CN109307638A - 一种馒头比容的测定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种馒头比容的测定方法及装置，属于粮食及粮食制品品质检测领域。该方法的步骤为：采用光学方法通过设计的测定装置提取馒头的侧面影像，通过对影像进行轮廓提取，根据轮廓计算每一层像素截面的圆柱体体积，然后通过对每层圆柱体体积进行求和计算，即可得到馒头的体积，最终采用馒头的体积与质量比计算出馒头的比容。该方法操作简单，并结合计算机的函数运算，计算快速准确，同时，由于不用接触被测物体，易于实现馒头工业化生产的在线连续检测。可广泛在小麦粉加工企业、馒头及面包加工企业以及粮油检测机构用于面粉、馒头及面包的品质检验。

Description

一种馒头比容的测定方法及装置
技术领域
本发明涉及馒头品质的测定方法及装置，特别是一种馒头比容的测定方法 及装置，属于粮食及粮食制品品质检测领域。
背景技术
馒头是我国传统的小麦粉制品，具有色白、暄软、光润、入口平淡后味香 甜等特点，在我国人民的膳食结构中占有十分重要的地位。馒头比容是馒头的 体积除以馒头的重量而计算出来的值，其反应的是单位质量的馒头体积，在馒 头的品质评价中，占有十分重要的地位，同时在小麦粉加工企业，也是评价小 麦和小麦粉质量的重要指标之一。
我国国家标准《小麦粉馒头》中馒头比容的测定采用的是体积置换法，采 用产品放入测试仓前后，以油菜籽为介质充满测试仓前后的体积差来测定产品 的体积，然后用体积除以馒头的重量，从而得到样品的比容结果，该方法已在 国内外应用多年，该方法采用的体积测定仪的测试仓为方形，测试中容易出现 介质阻塞或者堵角。2007年朱可定等设计了一款馒头体积测定仪，其工作原理 同样是采用体积置换法，只不过是将测试仓的仓底改为圆形，较少了介质阻塞 和堵角对操作带来的不变和结果的不稳定性。2010年，马云庆等设计并公开了 一种测定馒头体积的方法，其利用的是体积置换的方法，只是采用了置换水的 体积的方法，提高了检测精度，但该方法，还需要把馒头装入不透水的薄膜中， 抽取真空后，放入水中排水测定体积，还需要减去薄膜袋的体积，虽然该方法 利用排水法提高了测量精度，但操作步骤繁琐。
以上的方法都是基于体积置换的原理，在国标方法的基础上进行改进，虽 然其应用广泛，但对于食品工业的现代化、自动化、智能化而言，该方法不易 于实现在线检测。
如何满足食品工业的发展需求，开发一种能实现馒头比容在线测定的全新 检测方法，是一个亟需解决的问题。
本发明针对上述的现实问题，开发了一种馒头比容的测定方法及装置，即 能对馒头的比容进行快速、简便测定，同时可以装配到生产线，实现对馒头比 容的在线连续检测，契合了现代食品工业自动化、智能化的发展需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种馒头比容的测定方法及装置，与传统的体积置换 法测定方法不同，主要实现了采用光学方法通过测定装置提取馒头的侧面影像， 通过对影像进行轮廓提取，根据轮廓计算每一层像素截面的圆柱体体积，然后 通过对每层圆柱体体积进行求和计算，即可得到馒头的体积，最终采用馒头的 体积与质量比计算出馒头的比容。
一种馒头比容的测定装置，由计算机和影像提取***组成，影像提取*** 包括：形状为正方体+锥形顶的光室，光室的一侧装有可通过导轨上下调节的工 业相机，光室的底部设置有载物台，载物台上设计有“十”字形坐标，导轨的中轴 线与载物台上“十”字形坐标的纵坐标轴在同一截面上，光室的底部环绕载物台装 置有LED灯带，光室的底部和正对相机的侧面为黑色亚光材料，光室的其他面 和锥形顶均为白色亚光材料，光室的锥形顶部装置有环形LED灯带。LED灯带 和可以调节亮度。
