囊检测器检测胶囊3的存在并将对应的信号发送到控制器和/或机器的控制单元，该信号激活光源以照亮位于胶囊保持器151上的胶囊3的表面的至少一部分。颜色传感器继而被激活，以利用由所述表面反射并由颜色传感器接收的光感测胶囊3的样品颜色。然后将样品颜色与一种或多种已知的参考颜色进行比较，例如通过颜色识别模块8的控制器和/或通过机器的控制单元进行比较，以便确定所述样品颜色与至少一种参考颜色之间的匹配。另选地，具体地讲，如果机器不包括任何胶囊检测器，则识别模块8(具体地讲是光源和颜色传感器)通过例如机器的用户界面的用户致动而被激活，例如通过激活饮料制备命令而被激活。
优选，颜色传感器81为RGB(红绿蓝)传感器，其提供三个原始值Rr、Gr、Br，这些值代表传感器的光电二极管接收的入射光中的原色重新划分。这三个原始值通常是对在固定时段内接收的相应频率范围内的光进行积分的结果。例如，将积分时间设置为200ms。输出值Rr、Gr、Br例如表示为19位并且可具有介于0和524287之间的值。
图11的框图示意性地示出了本发明的颜色识别方法的一个实施方案。
在取样步骤71中，颜色传感器81例如如上文所述感测位于机器的胶囊进料器中的胶囊表面的至少一部分的样品颜色，并且产生原始样品颜色矢量。原始样品颜色矢量是例如原始RGB样品颜色矢量，其分量是代表所感测样品颜色的三个原始值Rr、Gr、Br。
在校准步骤72中，用一个或多个校准矢量校正原始样品颜色矢量(Rr、Gr、Br)，校准矢量优选特定于单个机器，例如特定于其颜色识别模块的实际特性。校准矢量优选存储在颜色识别模块中的或可由其访问的存储装置中，例如存储在控制器83中的或可由其访问的存储装置84中。
校准矢量例如包括黑平衡校准矢量和白平衡校准矢量，当机器或至少具有颜色识别模块的胶囊进料器具有完整功能时，优选在机器生产线的末端为每个机器生成这些矢量。为了生成校准矢量，将校准颜色样品(例如校准黑色胶囊)放置在胶囊进料器上，并且由颜色传感器81感测其颜色，该颜色传感器生成校准矢量，例如黑平衡校准矢量Bcal，其具有由传感器作为校准颜色样品的感测结果生成的相应三个原始分量值，例如Bcal红、Bcal绿和Bcal蓝。然后优选用另一个校准颜色样品(例如校准白色样品)重复相同的程序，以便生成第二校准矢量，例如白平衡校准矢量Wcal(Wcal红、Wcal绿、Wcal蓝)。然后将校准矢量存储在存储器84中。
用特定于机器的校准矢量(具体地讲是如上文所述生成的黑平衡校准矢量和白平衡校准矢量)来校正原始样品颜色矢量，从而允许补偿单台机器之间颜色感测方面潜在较大的变化，这些变化例如是由于每台机器的光源、颜色传感器、表层透明度、光导效率的特征方面的变化。通过这些特定于机器的变化校正原始样品颜色矢量，能够实现所有机器之间可靠一致的胶囊颜色识别。
在实施方案中，校正计算是对原始样品颜色矢量的每个原色原始值到两个校准矢量的对应校准值的归一化距离的计算，其中输出范围为例如0.0至1.0。因此，经校正的样品颜色矢量R、G、B例如根据以下公式计算：
Figure BDA0003098939700000221
Figure BDA0003098939700000222
Figure BDA0003098939700000223
然而，在本发明的框架内其他校准算法和/或公式也是可能的，以便根据机器特定变化和/或由于环境条件(诸如例如杂散光、温度等)引起的变化来校正所捕获的原始样品。然而，优选，选择校准算法以便得到包括0.0至1.0范围内的归一化分量值的校正RGB样品颜色矢量。
在HSL转换步骤73中，将先前校准的RGB样品颜色矢量(R、G、B)转换成色相、饱和度和亮度(HSL)样品颜色矢量(H、S、L)。HSL颜色表示是尝试更符合人类视力感知颜色形成属性的方式的另选颜色表示。
根据本发明，RGB至HSL的转换例如以如下方式执行：根据如下公式由校准的RGB样品颜色矢量的R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)分量计算HSL矢量分量H(色相)、L(亮度)和S(饱和度)：
Figure BDA0003098939700000231
H＝60°*H′
Figure BDA0003098939700000232
