CN106153555A - 一种透光性液体的检测方法和检测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透光性液体的检测方法和检测***。该检测***包括：一宽谱光源(10)，用于发出照射待测液体(20)的宽谱光；一分光元件(30)，将经过待测液体(20)后的透射光进行分光；一光谱图像采集单元(40)，采集经分光元件(30)分光后的透射光的光谱图像；一光谱曲线提取单元(501)，从光谱图像提取待测液体的光谱曲线；一光谱曲线存储单元(502)，存储至少一种参考液体的光谱曲线；一比较判断单元(503)，将待测液体(20)的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线进行比较，并判断待测液体(20)与参考液体的异同；和一显示单元(60)，显示比较和判断结果。该检测***的光路简单，并将获得的待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较从而对待测液体做出判断，简单方便、有效性高。

Description

一种透光性液体的检测方法和检测***

技术领域

本发明涉及液体检测领域，尤其涉及一种透光性液体的检测方法和检测***。

背景技术

随着人类社会的发展，社会分工越来越细。每一个人都需要从其他人那里购买所需要的产品。但在此过程中，产品的质量问题一直是一个广受消费者关注的问题。近年来，发生了复数起食品安全事故，引起了人们对产品质量问题的广泛讨论。

现有的产品质量检测方法大都是基于实验室或研究所，例如薄层色谱分析法(ThinLayer Chromatography)、高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography，简称HPLC)、实验室荧光计(Laboratory Fluorimeter)等。也有一些利用反射原理或受激发射光谱分析的原理(如拉曼光谱)进行产品质量检测。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种简单方便、能够有效检测透光性液体的检测方法和检测***。

本发明的一个方面提供了一种透光性液体的检测方法，包括如下步骤：用宽谱光照射待测液体；将经过待测液体后的透射光进行分光；采集经分光后的透射光的光谱图像；从光谱图像提取待测液体的光谱曲线；将待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较；根据比较的结果判断待测液体与参考液体的异同。该方法使用常用的宽谱光，并将获得的待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较从而对待测液体做出判断，简单方便、有效性高。

在透光性液体的检测方法的另一种示意性的实施方式中，宽谱光为包含复数种颜色的可见光。可见光能够方便地被人眼和通用设备识别，对光谱采集的要求低。复数种颜色的光适用于检测复数种不同的待测液体，适用性较广。

在透光性液体的检测方法的再一种示意性的实施方式中，宽谱光相对待测液体的入射面倾斜入射。宽谱光倾斜入射待测液体后发生折射，不同的待测液体的折射率不同，能够提高对待测样品的检测准确度。

在透光性液体的检测方法的又一种示意性的实施方式中，还包括如下步骤：预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线；从复数种参考液体的光谱曲线中选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较。预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线，检测进行时可以很方便地从中选取至少一种参考液体的光谱曲线，提高了检测效率。

本发明的另一个方面提供了一种透光性液体的检测***，包括：一宽谱光源，用于发出照射待测液体的宽谱光；一分光元件，将经过待测液体后的透射光进行分光；一光谱图像采集单元，采集经分光元件分光后的透射光的光谱图像；一光谱曲线提取单元，从光谱图像提取待测液体的光谱曲线；一光谱曲线存储单元，存储至少一种参考液体的光谱曲线；一比较判断单元，将待测液体的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线进行比较，并判断待测液体与参考液体的异同；和一显示单元，显示比较和判断结果。该检测***的光路简单，并将获得的待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较从而对待测液体做出判断，简单方便、有效性高。

在透光性液体的检测***的另一种示意性的实施方式中，宽谱光源为自然光或白光LED灯。自然光或白光LED灯容易获取，方便个人用户。

在透光性液体的检测***的再一种示意性的实施方式中，分光元件为衍射光栅。衍射光栅结构简单，体积小。

在透光性液体的检测***的又一种示意性的实施方式中，还包括一透明样品容器，用于放置待测液体。检测***自带透明样品容器，使得用户不需自带放置待测液体的容器，方便个人用户。

在透光性液体的检测***的又一种示意性的实施方式中，还包括一通讯单元，光谱曲线提取单元、光谱曲线存储单元和比较判断单元设置于一远程服务器中，通讯单元将光谱图像采集单元采集的光谱图像发送给远程服务器并将比较和判断结果发送给显示单元。通过远程服务器对光谱图像进行处理和判断，可以降低检测***在个人用户端对数据处理能力和存储空间的要求，有利于个人的使用。