其中，载物台为蓝色亚光的食品级PE材料，载物台上设计有“十”字形坐标， 坐标轴上带标准刻度，最小刻度单位为1mm。LED灯带和可以调节亮度。
本发明的一种馒头比容的测定方法，按照下述步骤进行：
(1)将馒头放在载物台上，馒头的底部中心位置与载物台上“十”字形坐标 的原点对齐。
(2)通过导轨调节工业相机的高度，使得相机镜头的中心位置对准馒头侧 面的几何中心，然后提取馒头的侧面影像。
(3)在影像上截取载物台上“十”字形坐标的横坐标轴原点左右各取的刻度， 即截取标准长度为L＝2～20cm，测定L在影像上的像素尺寸L'，计算得出实际 尺寸与像素尺寸之间的换算系数k：
k＝L/L' 公式(1)
(4)采用专用影像处理软件对提取的馒头侧面影像进行处理，将馒头的侧 面影像区域从整幅影像中分割出来，并提取出馒头的侧面边缘轮廓线。
(5)馒头的每一层横截面为圆形，每一层像素截面为一个圆柱体，馒头侧 面影像每层像素的像素长度为对应的每层圆柱体的像素直径R'，则该层圆柱体的 实际半径r为：
r＝kR'/2 公式(2)
每层的像素高度即为1个像素的高度，则每层的实际高度h为:
h＝k×1＝k 公式(3)
因此每层像素圆柱体的体积为：
Vi＝πri 2hi＝πk3Ri'2/4 公式(4)
(6)馒头侧面影像的像素层数为n，读取每层像素的像素直径，导出到数 据处理软件中，则馒头的体积为每层像素高度圆柱体的体积之和，即：
在数据处理软件中对公式(5)进行编辑，导入数据，即可得出馒头的体积 V。
(7)将计算所得的馒头体积数据V，除以馒头的质量m，即可得到馒头的 比容λ的结果：
λ＝V/m 公式(6)
本发明突破了传统的体积置换法形成的定向思维禁锢，创造性的采用光学 与高等数学相结合的方法，可以在不接触馒头的情况下，完成对馒头比容的测 定，而且该方法可以利用计算机语言进行计算机编程，形成智能的馒头比容检 测***，最终可以实现该方法与生产线的结合，形成馒头的工业化在线比容检 测***，契合当代食品工业自动化、智能化的发展需求。
本发明的方法和装置也适用于圆面包的比容测定。
附图说明：
图1为馒头比容测定装置示意图。
其中：1、计算机；2、光室；3、工业相机；4、导轨；5、载物台；6、光 室底部的LED光带；7、光室底部；8、光室正对相机的侧面；9、光室锥形顶部 装置的环形LED灯带。
图2为光室底部的俯视图，载物台5上设计有“十”字形坐标，坐标轴上带 有标准刻度。
具体实施方式：
以下是通过具体案例对本发明的方法进行具体阐述，应加以说明的是，以 下仅是通过案例对本发明进行举例解释，并不对本发明进行限定。
取200g小麦粉，按照GB/T17320-2013《小麦品种品质分类》中附录A的方法 制备面团，得到面团307g，分别称取50g、100g和150g面团各一个，分别成型后 进行发酵、蒸制，出笼后冷却1小时对3个馒头进行称重，重量分别为50.4g、99.8 和151.2g。
本发明一种馒头比容的测定装置由计算机1和影像提取***组成，影像提 取***包括：形状为正方体+锥形顶的光室2，光室的一侧装有可通过导轨4上 下调节的工业相机3，光室2的底部设置载物台5，载物台5上设计有“十”字形 坐标，导轨4的中轴线与载物台5上“十”字形坐标的纵坐标轴在同一截面上，光 室2的底部环绕载物台5装置有LED灯带6，光室的底部7和正对相机的侧面 8为黑色亚光材料，光室的其他面和锥形顶均为白色亚光材料，光室的锥形顶部 装置有环形LED灯带9。LED灯带6和9可以调节亮度。
其中，载物台5为蓝色亚光的食品级PE材料，载物台5上设计有“十”字 形坐标，坐标轴上带标准刻度，最小刻度单位为1mm。LED灯带6和9可以调 节亮度。
实施例1
首先打开LED光源6和9，并调节到合适的亮度，打开相机的开关，然后将 重量为50.4g的馒头放在光室2内的载物台5上，馒头底部中心位置与载物台5上 “十”字形坐标的原点对齐，通过导轨4调节工业相机3的高度，使得相机镜头的中 心位置对准馒头侧面的几何中心，操控相机，提取馒头的侧面影像。