L＝100*L′
Figure BDA0003098939700000233
S＝100*S′
其中M＝max(R，G，B)，m＝min(R，G，B)，并且C是由C＝M-m计算得出的色度分量。
上述公式经校准，以得到0°至360°的色相值以及0％至100％的饱和度和亮度值。
在HSL比较步骤74中，例如通过控制器83将HSL样品颜色矢量(H、S、L)与代表已知类型胶囊的至少一个HSL参考颜色矢量进行比较。HSL参考颜色矢量例如存储在控制器83中的或可由其访问的查找表85中，或者例如由控制器83利用存储在查找表85中的RGB参考颜色矢量进行计算。在优选的实施方案中，作为比较的结果，计算代表HSL样品颜色矢量与至少一个HSL参考颜色矢量之间的差值的HSL分数。
查找表85通常包括多个参考颜色矢量，每个已知类型的胶囊通常包括至少一个RGB和/或一个HSL参考颜色矢量。优选，查找表包括每个已知类型的胶囊一个RGB参考颜色矢量和一个对应的HSL参考颜色矢量。另选地，查找表包括每个已知类型的胶囊一个RGB参考颜色矢量，并且控制器83和/或其它计算装置配置成用于根据需要使用上文关于HSL转换步骤73所述的公式利用所存储的RGB参考颜色矢量计算HSL参考颜色矢量。
将HSL样品颜色矢量例如单独地与每个已知类型的胶囊的每个HSL参考颜色矢量进行比较，并且计算HSL分数作为每个比较的结果。优选，计算HSL分数，使得HSL参考颜色矢量(其与HSL样品颜色矢量的比较得到最低HSL分数)表示最接近取样胶囊类型的胶囊类型。另选地，计算HSL分数，使得得到最高HSL分数的HSL参考颜色矢量表示最接近的胶囊类型。
HSL分数例如代表HSL样品颜色矢量(H、S、L)与HSL参考颜色矢量(Href、Sref、Lref)之间的距离。该距离例如分别由HSL矢量分量H、S和L的色相距离DistHue、饱和度距离DistSat和亮度距离DistLight表示。HSL分数例如被计算为各个距离DistHue、DistSat和DistLight的平衡和或加权和。
色相距离、饱和度距离和亮度距离例如根据如下公式计算：
DistHue＝180°-||H-Href|-180°|
即，色相距离不能超过180°。
DistSat＝|S-Sref|
DistLight＝|L-Lref|
优选，HSL分数然后被计算为：
Score＝DistHue*WeightHue+DistSat*WeightSat+DistLight*WeightLight
HSL权重值，即色相权重WeightHue、饱和度权重WeightSat和/或亮度权重WeightLight，优选取决于HSL样品颜色矢量(H、S、L)的饱和度S分量和/或亮度L分量的值。
例如，在低亮度值的情况下，饱和度计算变得非常不准确，因为它在分母中具有亮度。在低饱和度S值和低亮度L值的情况下，色相计算变得非常不准确。因此，HSL权重优选被选择为根据这些值而变化，以最小化HSL分数中可能不准确的值的重要性。
HSL权重例如如下所述进行计算。
首先，根据如下公式由HSL样品颜色矢量(H、S、L)计算指示样品颜色中暗度和颜色缺失的因子，分别为暗度水平因子darkLevel和去饱和度水平因子desatLevel：
Figure BDA0003098939700000251
其中
Figure BDA0003098939700000252
Figure BDA0003098939700000253
其中
Figure BDA0003098939700000254
因此，暗度水平因子darkLevel的值和去饱和水平因子desatLevel的值优选被归一化为在0.0至1.0的范围内。暗度阈值darkThreshold和去饱和度阈值desatThreshold分别是L和S的值，相应水平在该值以下开始增大，而暗度功率darkPower和去饱和度功率desatPower是水平斜升的相应量值。
HSL权重随后被计算为：
hueWeig ht＝2.0*(1.0-(hueDesatScale*desatLevel))*(1.0-(hueDarkScale*darkLevel))2其中
Figure BDA0003098939700000255
