CN204832018U - 用于棉花色泽的测量装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于棉花色泽的测量装置，具有光源检测窗装置、色泽计算显示装置和成像采集装置；光源检测窗装置包括透明玻璃窗，所述透明玻璃窗下部设有被测棉花，透明玻璃窗上设有标准色块，透明玻璃窗上方两侧45°处对称设有C光源，成像采集装置包括成像透镜和图像传感器，图像传感器与色泽计算显示装置电连接；被测棉花和标准色块经C光源照射形成的0°方向反射光进入成像透镜并成像于图像传感器上，图像传感器将色泽信息传输给色泽计算显示装置，色泽计算显示装置对接收的被测棉花和标准色块的色泽信息一并进行处理，并输出棉花反射率Rd和黄度+b的测量值。

Description

用于棉花色泽的测量装置

技术领域

本实用新型属棉花色泽测量技术领域，具体涉及一种用于棉花色泽的测量装置。

背景技术

棉花色泽的测量,是棉花交易和生产中对棉花评级定价的重要技术指标之一，棉花的色泽等级评定完全由反射率Rd和黄度+b的测量值决定。现有棉花色泽的测量设备的工作稳定性低，其结构基本都是相同的，测量的原理也相似：两个光源在45度对称方向照亮棉花，用带有RGB三基色滤光膜的光电传感器，或用带有符合反射率Rd和黄度+b测量的滤光膜的光电传感器，在零度方向接收棉花的反射光；该传感器输出的模拟信号，经过电路放大处理后，送到模拟转数字的电路变成数字量，再送到计算机系统，进行数字运算与处理，按公认的公式计算出反射率Rd和黄度+b，并显示及串口输出。所有棉花色泽的测量设备，都要按照美国农业部每年颁发的标准色板和标准色棉校正后，才能用于实际生产中来测量棉花的色泽。在实际使用中，随着时间的推移、或因电源的波动或环境温度的变化，光源及放大处理电路也会变化，光源的亮度及光谱分布会改变，放大处理电路会有漂移及噪声，这都会导致反射率Rd和黄度+b的测量值中有误差。现有技术中消除这些误差只能用标准色板再校正一次，但频繁的校正在生产中难以实施也是不被接受的。为了解决这些问题，对现有设备采取了很多措施，如将所有电子电气设备放在自带的恒温设备中，采用高稳定度的电源系统，采用高稳定度的光源等，这些措施确实提高了测量的精准度，但也极大地增加了设备的成本。因此有必要提出改进。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种用于棉花色泽的测量装置，根据照相摄像原理，采用成像采集装置，在每次测量的同一瞬间，同时采集光源检测窗装置中色泽稳定的标准色块和被测棉花的色泽信息，并通过色泽计算显示装置对色泽信息进行处理，输出被测棉花反射率Rd和黄度+b的测量值，本实用新型对C光源的亮度衰变及光谱的移动或变化有良好的适应性，对电子电路中的测量误差有良好的补偿作用，降低测量系统对电路性能及环境条件的要求，有效提高棉花反射率Rd和黄度+b测量的精准度，降低设备的制造成本。

本实用新型采用的技术方案：用于棉花色泽的测量装置，具有光源检测窗装置和色泽计算显示装置，所述光源检测窗装置上部还设有成像采集装置；

其中，所述光源检测窗装置包括透明玻璃窗，所述透明玻璃窗下部设有被测棉花，所述透明玻璃窗上设有标准色块，所述透明玻璃窗上方两侧45°处对称设有C光源，所述成像采集装置包括成像透镜和图像传感器，所述图像传感器与色泽计算显示装置电连接；

所述被测棉花和标准色块经C光源照射形成的0°方向反射光进入成像透镜并成像于图像传感器上，所述图像传感器将采集的被测棉花和标准色块的色泽信息传输给色泽计算显示装置，所述色泽计算显示装置对其接收的被测棉花和标准色块色泽信息一并进行处理并输出被测棉花色泽测量值。

进一步地，所述图像传感器为彩色图像传感器阵列，所述图像传感器位于成像透镜的像平面上。

进一步地，所述被测棉花和标准色块均置于图像传感器的成像区域内，从所述成像透镜、图像传感器及C光源照射方向可看出标准色块对称排布于透明玻璃窗的四周、中央或四角。

进一步地，所述标准色块可置于透明玻璃窗上方、下方或嵌入透明玻璃窗内。

进一步地，所述色泽计算显示装置包括处理色泽信息的图像处理系统和用于显示输出的叠加了测量结果的照片显示器和串口。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、采用成像采集装置，在每次测量的同一瞬间，同时采集光源检测窗装置中色泽稳定的标准色块和被测棉花的色泽信息，解决了棉花色泽测量中，光源的亮度与光谱分布以及对应电子电路的特性存在的随时间推移、随环境温度改变而产生的测量误差，对C光源的亮度衰变及光谱的移动或变化有良好的适应性，对电子电路中的测量误差有良好的补偿作用，降低了测量系统对光源稳定性、电路性能及环境条件的要求；