在透光性液体的检测***的又一种示意性的实施方式中，比较判断单元，将待测液体的光谱曲线与复数种参考液体的光谱曲线进行比较，使用分类或聚类的方法选取一个与待测液体光谱曲线最接近的参考液体的光谱曲线以形成判断结果。将待测液体的光谱曲线与复数种参考液体的光谱曲线进行对比，可提高检测准确性和检测结果的丰富度。

附图说明

下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：

图1为本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测方法流程图；

图2为本发明的一个实施例提供的芝麻油的光谱图像；

图3为本发明的一个实施例提供的待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线的比较示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测***的结构框图；

图5为本发明的另一个实施例提供的透光性液体的检测***的结构框图。

标号说明：

10 宽谱光源

20 待测液体

201 透明样品容器

30 分光元件

40 光谱图像采集单元

50 远程服务器

501 光谱曲线提取单元

502 光谱曲线存储单元

503 比较判断单元

60 显示单元

70 通讯单元

100 移动终端

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

下面讨论的各图以及被用来描述在该专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅以说明的方式并且无论如何不应该被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将会理解，可以在任何适当布置的设备中实施本公开的原理。将参考示例性非限制实施例来描述本申请的各种创新教导。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地示出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在各种产品中，透光性液体产品(如油、牛奶等)是一个重要的种类，其产品质量备受关注。开发一种适于个人用户的结构简单、价格便宜、能够有效检测液体产品质量的检测***和检测方法是一个重要的课题。

图1为本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测方法流程图。从图1中可以看出，该透光性液体的检测方法包括如下步骤：

步骤S1.1：用宽谱光照射待测液体。

这里可以用日常的宽谱光源(如太阳光、照明LED灯、白炽灯等)发出的宽谱光。该宽谱光在照射到待测液体前不需要经过特别处理，最终照射到待测液体的光为宽谱光。在一种示意性的实施方式中，该宽谱光为包含复数种颜色的可见光。可见光能够方便地被人眼和通用设备识别，对可见光的光谱采集的要求低。复数种颜色的光适用于检测复数种不同的待测液体，适用性较广。例如，由R、G、B三色光混合而成的白光。在一种示意性的实施方式中，该宽谱光为非偏振光。非偏振光容易从日常光源中获取。

步骤S1.2：将经过待测液体后的透射光进行分光。

该宽谱光照射到待测液体时称为入射光，经过透光性的待测液体后产生透射光。对透射光进行分光可以获得透射光的光谱图像。在一种示意性的实施方式中，采用衍射光栅或棱镜对透射光进行分光。

步骤S1.3：采集经分光后的透射光的光谱图像。

在一种示意性的实施方式中，对分光后的透射光用成像技术进行采集，如胶卷或CCD成像，获得透射光的光谱图像。图2示意性地示出了一种芝麻油的光谱图像。在一种示意性的实施方式中，对同一待测液体，采集一张或复数张光谱图像。

步骤S1.4：从光谱图像提取待测液体的光谱曲线。

从光谱图像上一预定的线(如图2中的AA’线)上采样复数个像素点，每一个像素点包括亮度值和波长值。所有像素点的亮度值和波长值在二维坐标内形成一亮度-波长曲线，即为光谱曲线。光谱曲线可以从一张光谱图像采集得到，也可以从复数张光谱图像采集并经过数据处理得到。

在一种示意性的实施方式中，步骤S1.3采集了复数张光谱图像。从复数张光谱图像提取待测液体的光谱曲线的方法具体包括如下步骤：

S1.4.1：从每张光谱图像中相同位置的线上取出复数个像素点及每个像素点对应的RGB值。在一种示意性的实施方式中，对该线上所有的像素点进行采样。

S1.4.2：将每个像素点对应的RGB值中R值、G值和B值相加除以255得到该像素点的亮度的采样值。每张光谱图像相同位置处的像素点有一个采样值，每个像素点有复数个采样值。