lig htWeig ht＝lig htDarkScale*darkLevel+(1.0-lig htDarkScale)
其中{lig htDarkScale＝0.5
satWeig ht＝1.0-(SatDarkScale*darkLevel)其中{satDarkScale＝0.5
图12的表中示出了根据上述公式的HSL权重与饱和度值和/或亮度值之间的关系。对于L＝S的具体情况，在图12的表中示出了色相权重hueWeight。图13的表中示出了根据上述公式在HSL样品颜色矢量的这些分量的整个相应范围内作为饱和度S和亮度L的函数的色相权重hueWeight。
在实施方案中，将HSL样品颜色矢量与每个已知类型的胶囊的HSL参考颜色矢量进行比较，并且计算HSL分数作为每个比较的结果。当与HSL样品颜色矢量比较时，导致例如最低分数的HSL参考颜色矢量于是被视为表示取样颜色，并且在决定步骤75中用于确定取样胶囊的类型。任选地，如果没有分数低于预定最大HSL分数值MAX_HSL_SCORE，则在决定步骤75中将取样胶囊视为未知类型。
为了减少HSL比较步骤74中的计算次数，在计算对应的分数之前，可从比较中排除HSL参考颜色矢量中的至少一些。对于特定HSL样品颜色矢量，HSL分数可因此仅用HSL参考矢量的子集来计算。例如，基于矢量分量中的至少一些之间的因太大而不能允许匹配的绝对差来执行排除。
例如，对于浅色取样胶囊，可例如根据如下标准对色相和/或饱和度的绝对差进行至少一些HSL参考颜色矢量的拒绝操作：
如果L≥5％并且
Figure BDA0003098939700000261
即，如果取样胶囊是浅色胶囊并且与特定HSL参考颜色矢量的色相距离DistHue高于预定阈值例如6％，则排除对应的HSL参考颜色矢量；
如果L≥5％并且
Figure BDA0003098939700000262
即，如果取样胶囊是浅色胶囊并且与特定HSL参考颜色的饱和度距离DistSat高于预定阈值例如6％，则排除对应的HSL参考颜色矢量。
类似地，对于黑色胶囊和/或黑色参考颜色，可对亮度的绝对差进行至少一些HSL参考颜色矢量的拒绝操作：
如果L≥0.75％并且
Figure BDA0003098939700000263
即，非黑色胶囊将不与黑色参考颜色进行比较。
如果L＜0.5％并且
Figure BDA0003098939700000264
即，黑色胶囊将不与非黑色参考颜色进行比较。
在决定步骤75中，基于HSL比较步骤74的结果对取样胶囊的类型做出决定。取样胶囊的类型被确定为对应于得到例如最低HSL分数的HSL样品颜色矢量的类型。任选地，如果没有HSL分数例如低于最大HSL分数阈值MAX_HSL_SCORE，则取样胶囊被视为未知类型。
然后优选将决定步骤75的结果(即所确定的胶囊类型)传送到饮料或食物制备机器的控制单元，该控制单元将打开通道152以允许将胶囊3插入提取室100，并且控制机器1的各种元件，具体地讲是热调节器54和液体驱动器53，以使用特别适于所识别类型胶囊的参数由胶囊内容物来制备饮料2或食物。
在整个说明书中，将计算和决定步骤72至75描述为由颜色识别模块的控制器83执行。然而，这些步骤中的至少一些可由机器8的控制单元40或由饮料制备机器的另一个计算设备执行，这也在本发明的范围内。颜色识别模块8的控制器83可例如为饮料制备机器的控制单元40的一部分。
图14的框图中示意性地示出了本发明的颜色识别方法的其它实施方案，其中在HSL比较步骤74之后和决定步骤75之前执行附加控制步骤76。如果在控制步骤76中，确定HSL比较步骤74不产生任何令人满意的结果，即，基于HSL比较步骤74的结果，不能以足够的置信度做出关于取样胶囊类型的决定，则执行使用另一种算法的第二比较步骤77，以便确认或作废HSL比较步骤74的结果。然后在决定步骤75中使用第二比较步骤77的结果和可能的HSL比较步骤74的结果，以便确定取样胶囊的类型。
如果HSL比较步骤74得到明确结果并且可基于此做出关于取样胶囊类型的决定，则在控制步骤76中，决定直接进行决定步骤75而不执行第二比较步骤77。
