KR101771234B1 - 레이저 스펙클 광도 측정법을 이용한 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

레이저 스펙클 광도 측정법을 이용한 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과일용 당도측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 케이스; 상기 케이스에 내장되며 당도 측정 대상의 과일의 표면을 향하여 레이저 광을 조사하여 과일의 표면에 레이저 스펙클을 형성하는 레이저부; 상기 케이스에 내장되며 상기 레이저부에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성하는 촬영부; 상기 촬영부가 생성한 과일의 표면에 형성된 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 수집하여 분석하고, 분석 결과에 따라서 과일의 당도를 산출하는 제어부; 상기 산출된 당도를 표시하는 출력부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법이 개시된다.

Description

레이저 스펙클 광도 측정법을 이용한 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법{Non-destructive Measurement System for Sugar Content of Fruit Using Laser Speckle Photometry and its method therefor}
본 발명은 과일용 당도측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 케이스; 상기 케이스에 내장되며 당도 측정 대상의 과일의 표면을 향하여 레이저 광을 조사하여 과일의 표면에 레이저 스펙클을 형성하는 레이저부; 상기 케이스에 내장되며 상기 레이저부에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성하는 촬영부; 상기 촬영부가 생성한 과일의 표면에 형성된 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 수집하여 분석하고, 분석 결과에 따라서 과일의 당도를 산출하는 제어부; 상기 산출된 당도를 표시하는 출력부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법이 개시된다.
일반적으로, 과일을 훼손하지 않고 과일의 당도와 같은 화학적 성질을 비파괴적으로 측정하기 위하여 적외선 분광분석기술이 이용되고 있다.
상기의 적외선 분광분석 기술은 과일의 표면에 광대역파장의 빛을 인가하는 발광부와, 상기 발광부에서 과일 내부로 인가하여 반사되는 빛을 수집하여 분광기를 통해 빛의 흡수파장 스펙트럼(Absorbance Wavelength Spectrum)을 검출하는 수광부와, 상기 수광부에서 검출된 흡수파장 스펙트럼을 이용하여 과일의 당도와의 상관관계를 수식으로 분석하는 분석부로 구성된다.
상기 수광부의 분광기는 입력 슬릿을 통해서 들어온 빛을 거울과 회절격자를 통하여 이미지 센서에서 파장별로 검출하는 장비이다.
상기 분석부는 흡수파장 스펙트럼 데이터와 과일의 당도와의 상관관계를 회귀분석(Regression Analysis), 수전처리(Math Preprocessing) 및 보정(Correction)을 이용한 검량모델식(Calibration Model Equation)을 통하여 과일의 당도를 측정하게 된다.
상기와 같은 종래 적외선 분광분석기술은 입력 슬릿, 거울, 회절격자 및 이미지 센서가 개별적으로 제작되므로 일정한 배치 공간이 필요하여 소형화가 어려우며 휴대성이 저하되고, 나아가, 정밀하고 복잡한 광정렬 작업을 수행함으로써 대량 생산에 적합하지 않은 문제점이 있었다.
따라서, 이를 개선하기 위하여 휴대성과 소형화를 강화시킨 휴대용 과일 당도 측정기의 대한민국 특허공개공보 제 10-2004-15157 호의 핸디 타입의 내부품질검사장치(선행기술 1) 및 대한민국 특허공개공보 제 10-2010-82476 호의 휴대용 비파괴 과일당도 측정기(선행기술 2)가 제안된 바 있다.
그러나, 상기의 선행기술 1 및 2 들은 핸디(handy)형의 검사 장치이므로 소형이면서 휴대성이 우수한 장점은 가지고 있으나, 주로 구 형상의 과일 당도를 실시간으로 정확하게 측정하기 위한 안착 구조가 미비할 뿐만 아니라, 발광부와 수광부의 차별화된 구조가 결여되었다는 제약 사항이 있었다.
또한, 대한민국 특허공개공보 제 10-2014-52252 호의 감귤용 휴대용 비파괴 당도 측정기(선행기술 3)와 대한민국특허공보 제 1348563 호의 비파괴 당도측정기(선행기술 4)도 기공지되어 있으나, 상기 선행기술 3 및 4 는 종래 적외선 및 분광분석 기술을 탈피하지 못한 채 광원과 광량을 수집하는 광센서 부분에서만 차이점을 보이는 기술들에 불과하다.