2、通过色泽计算显示装置对色泽信息进行处理，依据标准色块相对于用系统校准时的变化率，重新调节校正被测棉花的色泽信息，进而校准被测棉花反射率Rd和黄度+b的测量值，有效减少或消除了光源及电子电路随时间推移、随环境温度改变而带来的测量误差；

3、本实用新型有效提高被测棉花反射率Rd和黄度+b测量的精准度，降低设备的制造成本，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图；

图2为本实用新型中被测棉花和标准色块平面示意图一；

图3为本实用新型中被测棉花和标准色块平面示意图二；

图4为本实用新型中被测棉花和标准色块平面示意图三；

图5为本实用新型中标准色块的位置示意图一；

图6为本实用新型中标准色块的位置示意图二；

图7为本实用新型中标准色块的位置示意图三。

具体实施方式

下面结合附图1-7描述本实用新型的实施例。

用于棉花色泽的测量装置，如图1所示，具有光源检测窗装置1和色泽计算显示装置3，所述光源检测窗装置1上部还设有成像采集装置2。所述成像采集装置2包括成像透镜21和图像传感器22，优选的，所述图像传感器22为彩色图像传感器阵列，所述图像传感器22位于成像透镜21的像平面上。所述光源检测窗装置1包括透明玻璃窗13，所述透明玻璃窗13外部即下部设有被测棉花11，所述透明玻璃窗13上方两侧45°处对称设有C光源14，所述透明玻璃窗13上设有校正用的标准色块12，具体的，所述被测棉花11和标准色块12均置于图像传感器22的成像区域内；本实施例以具体四种色块即灰色标准色块121、红色标准色块122、蓝色标准色块123和绿色标准色块124为例，从所述成像透镜21、图像传感器22及C光源14照射方向看，四种标准色块12在成像区域平面内的分布如图2、3、4所示，可对称排布于透明玻璃窗13的四周、中央或四角，并且彩色图像传感器阵列单独采集各区域色泽信息时，各个传感器的分布也类似如图2、3、4所示；另外，光源检测窗装置1为密封结构，只有被测棉花11处于透明玻璃窗13之外，而标准色块12与透明玻璃窗13的相对位置如图5、6、7所示，所述标准色块12可置于透明玻璃窗13上方即内侧、下方即外侧或者也可嵌入透明玻璃窗13平面内。

所述图像传感器22与色泽计算显示装置3电连接，具体的，所述色泽计算显示装置3包括处理色泽信息的图像处理系统31和用于显示输出的叠加了测量结果的照片显示器32和串口33。测量时，将透明玻璃窗13顶住被测棉花11，所述被测棉花11和标准色块12经C光源14照射形成的0°方向反射光进入成像透镜21并成像于图像传感器22上，所述图像传感器22将采集的被测棉花11和标准色块12的色泽信息传输给色泽计算显示装置3，所述色泽计算显示装置3在接收到图像传感器22的彩色图像信息后，读取所有像素的彩色信息，通过图像处理系统31先对标准色块12的信息单独处理，再按校正算法对被测棉花11的色泽信息进行调节校正，之后再计算被测棉花11的反射率Rd和黄度+b的测量值，并送到叠加了测量结果的照片显示器32和串口33输出。

具体以最简单的线性校正为例，根据图1所示装置，从图像传感器22获得的图像如同图2、3、4所示布局，该图像信息送入色泽计算显示装置3后，图像处理系统31中的计算机可按图像信息分区，分别提取几种标准色块12及被测棉花11的RGB三基色值，并计算对应的RGB总和值及平均值；对于标准色块12区域，在用美国农业部每年颁发的标准色板和标准色棉校准时，可得到对应的Rj、Gj、Bj，而每次测量时，可得到对应的Rc、Gc、Bc，随时间推移、随环境温度改变，这两组值也会改变，其变化率a＝Rc/Rj，b＝Gc/Gj，c＝Bc/Bj；相应测量时被测棉花11的三基色值Rm、Gm、Bm可被调节或校正为R＝Rm/a、G＝Gm/b、B＝Bm/c，再根据公式将RGB值转换到XYZ空间：