用于决定是否要执行第二比较步骤77的标准例如与由HSL比较步骤74得到的最小HSL分数相关联。例如，如果最小HSL分数高于预定最大HSL分数阈值MAX_HSL_SCORE，但低于预定明显不匹配阈值OUT_HSL_SCORE(高于该阈值，取样颜色对应于参考颜色的概率接近零)，则在第二比较步骤77中执行第二检查。然而，在本发明的框架内，单独或组合的其它标准也是可以的。例如，如果多于一个由HSL比较步骤74得到的分数低于预定最大HSL分数阈值MAX_HSL_SCORE，或者如果若干分数在可能指示例如取样步骤71令人不安的预定范围内，则可执行第二比较步骤77。
第二比较步骤77可能限于样品颜色与对应于导致执行第二比较的决定的一个或多个HSL分数的一个或多个参考颜色之间的比较，或者样品颜色与参考颜色的给定子集的比较，或者可能意味着样品颜色与机器已知的所有参考颜色的比较。在第二比较步骤77中将与样品颜色进行比较的参考颜色的确定例如取决于导致第二比较步骤77的执行的标准。
在第二比较步骤77中，例如通过控制器83将优选校准的样品颜色矢量与存储在控制器83中的或可由其访问的查找表85中的至少一种参考颜色矢量进行比较，并且优选计算代表样品颜色矢量与至少一个参考颜色矢量之间的差值的第二分数。低的第二分数例如指示样品颜色矢量与参考颜色之间的高度匹配。另选地，高度匹配由高的第二分数指示。
在实施方案中，使用RGB颜色识别算法来执行第二比较步骤77的第二颜色识别过程。
RGB颜色识别算法例如意味着以如下方式计算RGB分数：计算在校准步骤72中校准的RGB样品颜色矢量(R、G、B)与RGB参考颜色矢量之间的颜色距离；计算样品颜色的样品色度矢量与参考颜色的参考色度矢量之间的色度距离；添加颜色距离和色度距离，每个距离任选地由相应因子进行加权，具体取决于样品颜色的明度，如将在下文进一步说明的那样。
另选地，例如通过从最大RGB分数值减去计算出的颜色距离和计算出的色度距离来计算RGB分数，每个距离可能由相应因子进行加权。
然而，在本发明的框架内，与上文结合或另选地源自上文，可以采用其它公式和/或算法来计算第二分数，例如代表样品颜色与参考颜色之间的差值的RGB分数。例如，可通过将计算出的颜色距离和色度距离彼此相乘和/或相除来计算RGB分数，可能通过特定因子对它们中的每个进行加权。
例如，颜色距离DistColour计算为RGB样品颜色矢量与RGB参考颜色矢量之间的欧几里得距离。因此，颜色距离例如根据以下公式计算：
Figure BDA0003098939700000281
其中，(R、G、B)为RGB样品颜色矢量，并且(Rref、Gref、Bref)为RGB参考颜色矢量。
色度距离DistChroma优选计算为样品颜色的样品色度矢量与参考颜色的色度参考矢量之间的欧几里得距离。
对于色度矢量，根据以下公式计算样品色度矢量：
Figure BDA0003098939700000282
Figure BDA0003098939700000283
Figure BDA0003098939700000284
并且根据以下公式计算参考色度矢量：
Figure BDA0003098939700000291
Figure BDA0003098939700000292
Figure BDA0003098939700000293
每个已知参考颜色的一个色度矢量例如存储在查找表85中。另选地或以其组合方式，颜色识别模块的控制器83根据请求由对应的RGB参考颜色矢量计算色度参考矢量。
色度距离例如根据以下公式计算：
Figure BDA0003098939700000294
其中(ChrR，ChrG，ChrB)为样品色度矢量，并且(ChrRref，ChrGref，ChrBref)为参考色度矢量。
然而，可在本发明的框架内使用其它公式来计算颜色距离和色度距离，具体但不一定取决于例如颜色矢量的维度数。例如，可计算曼哈坦距离或任何其它合适的矢量距离。
色度矢量对相同颜色的明度变化不敏感，这在本发明的颜色识别模块的预期正常使用中可能是常见的，例如由于饮料制备机器周围环境光线的变化、光源的强度的变化等，因此使用色度矢量来比较颜色通常比使用RGB颜色矢量更稳健。
然而，对于深色胶囊则存在问题，深色胶囊的色度从一次测量到下一次测量将变化很大，原因是上文公式中分数的相关项和分母通常为较小的值。因此，在比较深色样品颜色时，颜色距离DistColour通常将提供更可靠的结果。