아울러, 상기의 선행기술 3 및 4 에서 이용되는 광원과 광센서의 가격이 비교적 고가인 점에서 대량 생산 가능성이 높지 않다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점들을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 당도측정 시스템의 소형화 및 휴대성을 강화시키고, 제조 비용을 절감하여 당도 측정 장비의 대중화에 기여할 수 있으며, 기존의 착즙식 당도 측정기기와 비교하여 동등 이상의 측정 결과를 가져올 수 있는 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 과일용 비파괴 당도측정 시스템의 구성은, 케이스; 상기 케이스에 내장되며 당도 측정 대상의 과일의 표면을 향하여 레이저 광을 조사하여 과일의 표면에 레이저 스펙클을 형성하는 레이저부; 상기 케이스에 내장되며 상기 레이저부에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성하는 촬영부; 상기 촬영부가 생성한 과일의 표면에 형성된 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 수집하여 분석하고, 분석 결과에 따라서 과일의 당도를 산출하는 제어부; 상기 산출된 당도를 표시하는 출력부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법은, 레이저부와 촬영부 및 제어부로만 이루어진 간단한 구조로 이루어져 있으므로 당도측정 시스템의 부피를 줄여 소형화를 달성하였으며, 나아가, 휴대성이 용이한 효과를 수득하게 되었다.
또한, 본 발명의 주요 구조인 레이저부와 촬영부는 비교적 저렴한 가격으로 조달이 가능하므로, 본 발명의 당도측정 시스템은 대량 생산에 적합할 뿐만 아니라 제조비용을 절감하여 소비자에게 저렴한 가격대로 당도 측정 장비를 구매할 수 있도록 한 경제적 효과가 있다.
또한, 기존의 착즙식 당도 측정 기기와 당도 측정값이 거의 유사하게 나타나므로 과일을 훼손하지 않고도 당도를 정확하게 측정할 수 있는 효과를 수반하게 되었다.
도 1 은 본 발명의 당도측정 시스템의 내부 구성도,
도 2 는 본 발명의 당도측정 시스템의 블럭다이어그램,
도 3 은 본 발명의 당도측정 시스템의 작동을 나타내는 순서도,
도 4 및 도 5 는 본 발명의 당도측정 시스템의 당도 분석을 위하여 이용되는 그래프,
도 6 내지 도 8 은 본 발명의 당도측정 시스템을 이용하여 불투명 액체의 당도를 측정하기 위한 구성도 및 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 레이저 스펙클 광도 측정법을 이용한 과일용 비파괴 당도측정 시스템 및 그 방법의 구성을 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 은 본 발명의 당도측정 시스템의 내부 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 당도측정 시스템의 블럭다이어그램이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 당도측정 시스템(1)은 상부의 본체(11)와 하부의 손잡이(12)로 이루어진 케이스(10)를 구비한다.
바람직하게는, 상기 케이스(10)의 본체(11) 내부에 레이저부(20), 촬영부(30), 제어부(40), 출력부(50)가 설치되고 손잡이(12) 내부에 전원부(60)가 내장된다.
상기 케이스(10)는 합성수지재 또는 금속재로 일체로 이루어지며, 본체(11)의 정면에 촬영부(30)의 렌즈(31)를 노출시키는 관통공(13)이 형성되고, 관통공(13)의 테두리를 따라서 전방으로 돌출된 림(14)(rim)이 형성된다.
상기 림(14)은 외부 물체로부터 렌즈(31)를 보호하는 기능 및 렌즈(31)가 빛에 직접 노출되는 방지하는 기능을 수행한다.
상기 레이저부(20)는 당도 측정 대상의 과일(F)의 표면을 향하여 레이저 광을 조사하는 기기로서, 레이저 광이 과일의 표면에 조사되면 과일의 표면에 레이저 스펙클(Laser Speckle, 레이저 반점)이 형성된다.
이와 같은 상기 레이저부(20)는 촬영부(30)의 근처에 설치되며 촛점범위(focus range)에 따라서 상기 촬영부(30)의 렌즈(31)와 소정의 각도(a)를 가지고 이격되어 위치된다. 바람직하게는, 상기 레이저부(20)와 상기 렌즈(31)와의 각도는 10-50 도를 이룬다.
상기 레이저부(20)는 레이저 광을 생성하는 통상의 레이저 다이오드 소자를 채택하여 구성한다.