X＝2.768*R+1.751*G+1.130*B

Y＝R+4.5907*G+0.0601*B

Z＝0.0565*G+5.594*B

并计算各自对应的相对值：

x＝X/(X+Y+Z)；y＝Y/(X+Y+Z)；z＝Z/(X+Y+Z)

最后，按公认的公式计算反射率Rd和黄度+b：

$\begin{array}{c}Rd=y\\ +b=35.7*(y-0.847*z)\frac{21+20*y}{1+20*y}\end{array}$

由于标准色块12与被测棉花11处于同温、同一光源下，用上述变化率a、b、c这种动态系数来调校棉花的三基色值，就能有效地抵消或消除光源衰变、温度变化对反射率Rd和黄度+b的影响。

同样，找到标准色块12与被测棉花11的非线性校正算法，可得到更稳定准确的测量结果。

本实用新型以图1所示结构原理为基础，可以做成便携式棉花色泽测量仪、台式棉花色泽测量装置及分体式棉花色泽测量系统。若将所有部件小型化，可做成一个便携式棉花色泽测量仪，其中的图像传感器22可以使用CDD、CMOS等照相或摄像头，其中的色泽计算显示装置3可以使用单片机、DSP、RAM等各种嵌入式系统；若将图1所示结构倒置过来，可做成台式棉花色泽测量装置，其中放置被测棉花11的透明玻璃窗13可与生产线上相关设备处在同一高度，也可与其它相关测量系统整合在一起，图像传感器22可以用光电元器件做成如图2、3、4所示的带有各自对应滤光膜的分区域的模块，各光电模块的信号经过放大后输出，或通过V/F变换后输出，色泽计算显示装置3可以用嵌入式系统，也可用计算机系统，可嵌入棉花的生产线，也可单独做为检测设备使用。

本实用新型针对棉花色泽测量中，光源的亮度与光谱分布以及对应电子电路的特性存在的随时间推移、随环境温度改变而产生的不稳定性变化，采用类似照相或摄像的成像采集装置结构，在每次测量的同一瞬间，同时采集色泽稳定的标准色块12和被测棉花11的色泽信息，并在计算机系统中，依据标准色块12相对于用系统校准时的变化率，重新调节校正被测棉花11的色泽信息，进而校准被测棉花11反射率Rd和黄度+b的测量值，其对照明光源亮度衰变及光谱移动或变化有良好的适应性，对电子电路中由于温度变化、元器件性能变化等所带来的测量误差有良好的补偿作用，降低对光源稳定性、电路性能与环境条件的要求，有效提高棉花反射率Rd和黄度+b测量的精准度，降低了对应设备的成本，实用性好。

上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。

Claims (5)

1.用于棉花色泽的测量装置，具有光源检测窗装置(1)和色泽计算显示装置(3)，其特征在于：所述光源检测窗装置(1)上部还设有成像采集装置(2)；

所述光源检测窗装置(1)包括透明玻璃窗(13)，所述透明玻璃窗(13)下部设有被测棉花(11)，所述透明玻璃窗(13)上设有标准色块(12)，所述透明玻璃窗(13)上方两侧45°处对称设有C光源(14)，所述成像采集装置(2)包括成像透镜(21)和图像传感器(22)，所述图像传感器(22)与色泽计算显示装置(3)电连接；

所述被测棉花(11)和标准色块(12)经C光源(14)照射形成的0°方向反射光进入成像透镜(21)并成像于图像传感器(22)上，所述图像传感器(22)将采集的被测棉花(11)和标准色块(12)的色泽信息传输给色泽计算显示装置(3)，所述色泽计算显示装置(3)对其接收的被测棉花(11)和标准色块(12)色泽信息一并进行处理并输出被测棉花(11)色泽测量值。

2.根据权利要求1所述的用于棉花色泽的测量装置，其特征在于：所述图像传感器(22)为彩色图像传感器阵列，所述图像传感器(22)位于成像透镜(21)的像平面上。

3.根据权利要求1或2所述的用于棉花色泽的测量装置，其特征在于：所述被测棉花(11)和标准色块(12)均置于图像传感器(22)的成像区域内，从所述成像透镜(21)、图像传感器(22)及C光源(14)照射方向可看出标准色块(12)对称排布于透明玻璃窗(13)的四周、中央或四角。

4.根据权利要求3所述的用于棉花色泽的测量装置，其特征在于：所述标准色块(12)可置于透明玻璃窗(13)上方、下方或嵌入透明玻璃窗(13)内。

5.根据权利要求4所述的用于棉花色泽的测量装置，其特征在于：所述色泽计算显示装置(3)包括处理色泽信息的图像处理系统(31)和用于显示输出的叠加了测量结果的照片显示器(32)和串口(33)。