在实施方案中，因此，在计算RGB分数时不同地考虑颜色距离DistColour和色度距离DistChroma，具体取决于颜色样品的明度。例如，在计算出的分数中，对于深色，颜色距离DistColour的权重比色度距离DistChroma的权重更重要，而对于亮色，色度距离DistChroma的权重比颜色距离DistColour的权重更重要。
在实施方案中，作为第二比较步骤77的结果，RGB分数例如根据以下公式由颜色距离DistColour和色度距离DistChroma计算为所述距离的加权和：
Score＝DistColour*BalanceColour+DistChroma*BalanceChroma
其中根据如下计算出的RGB颜色样品的明度来选择加权因子BalanceColour和BalanceChroma：
Figure BDA0003098939700000301
其为代表样品颜色的亮度或暗度的值。
例如，可针对特定明度范围来确定特定加权因子，诸如：
如果0＜Lum＜Th1，则BalanceColour＝Lc且BalanceChroma＝Lch
如果Th1＜Lum＜Th2，则BalanceColour＝Mc且BalanceChroma＝Mch
如果Lum＞Th2，则BalanceColour＝Hc且BalanceChroma＝Hch
其中Th1和Th2分别为第一明度阈值和第二明度阈值；并且Lc、Lch、Mc、Mch、Hc、Hch分别为低、中和高样品颜色明度的加权因子的预定义值。
然而，其它明度范围数值在本发明的框架内是可以的，其中每个范围有相应预定义因子，并且/或者可作为样品颜色的明度值的函数针对每个比较步骤计算加权因子。函数可例如为线性、指数、对数或任何其它类型。
优选，出于上述原因，低明度样品颜色的颜色加权因子BalanceColour大于高明度样品颜色的颜色加权因子BalanceColour，而低明度样品颜色的色度加权因子BalanceChroma小于高明度样品颜色的色度加权因子BalanceChroma。
实验已通过例如以下值显示出良好的结果：Th1＝70、Th2＝450、Lc＝3、Lch＝0.25、Mc＝0.25、Mch＝2.5、Hc＝0.25和Hch＝5。
如果在第二比较步骤77中将RGB样品颜色矢量与多个RGB参考颜色矢量进行比较，则样品颜色例如被认为是第二比较得到的最低RGB分数的参考颜色。任选地，如果最低RGB分数高于预定义最大RGB分数阈值MAX_RGB_SCORE，则胶囊被视为未知类型。另选地，在第二比较步骤77中，将样品颜色与参考颜色逐个进行比较，直至所得RGB分数低于预定义阈值，或在高分数指示匹配的实施方案中直至所得RGB分数高于预定义阈值。如果没有RGB分数低于预定义最大RGB分数阈值MAX_RGB_SCORE，则胶囊例如被视为未知类型。
在决定步骤75中，基于第二比较步骤77和/或HSL比较步骤74的结果，对取样胶囊的类型做出决定。
如果在控制步骤76之后没有发起第二比较步骤77，则仅基于HSL比较步骤74的结果做出决定，如上进一步所述。
如果在控制步骤76之后发起第二比较步骤77，则仅基于第二比较步骤77的结果或者基于第二比较步骤77的结果结合HSL比较步骤74的结果来做出决定，以便确定取样胶囊的类型。第二比较步骤77的结果例如用于确认或通知HSL比较步骤74的结果，因为样品颜色与特定参考颜色之间的匹配或接近匹配是通过所得RGB分数的值来确认或通知的。
决定步骤75的结果是取样胶囊的类型被确定为已知胶囊类型之一，或任选地为未知类型，如上所述。
然后优选将决定步骤75的结果(即所确定的胶囊类型)传送到饮料或食物制备机器的控制单元，该控制单元将打开通道152以允许将胶囊3插入提取室100，并且控制机器1的各种元件，具体地讲是热调节器54和液体驱动器53，以使用特别适于所识别类型胶囊的参数由胶囊内容物来制备饮料2或食物。
在实施方案中，颜色识别方法的结果还与任选的材料检测器的输出组合，作为确定某种类型胶囊的附加标准，以便例如在具有相同或非常相似颜色但由不同材料例如铝和塑料或纸制成并且可能包含需要由机器进行不同处理的不同配料的胶囊之间进行区别。

Claims (16)