그리고, 상기 레이저부(20)는 과일의 표면에 레이저 스펙클을 생성하기 위하여 과일의 표면의 한점에 레이저를 집중시키지 않고 표면의 넓은 영역에 레이저광을 분산 또는 산광시킨다.
바람직하게는, 상기 레이저부(20)가 조사하는 레이저 광의 파장은 100~2000nm 이다.
상기 촬영부(30)는 당도 측정 대상의 과일(F)을 촬영하되 상기 레이저부(20)에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성하는 부분이다.
이를 위하여 상기 촬영부(30)는 본체(11)의 정면에 형성된 관통공(13)에 설치된 과일 표면 촬영용 렌즈(31)와, 상기 렌즈(32)에 촬상된 과일 표면의 이미지를 인식하는 이미지센서(32)를 포함하는 디지털 카메라임이 바람직하다.
상기 촬영부(30)의 렌즈(31)와 과일(F)의 표면과의 거리는 1cm-8cm 가 바람직하며, 보다 바람직하게는, 상기 촬영부(30)는 최소 초당 20 프레임(fps) 이상의 연속촬영속도와 최소 640 x 480 이상의 픽셀(pixel) 해상도를 가지는 것이 좋다.
상기 제어부(40)는 상기 촬영부(30)가 생성한 과일의 표면에 형성된 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 수집하여 분석하고, 분석 결과에 따라서 과일의 당도를 산출하는 부분이다.
이러한 상기 제어부(40)는 레이저 스팩클의 이미지 분석시, 공지의 레이저 스펙클 광도측정법(Laser Speckle Photometry)을 이용하여 이미지를 분석한다.
보다 구체적으로, 상기 레이저 스펙클 광도측정법에 의하여 레이저 스펙클 이미지 데이터들의 콘트라스트 변화도를 구하고, 자기상관함수와 프랙탈(Fractal) 이론을 적용한 이미지 데이터들의 복잡도를 구한후, 구하여진 변화도와 복잡도에 따라서 당도를 산출한다.
또한, 상기 제어부(40)는 케이스(10)의 본체(11) 배면에 설치된 출력부(50)에 산출된 당도를 표시한다.
바람직하게는, 상기 제어부(40)는 산출된 당도를 표준 당도 측정 단위인 브릭스(brix) 값으로 변환하여 표시한다.
그리고, 상기 제어부(40)는 광원부(20) 및 촬영부(30)를 기동시키기 위하여 기동을 위한 입력신호를 생성하는 스위치(41)를 구비한다.
바람직하게는, 상기 스위치(41)는 케이스(10)의 본체(11) 하단에 위치한 손잡이(12)에 설치되고, 보다 바람직하게는, 상기 스위치(41)는 사용자가 손잡이(12)를 파지한 상태에서 손가락으로 스위치(41)의 온(ON)/오프(OFF)를 조작할 수 있도록 방아쇠 형상으로 이루어지는 것이 좋다.
상기 출력부(50)는 상기 제어부(40)에 연결된 통상의 디스플레이 소자로서, 통상의 LCD(액정디스플레이) 또는 통상의 발광다이오드(LED) 메트릭스(matrix)로 이루어질 수 있다.
상기 전원부(60)는 상기 제어부(40)와 광원부(20) 및 촬영부(30)에 전원을 인가하며, 바람직하게는, 상기 전원부(50)는 외부의 전원에 의하여 충전가능한 배터리(50)를 채용하는 것이 좋다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 레이저 스펙클 광도 측정법을 이용한 과일용 비파괴 당도측정 시스템의 작동을 상세하게 설명한다. 도 3 은 본 발명의 당도측정 시스템의 작동을 나타내는 순서도이다.
도 3 을 참조하면, 본 발명의 당도 측정 시스템(1)(이하, ‘시스템’으로 약칭)의 본체(11)의 정면에 부착된 렌즈(31)의 테두리의 림(14)과 시편이 되는 과일(F)의 표면을 상호 근접시킴으로써 레이저부(20) 및 촬영부(30)를 과일의 표면에 근접시킨다(S 10). 그렇게 되면 렌즈(31)와 과일의 표면은 대략 1cm 정도의 거리를 두고 근접되게 된다.
이어서, 사용자가 케이스(10)의 손잡이(12)에 설치된 스위치(41)를 온(ON)시키면, 전원부(60)의 전원이 인가되면서(S 20) 제어부(40), 레이저부(20) 및 촬영부(30)가 각각 기동된다.