S1.4.3：从同一像素点对应的复数个的采样值中去除最大的采样值和最小的采样值，并将剩余采样值取平均值得到该像素点的亮度值。

S1.4.4：把每个像素点的亮度值和波长值组合起来形成一个二维坐标系内的曲线即为待测液体的光谱曲线。

步骤S1.5：将待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较。

将待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线放在同一坐标系(如亮度-波长坐标)中进行比较。

在一种示意性的实施方式中，该检测方法还包括如下步骤：预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线；从复数种参考液体的光谱曲线中选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较。图3示出了一种待测液体的光谱曲线与三种参考液体的光谱曲线的比较示意图。图3中待测液体的光谱曲线为光谱曲线d，三种参考液体的光谱曲线分别为光谱曲线a、光谱曲线b和光谱曲线c。预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线，检测进行时可以很方便地从中选取至少一种参考液体的光谱曲线，提高了检测效率。

步骤S1.6：根据比较的结果判断待测液体与参考液体的异同。

在一种示意性的实施方式中，选取一种参考液体的光谱曲线与待测液体的光谱曲线进行比较，若曲线相同则判断该待测液体与该参考液体相同；若曲线不相同则判断该待测液体与该参考液体不同。例如该参考液体为水，那么判断结果为该待测液体是水，或不是水。

在一种示意性的实施方式中，选取复数种参考液体的光谱曲线与待测液体的光谱曲线进行比较，使用分类或聚类(如KNN、SVM)的方法选取一个与待测液体光谱曲线最接近的参考液体的光谱曲线以形成判断结果。可以认为待测液态与该最接近的参考液体相同。例如，该最接近参考液体为20％浓度的牛奶，那么判断结果为该待测液体是20％浓度的牛奶。图3中参考液体的光谱曲线c与待测液体的光谱曲线d最接近，可以判断二者相同。

该透光性液体的检测方法，使用常用的宽谱光，并将获得的待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较从而对待测液体做出判断，简单方便、有效性高。

照射到待测液体的宽谱光称为入射光，经过待测液体后产生透射光。不同颜色的透光性液体对相同入射光的吸收不同，因此能够通过分析透射光的光谱以检测不同颜色的透光性液体。折射率不同的透光性液体对相同入射光的折射不同，因此也能够通过分析透射光的光谱以检测折射率不同的透光性液体。在一种示意性的实施方式中，宽谱光(即入射光)相对待测液体的入射面垂直入射。这样若待测液体的颜色与参考液体的颜色不同，则待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线就不同，能够通过将待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较来检测待测液体。反过来说，如果待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线相同，那么待测液体和参考液体的颜色相同。

在一种示意性的实施方式中，宽谱光(即入射光)相对待测液体的入射面倾斜入射。这样若待测液体与参考液体二者的颜色、折射率中任意一个或全部不同，则待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线就不同，能够通过将待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较来检测待测液体。反过来说，如果待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线相同，那么待测液体和参考液体的颜色和折射率都相同，待测液体和参考液体相同的概率大大提高，检测准确性得到提高。例如无色的糖水和水，二者颜色相同、折射率不同，对应的光谱曲线就不相同，因此该检测方法能够区分糖水和水，不会将糖水误判为水，提高了检测准确性。

在一种示意性的实施方式中，该透光性液体的检测方法还包括步骤S1.6所得到的判断结果显示给用户的步骤。显示的信息除了待测液体与参考液体的异同，还可以显示待测液体与参考液体的光谱曲线、参考液体的其他信息(如生产厂家、销售商等信息)供用户参考。

图4为本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测***的结构框图。从图4中可以看出，该检测***包括如下部件：

一宽谱光源10，用于发出照射待测液体20的宽谱光。在一种示意性的实施方式中，宽谱光源10为自然光或白光LED灯(如RGB白光LED)，在日常生活中容易获取，价格便宜，对个人用户非常方便。自然光包括自然物体如太阳发出的光；还包括白炽灯、钠灯等人造光源发出的光，其光谱范围涵盖红色至紫色的连续波段。宽谱光源10发出的光在照射到待测液体前不需要经过特别处理，最终照射到待测液体的光为宽谱光。在一种示意性的实施方式中，宽谱光源10本身还包括狭缝、透镜(未图示)，用于改变宽谱光的形状和传播方向。在一种示意性的实施方式中，该宽谱光源10为非偏振光光源，容易从日常光源中获取。

一分光元件30，将经过待测液体20后的透射光进行分光。在一种示意性的实施方式中，分光元件30为衍射光栅，其结构简单，体积小。作为一种示意性的实施方式，衍射光栅倾斜设置，使得透射光入射到衍射光栅时与衍射光栅的入射面有一夹角。该夹角大于0度且小于90度，例如45度。