1.机器(1)，所述机器用于制备和分配饮料(2)，诸如茶、咖啡、巧克力热饮、巧克力冷饮、奶、汤或幼儿食品，此类机器(1)包括：
-提取单元(10)，所述提取单元(10)用于提取饮料配料胶囊(3)以形成所述饮料(2)，例如具有第一部件(11)和第二部件(12)的单元(10)，所述第一部件和第二部件能够在用于插入和/或移除胶囊(3)的远离位置与用于固定和提取此类胶囊(3)的靠近位置之间相对地移动，所述靠近位置是诸如其中所述第一部件(11)和所述第二部件(12)界定提取室(100)的靠近位置，任选地所述部件(11，12)中的至少一个部件具有胶囊开启器，例如一个或多个胶囊刺穿器，并且/或者所述部件(11，12)中的至少一个部件具有开口，以供要与此类胶囊(3)中容纳的配料混合的液体的流入；
-控制单元(40)，所述控制单元(40)用于控制所述提取单元(10)以提取此类胶囊(3)，诸如由输电干线例如经由电线(45)供电的控制单元；
-出口(20)，所述出口(20)用于将通过提取此类胶囊(3)形成的所述饮料(2)分配到位于容器放置区域的用户容器(4)，诸如茶杯或马克杯，所述容器放置区域诸如位于容器支撑件(5，6)上，例如此类机器(1)位于其上的外部放置支撑件(5)，或机器支撑件(6)，例如能够移动或能够移除的机器支撑件(6)，以收集所述饮料(2)，
-颜色识别模块，所述颜色识别模块用于识别插入所述机器(1)的胶囊(3)的颜色，所述颜色识别模块包括用于感测此类胶囊(3)的表面的至少一部分的样品颜色的颜色传感器；
其特征在于，所述颜色识别模块被配置成用于通过以下方式将所述样品颜色与至少一种参考颜色进行比较：
-计算所述样品颜色的HSL样品颜色矢量；
-计算所述HSL样品颜色矢量的色相分量与所述至少一种参考颜色的HSL参考颜色矢量的色相分量之间的色相距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的饱和度分量与所述HSL参考颜色矢量的饱和度分量之间的饱和度距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的亮度分量与所述HSL参考颜色矢量的亮度分量之间的亮度距离，
-用所述色相距离、所述饱和度距离和所述亮度距离计算HSL分数，以确定所述颜色样品与所述至少一种参考颜色之间的匹配。
2.根据权利要求1所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于由所述样品颜色的RGB样品颜色矢量计算所述HSL样品颜色矢量。
3.根据任一前述权利要求所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于以如下方式计算所述HSL分数：计算所述样品颜色的暗度水平和去饱和度水平，并且按基于所述暗度水平和/或所述去饱和度水平确定的相应HSL权重对所述色相距离、所述饱和度距离和所述亮度距离进行加权。
4.根据任一前述权利要求所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于计算指示所述样品颜色与至少一种参考颜色之间的距离的第二分数。
5.根据前一权利要求所述的机器，其中所述第二分数为RGB分数，并且其中所述颜色识别模块被配置成用于以如下方式计算所述RGB分数：
-计算所述样品颜色的RGB样品颜色矢量与所述至少一种参考颜色的RGB参考颜色矢量之间的颜色距离，
-计算所述样品颜色的样品色度矢量与所述至少一种参考颜色的参考色度矢量之间的色度距离，
-用所述颜色距离和所述色度距离计算分数，以确定所述颜色样品与所述至少一种参考颜色之间的匹配。
6.根据权利要求5所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于以如下方式计算所述RGB分数：计算所述样品颜色的明度水平，并且按基于所述明度水平确定的相应平衡因子对所述颜色距离和所述色度距离进行加权。
7.根据权利要求4至6中的一项所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于在不能由所述HSL分数确定所述颜色样品与至少一种参考颜色之间的匹配的情况下计算所述第二分数。