그러면, 레이저부(20)로부터 레이저 광이 과일(F)의 표면에 소정 시간 동안 조사되면서 과일(F)의 표면의 넓은 영역에 레이저광을 분산 또는 산광되면서 레이저 스펙클이 과일(F)의 표면에 형성된다(S 30).
그리고, 상기 촬영부(30)는 당도 측정 대상의 과일(F)을 촬영하되 상기 레이저부(20)에 의하여 조사된 레이저 광에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성한다(S 40).
이때, 상기의 레이저부(20) 및 촬영부(30)의 작동 시간은 대략 1 초 내지 2 초로서, 상기 촬영부(30)는 생성된 레이저 스펙클의 이미지 데이터를 초당 20 프레임(20fps)의 속도로 수집한다.
이어서, 제어부(40)는 상기와 같이 촬영부(30)에 의하여 수집된 레이저 스펙클의 이미지 데이터를 연동된 메모리소자(미도시)에 저장하고(S 50), 저장된 레이터 스펙클의 이미지 데이터에 기초하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 분석한다(S 60).
구체적으로, 상기 제어부(40)는 이미지 데이터 분석은, 공지의 레이저 스펙클 광도측정법(Laser Speckle Photometry)을 이용하여 이미지를 분석한다.
보다 구체적으로, 상기 레이저 스펙클 광도측정법에 의하여 레이저 스펙클 이미지 데이터들의 콘트라스트 변화도를 구하고, 자기상관함수와 프랙탈(Fractal) 이론을 적용한 이미지 데이터들의 복잡도를 구한후, 구하여진 변화도와 복잡도에 따라서 당도를 산출한다.
그리고, 상기 제어부(40)에 의한 레이저 스펙클의 이미지 데이터들의 분석이 종료되면 분석 결과에 따라서 당도를 산출한다(S 70).
이어서, 상기 제어부(40)는 산출된 과일의 당도를 본체(11)의 배면에 구비된 출력부(50)를 통하여 표시한다(S 80). 이때, 상기 당도는 상기 제어부(40)에 의하여 표준 당도 측정 단위인 브릭스(brix) 값으로 변환되어 출력부(50)에 표시된다.
상기 제어부(40)에 의한 이미지 데이터의 분석 과정(S60)을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명 제어부(40)에 의한 레이저 스펙클의 이미지 데이터의 분석은 비파괴 측정분석법 중 하나인 공지의 레이저 스펙클 광도측정법(Laser Speckle Photometry)을 이용하여 수행된다.
상기 레이저 스펙클의 광도측정법은 재료의 표면에서 마모나 손상 등을 비파괴적으로 측정 및 분석하는데 이용하여 왔던 방법으로서, 단순 재료의 상태 측정을 위하여 열 및 기계적 활성에 따른 레이저 스펙클의 변화를 탐지하고 분석하는 기술이며, 근래 세포 활동이나 표면 당도 측정과 같은 생물학적 영역을 측정 및 분석하는데 확대 적용되고 있다.
본 발명의 당도 측정 시스템(1)은 상기와 같은 레이저 스펙클 광도측정법을 이용함으로 인하여, 촬영부(30)와 레이저부(20)의 간단한 구성으로 이루어짐으로써 종래의 당도 측정 시스템과 비교하여 제조비용을 절감할 수 있으며 휴대성 및 사용 편의성이 증대되는 효과를 가져오게 되었다.
본 발명의 시스템이 이용하는 상기 레이저 스펙클 광도측정법을 이용하는 분석이란, 어떠한 대상에 레이저광을 조사할 경우, 레이저 광의 반사 신호들이 디텍터(detector, 검출기)에 맺히는 위상 차이에 따라서 보강 및 간섭 현상을 일으키며, 이러한 레이저 광의 반사 신호들의 보강 및 간섭에 의하여 나타나는 반점(스펙클)의 형태를 분석하는 기법이다.
상기와 같이 나타나는 스펙클의 이미지는 대상체에 따라서 콘트라스트(Contrast, 명암)가 상이하게 나타나는데, 이러한 이유는 레이저 광이 조사된 대상 물체의 조밀도, 구성 물질, 수분량에 의하여 상이하게 나타나기 때문이다.
또한, 레이저광의 파장이나 그것의 입사 각도도 스펙클 이미지의 콘트라스트를 변경시키는 요인이 될 수 있다.