将所得的影像导入到Halcon软件中，在影像上截取载物台5上“十”字形坐标 横坐标轴原点左右各5cm，即截取标准长度为L＝10cm，测定L在影像上的像素 尺寸L'＝1770，因此像素尺寸与实际尺寸的换算系数为：k＝L/L'＝ 10/1770＝0.0056。
在软件中将影像文本分别在R、G、B通道下对图像进行阈值分割，对比结 果显示R通道下分割效果良好，因此选择R通道下对影像进行分割，阈值范围设 置为[0,53],将馒头侧面图像分割出来。
根据公式4可以得出，每层像素圆柱体的体积为：
Vi＝πri 2hi＝πk3Ri'2/4＝1.76×10-7×π×Ri'2/4＝4.4×10-6×πRi'2
从软件中可读取该馒头的像素高度(层数)为691，第一层圆柱体的直径为 R1'＝873，则V1＝4.4×10-6×πR1'2＝4.4×10-6×3.14×8372＝9.68mm3；第691层圆柱体的 直径为R691'＝43，则V691＝4.4×10-6×πR691'2＝4.4×10-6×3.14×432＝0.03mm3。以此根据 从分割的馒头轮廓的每层数据可以算出每层圆柱体的体积，根据公式5：根据公式6，该馒头的比容为：λ＝V/m＝110.8ml/50.4g＝2.198ml/g≈2.2ml/g。
针对同一个测定样品，采用国标方法的菜籽体积置换法对其进行比容测定， 其结果为：λ＝V/m＝112.6ml/50.4g＝2.234ml/g≈2.2ml/g。
实施例2
将重量为99.8g的馒头放在案例1中已经设置好的光室2的载物台5上，通过导 轨4调节工业相机3的高度，使得相机镜头的中心位置对准馒头侧面的几何中心， 提取馒头的侧面影像。由于相机与载物台的距离没有变化，因此像素尺寸与实 际尺寸的换算系数与实施案例1的相同，为：k＝L/L'＝10/1770＝0.0056。依然是 在R通道下对馒头侧面影像进行分割，阈值范围[0,53]。
根据公式4可以得出，每层像素圆柱体的体积为：
Vi＝πri 2hi＝πk3Ri'2/4＝1.76×10-7×π×Ri'2/4＝4.4×10-6×πRi'2
从软件中可读取该馒头的像素高度(层数)为870，第一层圆柱体的直径为 R1'＝1100，则V1＝4.4×10-6×πR1'2＝4.4×10-6×3.14×11002＝16.72mm3；第870层圆柱体 的直径为R691'＝54，则V691＝4.4×10-6×πR691'2＝4.4×10-6×3.14×542＝0.04mm3。以此根 据从分割的馒头轮廓的每层数据可以算出每层圆柱体的体积，根据公式5：根据公式6，该馒头的比容为：λ＝V/m＝221.1ml/99.8g＝2.215ml/g≈2.2ml/g。
针对同一个测定样品，采用国标方法的菜籽体积置换法对其进行比容测定， 其结果为：λ＝V/m＝222.5ml/99.8g＝2.229ml/g≈2.2ml/g。
实施例3
将重量为151.2g的馒头放在案例1中已经设置好的光室2的载物台5上，通过 导轨4调节工业相机3的高度，使得相机镜头的中心位置对准馒头侧面的几何中 心，提取馒头的侧面影像。由于相机与载物台的距离没有变化，因此像素尺寸 与实际尺寸的换算系数与实施案例1的相同，为：k＝L/L'＝10/1770＝0.0056。依 然是在R通道下对馒头侧面影像进行分割，阈值范围[0,53]。
根据公式4可以得出，每层像素圆柱体的体积为：
Vi＝πri 2hi＝πk3Ri'2/4＝1.76×10-7×π×Ri'2/4＝4.4×10-6×πRi'2