一光谱图像采集单元40，采集经分光元件30分光后的透射光的光谱图像。在一种示意性的实施方式中，光谱图像采集单元40为胶卷或CCD摄像头。光谱图像采集单元40对同一待测液体，采集一张或复数张光谱图像。

一光谱曲线提取单元501，从光谱图像提取待测液体的光谱曲线。图2示意性地示出了一种芝麻油的光谱图像。光谱曲线提取单元501从光谱图像上一预定的线(如图2中的AA’线)上采样复数个像素点，每一个像素点包括亮度值和波长值。所有像素点的亮度值和波长值在二维坐标内形成一亮度-波长曲线，即为光谱曲线。

一光谱曲线存储单元502，存储至少一种参考液体的光谱曲线。在一种示意性的实施方式中光谱曲线存储单元502为磁盘或光盘或优盘等。参考液体的光谱曲线是预先用与检测待测液体相同的检测***在相同的检测条件下得到的已知的透光性液体的光谱曲线。预先存储于光谱曲线存储单元502中的参考液体的光谱曲线组成光谱曲线库。通常，光谱曲线存储单元502存储复数种参考液体的光谱曲线。当进行待测液体的检测时能够很方便地从光谱曲线库中选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较，提高了检测效率。

一比较判断单元503，将待测液体的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线进行比较，并判断待测液体与参考液体的异同。

在一种示意性的实施方式中，比较判断单元503从光谱曲线库中选取一种参考液体的光谱曲线与待测液体的光谱曲线进行比较，判断待测液体与参考液体是否相同。

在一种示意性的实施方式中，比较判断单元503从光谱曲线库中选取复数种参考液体的光谱曲线与待测液体的光谱曲线进行比较，使用分类或聚类(如KNN、SVM)的方法选取一个与待测液体光谱曲线最接近的参考液体的光谱曲线以形成判断结果。此时，认为待测液态与该最接近的参考液体相同。将待测液体的光谱曲线与复数种参考液体的光谱曲线进行对比，可提高检测准确性和检测结果的丰富度。

一显示单元60，显示比较和判断结果。

在一种示意性的实施方式中，显示单元60为液晶显示器或CRT显示器或OLED显示器等。显示单元60将比较和判断结果直观地显示给用户。显示的内容包括但不限于：待测液体与参考液体的异同及参考液体的成分、浓度、生产商、销售商等信息，无法判断，待测液体和参考液体的光谱曲线等。

在一种示意性的实施方式中，该检测***还包括一透明样品容器201，用于放置待测液体20。该检测***带有透明样品容器201，用户不需自带放置待测液体20的容器，方便个人用户。另外，透明样品容器201是无色透明的，降低对光谱曲线的影响。

在一种示意性的实施方式中，透明样品容器201竖直设置，使得宽谱光源10发出并照射到待测液体的光(即入射光)相对待测液体的入射面垂直入射。这样透射光的光谱曲线中包含有待测液体20的颜色信息，该检测***通过后续对比待测液体20的光谱曲线与参考液体的光谱曲线的异同来判断待测液体20与参考液体的颜色的异同，进而判断待测液体20与参考液体的异同。若待测液体的颜色与参考液体的颜色不同，则待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线就不同。反之，若待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线相同，那么待测液体和参考液体的颜色相同，在一定的概率上判断待测液体和参考液体相同。

在一种示意性的实施方式中，透明样品容器201倾斜设置，使得宽谱光源10发出并照射到待测液体的光(即入射光)相对待测液体的入射面倾斜入射。这样透射光的光谱曲线中包含有待测液体20的颜色和折射率信息，该检测***通过后续对比待测液体20的光谱曲线与参考液体的光谱曲线的异同来判断待测液体20与参考液体的颜色和折射率的异同，进而判断待测液体20与参考液体的异同。若待测液体与参考液体二者的颜色、折射率中任意一个或全部不同，则待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线就不同。反之，若待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线相同，那么待测液体和参考液体的颜色和折射率都相同，待测液体和参考液体相同的概率大大提高，检测准确性得到提高。例如，待测液体为无色的糖水，参考液体为无色的水。宽谱光经过无色的糖水后发生的折射与宽谱光经过无色的水后发生的折射不同，无色的糖水的光谱曲线与无色的水的光谱曲线不同。这样，透明样品容器201倾斜设置的检测***能够将无色的糖水与无色的水区分开，不会将糖水误判为水，提高了检测准确性。