상기의 스펙클 이미지들의 콘트라스트의 변화도는 하기의 수식 1 로 구할 수 있다.
(수식 1)
Figure 112016007451288-pat00001
k :콘트라스트 값
I :이미지 명암 강도
<I>: 이미지 명암 강도 평균
sI :이미지 강도의 표준편자
N :이미지 수
그러나, 단순히 콘트라스트의 값만으로는 스펙클 이미지들의 패턴을 충분한 수준으로 분석하기에 부족하다.
따라서, 스펙클 이미지들의 형태가 얼마나 복잡성을 가지는지 판단하기 위해서 프렉탈(Fractal)을 이용한 분석이 수행된다. 기본적으로, 프렉탈은 자기상관성을 기반으로 하기 때문에 자기상관함수를 통해 계산 가능하다. 하기의 수식 2 는 자기상관함수를 나타내는 식이다.
(수식 2)
Figure 112016007451288-pat00002
C :자기 상관 함수
I :이미지 명암 강도
n :시간에 따른 이미지의 순서
nmax:총 이미지 수
τ :이미지 순서의 변화량
x :이미지의 x축 좌표
y :이미지의 y축 좌표
또한, 자기상관함수와 프렉탈과의 관계는 다음의 수식 3 및 수식 4 로 구할 수 있다.
(수식 3)
Figure 112016007451288-pat00003
C :자기 상관 함수
τ :이미지 순서의 변화량
x :이미지의 x축 좌표
H :허스트파라미터(Hurst exponent)
DF :프렉탈 차원수
(수식 4)
Figure 112016007451288-pat00004
I :이미지 명암 강도
x :이미지의 x축 좌표
y :이미지의 y축 좌표
△x :이미지의 x축 변화량
sI :이미지 강도의 표준편차
r0 :상관 길이(correlation length)
H :허스트파라미터(Hurst exponent)
그리고, 상기와 같이 계산된 자기상관함수를 이용하여 개발된 프렉탈 모델 함수에 피팅(fitting)하여 계수값들을 추출한다. 하기의 수식 5 는 개발된 모델의 형태이다.
(수식 5)
Figure 112016007451288-pat00005
F :미분 상관함수
τ :이미지 순서의 변화량
A :콘트라스트 진폭값
r0 :상관 길이(correlation length)
H :허스트파라미터(Hurst exponent)
상기와 같이 구하여진 미분상관함수(Differential Correlation Function)을 통해 모델이 피팅(Fitting)한 그래프를 도 4 에 도시하였다.
도 4 를 참조하면, 해당 피팅된 함수를 이용해 각 파라메터들을 추출하여 실험을 통해 측정된 당도값과 표준기기의 값에 대한 연관성을 분석하고, 그 중 굴절률과 연관이 큰 요소를 이용하여 당도를 추정한다.
상기와 같이 작동하는 본 발명의 당도 측정 시스템의 당도 측정 성능을 시험
하기 위하여, 시중에 판매중인 사과를 무작위로 10 개를 선별한 후, 본 발명의 당도측정 시스템(1)을 이용하여 사과를 훼손하지 않고 사과의 당도를 측정하였으며, 비교를 위하여 동일한 사과들의 과즙을 추출하여 기존의 착즙식 당도 측정기기(미도시)를 이용하여 당도를 측정하였다.
도 5 의 좌측부분 (a)에 도시된 그래프는 본 발명 당도 측정 시스템을 이용하여 10 개의 모든 사과들의 당도를 측정한 결과의 그래프이고, 도 5 의 우측부분 (b)에 도시된 그래프는 (a)의 그래프에서 상관 범위내(세로축 0.9 a.u.- 0.935 a.u.)에 포함되는 당도만을 나타낸 그래프이다.
도 5 의 각 그래프들에 따르면, 본 발명 당도 측정 시스템을 이용하여 측정한 당도는 기존 착즙식 당도 측정기기와 비교하여 (a)의 그래프는 0.7 의 상관관계값(Correlation, Max=1)을 가지며, 특히, 상관 범위내일 경우 (b)의 그래프는 상관관계값이 0.95 를 가짐으로써, 기존의 착즙식 당도 측정기기가 측정한 결과와 75% - 95% 유사한 측정 결과를 보였다.