从软件中可读取该馒头的像素高度(层数)为995，第一层圆柱体的直径为 R1'＝1257，则V1＝4.4×10-6×πR1'2＝4.4×10-6×3.14×8372＝21.83mm3；第995层圆柱体 的直径为R691'＝62，则V691＝4.4×10-6×πR691'2＝4.4×10-6×3.14×432＝0.05mm3。以此根 据从分割的馒头轮廓的每层数据可以算出每层圆柱体的体积，根据公式5：根据公式6，该馒头的比容为：λ＝V/m＝332.8ml/151.1g＝2.202ml/g≈2.2ml/g。
针对同一个测定样品，采用国标方法的菜籽体积置换法对其进行比容测定， 其结果为：λ＝V/m＝336.5ml/151.2g＝2.226ml/g≈2.2ml/g。
通过实际测定，以及通过和国标方法测定的结果对照，本发明的比容测定 方法可行，测定结果可信。

Claims (6)

1.一种馒头比容的测定装置，其特征在于由计算机和影像提取***组成，影像提取***包括：形状为正方体+锥形顶的光室，光室的一侧装有可通过导轨上下调节的工业相机，光室的底部设置有载物台，载物台上设计有“十”字形坐标,导轨的中轴线与载物台上“十”字形坐标的纵坐标轴在同一截面上，光室的底部环绕载物台装置有LED灯带，光室的底部和正对相机的侧面为黑色亚光材料，光室的其他面和锥形顶均为白色亚光材料，光室的锥形顶部装置有环形LED灯带；LED灯带和可以调节亮度。
2.根据权利要求1所述的一种馒头比容的测定装置，其特征在于其中，载物台为蓝色亚光的食品级PE材料，载物台上设计有“十”形坐标，坐标轴上带有标准刻度，最小刻度单位为1mm。
3.基于权利要求1所述的一种馒头比容的测定装置的测定方法，其特征在于按照下述步骤进行：
(1)将馒头放在载物台上，馒头的底部中心位置与载物台上“十”字形坐标的原点对齐；
(2)通过导轨调节工业相机的高度，使得相机镜头的中心位置对准馒头侧面的几何中心，然后提取馒头的侧面影像；
(3)在影像上截取载物台上“十”字形坐标的横坐标轴原点左右等长的刻度，即截取标准长度为L＝2～20cm，测定L在影像上的像素尺寸L'，计算得出实际尺寸与像素尺寸之间的换算系数k：
k＝L/L' 公式(1)
(4)采用专用影像处理软件对提取的馒头侧面影像进行处理，将馒头的侧面影像区域从整幅影像中分割出来，并提取出馒头的侧面边缘轮廓线；
(5)馒头的每一层横截面为圆形，每一层像素截面为一个圆柱体，馒头侧面影像每层像素的像素长度为对应的每层圆柱体的像素直径R'，则该层圆柱体的实际半径r为：
r＝kR'/2 公式(2)
每层的像素高度即为1个像素的高度，则每层的实际高度h为:
h＝k×1＝k 公式(3)
因此每层像素圆柱体的体积为：
Vi＝πri 2hi＝πk3Ri'2/4 公式(4)
(6)馒头侧面影像的像素层数为n，读取每层像素的像素直径，导出到数据处理软件中，则馒头的体积为每层像素高度圆柱体的体积之和，即：
在数据处理软件中对公式(5)进行编辑，导入数据，即可得出馒头的体积V；
(7)将计算所得的馒头体积数据V，除以馒头的质量m，即可得到馒头的比容λ的结果：
λ＝V/m 公式(6)。
4.根据权利要求3所述的一种馒头比容的测定装置的测定方法，其特征在于馒头侧面影像每层像素的像素长度为对应的每层圆柱体的像素直径R'，则该层圆柱体的实际半径r为：
r＝kR'/2 公式(2)
每层的像素高度即为1个像素的高度，则每层的实际高度h为:
h＝k×1＝k 公式(3)
因此每层像素圆柱体的体积为：
Vi＝πri 2hi＝πk3Ri'2/4 公式(4)。
5.根据权利要求3所述的一种馒头比容的测定装置的测定方法，其特征在于馒头的体积为每层像素高度圆柱体的体积之和，即：
6.根据权利要求3所述的一种馒头比容的测定装置的测定方法，其特征在于计算所得的馒头体积数据V，除以馒头的质量m，即可得到馒头的比容λ的结果：
λ＝V/m 公式(6)。
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