在如图5所示的一种示意性的实施方式中，该检测***还包括一通讯单元70，光谱曲线提取单元501、光谱曲线存储单元502和比较判断单元503设置于一远程服务器50中，通讯单元70将光谱图像采集单元40采集的光谱图像发送给远程服务器50并将比较和判断结果发送给显示单元60。作为一种示意性的实施方式，通讯单元70采用有线或无线(如WIFI、蓝牙、GPRS、3G、4G等)的通讯方式。作为一种示意性的实施方式，光谱图像采集单元40、显示单元60和通讯单元70设置于一移动终端(如手机、平板电脑等)100中。光谱曲线提取单元501和比较判断单元503需要对待测液体的光谱曲线和参考液体的光谱曲线进行处理，需要较强的数据处理能力；光谱曲线存储单元502要存储大量的参考液体的光谱曲线，需要较大的存储空间。将它们设置于远程服务器50，可以降低检测***在个人用户端(即移动终端100)对数据处理能力和存储空间的要求，有利于个人的使用。个人用户端只需要采集待测液体的光谱曲线并将其上传至远程服务器50，然后下载比较和判断结果显示给用户。另外，第三方也能够方便地访问远程服务器50，提供更复数的参考液体的光谱曲线，有利于大规模的云计算的应用。

需要说明的是，本申请文件中的液体为无固定形状、具有一定体积、很难被压缩成为更小体积的能够流动的物质，包括液态单质，如水等；液态混合物，如液态浊液(如悬浊液、乳浊液)，液态溶液(如盐水、糖水等)，液态胶体(如牛奶等)。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透光性液体的检测方法，包括如下步骤：

用宽谱光照射待测液体；

将经过所述待测液体后的透射光进行分光；

采集所述经分光后的透射光的光谱图像；

从所述光谱图像提取所述待测液体的光谱曲线；

将所述待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线进行比较；

根据所述比较的结果判断所述待测液体与所述参考液体的异同。

2.如权利要求1所述的透光性液体的检测方法，其特征在于，所述宽谱光为包含复数种颜色的可见光。

3.如权利要求1所述的透光性液体的检测方法，其特征在于，所述宽谱光相对所述待测液体的入射面倾斜入射。

4.如权利要求1所述的透光性液体的检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线；从所述复数种参考液体的光谱曲线中选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与所述待测液体的光谱曲线进行比较。

5.一种透光性液体的检测***，包括：

一宽谱光源(10)，用于发出照射待测液体(20)的宽谱光；

一分光元件(30)，将经过所述待测液体(20)后的透射光进行分光；

一光谱图像采集单元(40)，采集经所述分光元件(30)分光后的透射光的光谱图像；

一光谱曲线提取单元(501)，从所述光谱图像提取所述待测液体(20)的光谱曲线；

一光谱曲线存储单元(502)，存储至少一种参考液体的光谱曲线；

一比较判断单元(503)，将所述待测液体(20)的光谱曲线与至少一种所述参考液体的光谱曲线进行比较，并判断所述待测液体(20)与所述参考液体的异同；和

一显示单元(60)，显示所述比较和判断结果。

6.如权利要求5所述的透光性液体的检测***，其特征在于，所述宽谱光源(10)为自然光或白光LED灯。

7.如权利要求5所述的透光性液体的检测***，其特征在于，所述分光元件(30)为衍射光栅。

8.如权利要求5所述的透光性液体的检测***，其特征在于，还包括一透明样品容器(201)，用于放置所述待测液体(20)。

9.如权利要求5所述的透光性液体的检测***，其特征在于，还包括一通讯单元(70)，所述光谱曲线提取单元(501)、所述光谱曲线存储单元(502)和所述比较判断单元(503)设置于一远程服务器(50)中，所述通讯单元(70)将所述光谱图像采集单元(40)采集的光谱图像发送给所述远程服务器(50)并将所述比较和判断结果发送给所述显示单元(60)。

10.如权利要求9所述的透光性液体的检测***，其特征在于，所述比较判断单元(503)将所述待测液体(20)的光谱曲线与复数种所述参考液体的光谱曲线进行比较，使用分类或聚类的方法选取一个与所述待测液体(20)的光谱曲线最接近的参考液体的光谱曲线以形成判断结果。