나아가, 본 발명의 당도측정 시스템(1)을 이용하여 우유나 쥬스 등의 불투명한 액체의 당도도 측정가능하며, 이의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 당도측정 시스템(1)을 이용하여 우유나 쥬스 등의 불투명 액체의 당도를 측정하기 위하여 본 발명 시스템은 도 6 에 도시된 바와 같은 바닥면(101)과 테두리(102)를 가진 캡(100)과, 캡(100)의 바닥면(101)에 거치되는 커버(110)를 이용한다.
상기 캡(100)과 커버(110)는 도시된 바와 같이 원형의 외형을 가지는 것이 바람직하며, 투명한 합성수지 또는 유리 재질로 이루어지는 것이 좋다.
상기 커버(110)의 직경은 캡(100)의 바닥면(101)에 직경보다 약간 적게 함으로써 커버(110)가 캡(100)의 바닥면(101) 상에 거치될 수 있도록 한다.
상기와 같은 캡(100)과 커버(110)를 이용하여 우유나 쥬스 등의 불투명 액체의 당도를 측정하기 위한 과정을 도 7 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7 의 상단 (a) 부분에 도시된 바와 같이, 캡(100)의 바닥면(101)상으로 당도를 측정하고자 하는 불투명 액체(L)를 수 방울 점적시킨다.
그리고, 도 7 의 중단 (b) 부분에 도시된 바와 같이, 캡(100)의 바닥면(101) 상에 점적된 불투명 액체(L)의 상부에 커버(110)를 씌우게 되면 불투명 액체(L)의 표면이 커버(110)에 의하여 눌려 바닥면(101) 상에서 퍼지게 되고, 이 상태에서 도 7 의 하단 (c) 부분에 도시된 바와 같이, 캡(100)의 테두리(102)의 내측으로 본 발명 시스템(1)의 케이스(11)의 본체(12) 전면에 형성된 림(14)을 삽입시켜 촬영부(30)의 렌즈(31)를 커버(110)의 표면(111)에 밀착시킴으로써 커버(110)와 바닥면(101) 사이에서 퍼진 상태로 주어지는 불투명 액체(L)의 당도를 측정하면 된다.
즉, 사용자가 케이스(10)의 손잡이(12)에 설치된 스위치(41)를 온(ON)시켜 레이저부(20) 및 촬영부(30)를 기동시키면, 레이저부(20)로부터 레이저 광이 액체(L)의 표면에 소정 시간 동안 조사되면서 액체(L)의 표면의 넓은 영역에 레이저광을 분산 또는 산광되면서 레이저 스펙클이 액체(L)의 표면에 형성된다.
이어서, 촬영부(30)가 당도 측정 대상의 액체(L)를 촬영하여 상기 레이저부(20)에 의하여 조사된 레이저 광에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성한 후, 레이터 스펙클의 이미지 데이터에 기초하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 전술한 레이저 스펙클 광도측정법(Laser Speckle Photometry)을 이용하여 레이저 스펙클 이미지 데이터들의 콘트라스트 변화도를 구하고, 자기상관함수와 프랙탈(Fractal) 이론을 적용한 이미지 데이터들의 복잡도를 구하고, 구하여진 변화도와 복잡도에 따라서 당도를 산출한다. 이러한 레이저 스펙클 광도측정법에 의한 이미지의 분석 방법은 상술한 바 있으므로 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 산출된 액체(L)의 당도를 출력부(50)를 표준 당도 측정 단위인 브릭스(brix) 값으로 변환하여 표시한다.