8.根据任一前述权利要求所述的机器，还包括具有保持装置的胶囊识别位置，所述保持装置用于将所述胶囊保持在所述颜色识别模块的前方，以便允许所述颜色识别模块对所述胶囊的所述颜色进行取样。
9.根据任一前述权利要求所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于通过计算用于确定所述样品颜色与多种参考颜色中的每种参考颜色之间的匹配的多个HSL分数来将所述样品颜色与所述多种参考颜色进行比较。
10.根据权利要求9所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于基于所述多种参考颜色中最匹配所述样品颜色的参考颜色来识别所述胶囊(3)。
11.根据任一前述权利要求所述的机器，其中所述颜色识别模块被配置成用于以如下方式确定是否匹配：如果所述HSL分数低于或等于阈值，则确定所述样品颜色与所述参考颜色之间匹配；以及如果所述HSL分数高于所述阈值，则确定所述样品颜色与所述参考颜色之间不匹配。
12.根据任一前述权利要求所述的机器，还包括胶囊检测器(84)，所述胶囊检测器用于检测位于或接近所述机器(1)的胶囊进料器(15)的胶囊(3)的存在，并且通过所述颜色识别模块触发颜色识别。
13.根据任一前述权利要求所述的机器，还包括材料检测器，所述材料检测器用于识别位于或接近所述机器(1)的胶囊进料器(15)的胶囊(3)的材料。
14.根据任一前述权利要求所述的机器(1)与胶囊(3)的组合，例如此类胶囊(3)位于所述机器的提取室(100)中或此类胶囊(3)通过所述机器(1)的胶囊进料器(15)来操纵。
15.利用位于根据权利要求1至13中任一项所限定的机器中的胶囊(3)来制备和分配饮料(2)的方法，包括：将胶囊(3)插入所述机器(1)；感测所述胶囊(3)的表面的至少一部分的样品颜色；通过以下方式将所述样品颜色与至少一种参考颜色进行比较：
-计算所述样品颜色的HSL样品颜色矢量；
-计算所述HSL样品颜色矢量的色相分量与所述至少一种参考颜色的HSL参考颜色矢量的色相分量之间的色相距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的饱和度分量与所述HSL参考颜色矢量的饱和度分量之间的饱和度距离，
-计算所述HSL样品颜色矢量的亮度分量与所述HSL参考颜色矢量的亮度分量之间的亮度距离，
-用所述色相距离、所述饱和度距离和所述亮度距离计算HSL分数，以确定所述颜色样品与所述至少一种参考颜色之间的匹配；
基于所述比较的结果来识别所述胶囊(3)的类型；将所述第一部件(11)和所述第二部件(12)相对地移动到它们的远离位置；将所述胶囊(3)供应到所述提取单元(10)；将所述第一部件(11)和所述第二部件(12)相对地移动到它们的靠近位置以将所述胶囊(3)定位在所述提取室(100)中；应用基于所述胶囊(3)的识别类型确定的提取参数提取所述提取室(100)中的所述胶囊(3)以制备饮料(2)；以及经由所述出口(20)分配所制备的饮料(2)。
16.胶囊(3)用于以下方面的用途：根据权利要求1至13中任一项所述的机器；形成根据权利要求14所述的组合；或执行根据权利要求15所述的方法，其中通过以下方式识别所述胶囊(3)的类型：
-感测所述胶囊(3)的表面的至少一部分的样品颜色，
-通过以下方式将所述样品颜色与至少一种参考颜色进行比较：
○计算所述样品颜色的HSL样品颜色矢量，
○计算所述HSL样品颜色矢量的色相分量与所述至少一种参考颜色的HSL参考颜色矢量的色相分量之间的色相距离，
○计算所述HSL样品颜色矢量的饱和度分量与所述HSL参考颜色矢量的饱和度分量之间的饱和度距离，
○计算所述HSL样品颜色矢量的亮度分量与所述HSL参考颜色矢量的亮度分量之间的亮度距离，
○用所述色相距离、所述饱和度距离和所述亮度距离计算HSL分数，以确定所述颜色样品与所述至少一种参考颜色之间的匹配；
应用基于所述胶囊(3)的识别类型确定的提取参数提取所述提取室(100)中的所述胶囊(3)以制备所述饮料(2)。
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