도 8 은 본 발명 당도 측정 시스템을 이용하여 불투명액체의 당도를 측정한 결과의 그래프로서, 상관 범위내일 경우 상관관계값이 0.98 을 가짐으로써, 기존의 착즙식 당도 측정기기가 측정한 결과와 98% 유사한 측정 결과를 보였다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 본 발명 당도측정 시스템
10; 케이스
11; 본체
12; 손잡이
13; 관통공
14; 림
20; 레이저부
30; 촬영부
31; 렌즈
32; 이미지센서
40; 제어부
41; 스위치
50; 출력부
60; 전원부
100; 캡
110; 커버
F; 과일

Claims (15)

  1. 과일용 비파괴 당도 측정 시스템에 있어서,
    케이스(10);
    상기 케이스(10)에 설치되며 당도 측정 대상의 과일의 표면을 향하여 레이저 광을 조사하여 과일의 표면에 레이저 스펙클을 형성하는 레이저부(20);
    상기 케이스(10)에 설치되며 상기 레이저부(20)에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성하는 촬영부(30);
    상기 촬영부(30)가 생성한 과일의 표면에 형성된 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 수집하여 분석하고, 분석 결과에 따라서 과일의 당도를 산출하는 제어부(40);
    상기 산출된 당도를 표시하는 출력부(50); 를 포함하여 구성되고,
    상기 제어부(40)는, 레이저 스팩클의 이미지 분석시,
    레이저 스펙클 광도측정법에 의하여 레이저 스펙클 이미지 데이터들의 콘트라스트 변화도를 구하고,
    프랙탈을 이용한 분석을 수행하여 상기 레이저 스팩클 이미지들이 형성된 형태의 복잡성을 구하고,
    구하여진 변화도와 복잡성에 따라서 당도를 산출하는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스(10)는,
    상부의 본체(11)와 하부의 손잡이(12)로 이루어진 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 케이스(10)는,
    상기 본체(11) 정면에 렌즈(32)를 노출시키는 관통공(13)이 형성되고, 관통공(13)의 테두리를 따라서 전방으로 돌출된 림(14)이 형성되는 구성을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부(40)는,
    광원부(20) 및 촬영부(30)를 기동시키기 위한 입력신호를 생성하는 스위치(41)를 구비하는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스위치(41)는 손잡이(12)에 설치되고 방아쇠 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(40)와 광원부(20) 및 촬영부(30)에 전원을 인가하는 전원부(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부(40)는 산출된 당도를 브릭스(brix) 값으로 변환하여 출력부(50)에 표시하는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저부(20)는 상기 촬영부(30)의 렌즈(31)와 소정의 각도(a)를 가지고 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 레이저부(20)와 상기 렌즈(31)와의 각도는 10-50 도인 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저부(20)가 조사하는 레이저 광의 파장은 100~2000nm 인 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 과일용 비파괴 당도 측정 방법에 있어서,
    과일의 표면에 레이저부와 촬영부가 근접되는 단계(S 10);
    상기 레이저부와 상기 촬영부에 전원을 인가하는 단계(S 20);
    상기 레이저부가 조사한 레이저 광에 의하여 과일의 표면에 레이저 스펙클이 형성되는 단계(S 30);
    상기 촬영부가 상기 레이저부에 의하여 형성된 과일 표면의 레이저 스팩클을 연속으로 촬영하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터를 생성하는 단계(S 40);
    제어부가 생성된 레이저 스펙클의 이미지 데이터를 연동된 메모리소자에 저장하는 단계(S 50);
    상기 제어부가 저장된 레이터 스펙클의 이미지 데이터에 기초하여 레이저 스팩클의 이미지 데이터들을 분석하는 단계(S 60);
    상기 제어부에 의한 레이저 스펙클의 이미지 데이터들의 분석이 종료되면 상기 제어부는 분석 결과에 따라서 과일의 당도를 산출하는 단계(S 70);
    상기 제어부가 산출된 과일의 당도를 출력부에 표시하는 단계(S 80);를 포함하여 구성되고,
    상기 제어부의 이미지 데이터 분석 단계(S 60)는,
    레이저 스펙클 광도측정법에 의하여 레이저 스펙클 이미지 데이터들의 콘트라스트 변화도를 구하고,
    프랙탈을 이용한 분석을 수행하여 상기 레이저 스팩클 이미지들이 형성된 형태의 복잡성을 구하는 것을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도측정 시스템.
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서, 불투명 액체(L)의 당도를 측정하기 위하여,
    바닥면(101)과 테두리(102)를 가진 캡(100)과, 캡(100)의 바닥면(101)에 거치되는 커버(110)를 포함하고,
    상기 캡(100)의 바닥면(101)상으로 당도를 측정하고자 하는 불투명 액체(L)를 수 방울 점적시키고, 캡(100)의 바닥면(101) 상에 점적된 불투명 액체(L)의 상부에 커버(110)를 씌우고,
    케이스(11)의 본체(12) 전면에 형성된 림(14)을 상기 캡(100)의 내부에 삽입시켜 촬영부(30)의 렌즈(31)를 커버(110)의 표면(111)에 밀착시킴으로써 커버(110)와 바닥면(101) 사이에서 퍼진 상태로 주어지는 불투명 액체(L)의 당도를 측정하는 구성을 특징으로 하는 과일용 비파괴 당도 측정 시스템.
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