CN109827971A - 一种无损检测水果表面缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无损检测水果表面缺陷的方法，包括以下步骤：制做稀有气体光源，将稀有气体色光分别照射样本水果和待测水果，采集明暗度不同的图像；分别提取样本水果和待测水果特征源图像的特征曲线，所述特征曲线表征水果表面缺陷，由于水果表面的差异，收集到的图像之间存在差异，提取得到的特征曲线存在差异；将特征曲线的端点进行逐像素扫描，计算相邻像素之间的偏移量，得到该特征曲线对应的线性弧度偏移数组；对比样本水果与待测水果之间的线性弧度偏移数组，判断水果表面缺陷的等级数。该方法利用稀有气体通电后的光辐照水果，并能够依据线性弧度偏移数组来对水果的表面等级缺陷程度划分，分级相对可靠，且实现无损检测。

Description

一种无损检测水果表面缺陷的方法
技术领域
本发明涉及光学和农业领域，尤其是涉及一种无损检测水果表面缺陷的方法。
背景技术
中国素有“世界水果王国”的美称，几乎所有种类的水果都有生产且产量高，但由于检测分级设备落后，水果在国际市场竞争力依然不够，出口率较低，水果在采后贮运过程中存在表面损伤的问题。水果的硬度，也称坚实度，是指果肉抗压力的强弱，可以作为判断成熟度和品质的一项重要指标。准确地检测水果的表面缺陷，对于确定适宜的收获期、采后保存、评估最佳食用期以及产品分级等都具有重要意义。
传统的水果表面检测方法主要是抽样，通常抽取几个样品进行检测点，然后在检测点，检验率低且费时费力。
申请号201310064119.0的专利公开了一种基于激光多普勒测振的水果硬度无损检测方法及装置，所述检测方法包括步骤：采集具有代表性的水果组成建模样品集；样品质量的测定；振动信号的采集；振动信号的处理；硬度标准值的测定；硬度预测模型的建立和验证。该方法及装置虽然能够结合振动控制***和振动信号采集***检测水果硬度，但是激光能量极大，它与物质相互作用后，组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，光子的能量是用E=hv来计算的，其中h为普朗克常量，v为频率。由此可知，频率越高，能量越高。激光频率范围3.846×10^（14）Hz到7.895×10^（14）Hz。激光照射水果表面后，也会产生热效应，相应的引起水果表面和内部温度升高，加快水果成熟，影响水果品质，不利于保存。
发明内容
基于激光辐照水果表面后引起的物理效应、化学效应和生物效应的技术问题，本发明提供了一种无损检测水果表面缺陷的方法。
本发明的技术方案：
一种无损检测水果表面缺陷的方法，包括以下步骤：
步骤S1，制做光源，将氩气通入灯管后，通电产生色光；
步骤S2，用步骤S1得到的色光分别照射样本水果和待测水果，所述样本水果为一组表面缺陷程度不同的水果，通过计算机视觉***采集明暗度不同的图像；所述色光分别从五个角度照射水果，每个水果组成五个不同角度的特征源图像；
步骤S3，分别提取样本水果和待测水果特征源图像的特征曲线，所述特征曲线表征水果表面缺陷，由于水果表面的差异，步骤S2收集到的图像之间存在差异，提取得到的特征曲线存在差异；
步骤S4，将特征曲线的端点进行逐像素扫描，计算相邻像素之间的偏移量，得到该特征曲线对应的线性弧度偏移数组；
步骤S5，对比样本水果与待测水果之间的线性弧度偏移数组，判断水果表面缺陷的等级数。
优选地，所述水果表面缺陷的等级数至少包括5个，等级数越高，水果表面缺陷程度越高。
优选地，所述氩气可以替换为氦气、氖气、氙气中的任意一种。
优选地，所述步骤S5还包括自动去除不合格水果的步骤，所述不合格水果的表面等级缺陷程度大于等于5。
优选地，所述步骤S2中的色光围绕水果旋转光照。
优选地，所述灯管的直径在6-20毫米之间。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1.本发明使用稀有气体通电后的光辐照水果，并结合样本水果和待测水果特征源图像的特征曲线检测水果表面缺陷程度的方法目前没有文章或相似的专利公开；
2.本发明使用稀有气体通电后对水果进行无损检测，并能够依据线性弧度偏移数组来对水果的表面等级缺陷程度划分，分级相对可靠。
具体实施方式
一种无损检测水果表面缺陷的方法，包括以下步骤：
步骤S1，制做光源，将氩气通入灯管后，通电产生色光；
步骤S2，用步骤S1得到的色光分别照射样本水果和待测水果，所述样本水果为一组表面缺陷程度不同的水果，通过计算机视觉***采集明暗度不同的图像；所述色光分别从五个角度照射水果，每个水果组成五个不同角度的特征源图像；
步骤S3，分别提取样本水果和待测水果特征源图像的特征曲线，所述特征曲线表征水果表面缺陷，由于水果表面的差异，步骤S2收集到的图像之间存在差异，提取得到的特征曲线存在差异；
步骤S4，将特征曲线的端点进行逐像素扫描，计算相邻像素之间的偏移量，得到该特征曲线对应的线性弧度偏移数组；
步骤S5，对比样本水果与待测水果之间的线性弧度偏移数组，判断水果表面缺陷的等级数。
根据需要，所述水果表面缺陷的等级数至少包括5个，等级数越高，水果表面缺陷程度越高。
根据需要，所述氩气可以替换为氦气、氖气、氙气中的任意一种。
根据需要，所述步骤S5还包括自动去除不合格水果的步骤，所述不合格水果的表面等级缺陷程度大于等于5。
根据需要，所述步骤S2中的色光围绕水果旋转光照。
根据需要，所述灯管的直径在6-20毫米之间。
根据需要，上述无损检测过程在真空室中操作，真空室还包括真空泵，之所以要用真空，主要基于以下两点原因：电子束***中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱；
为了增大电子的平均自由程，而使得用于成像的电子更多之所以要用真空，主要基于以下两点原因：电子束***中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱；为了增大电子的平均自由程，而使得用于成像的电子更多。
将稀有气体通入灯管内，将外电源电路接通后,通过变压器输出端产生几千伏甚至上万伏的高压，当这一高压加到灯管两端电极时,灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，激发产生大量的电子，这些激发出来的电子,在高电压电场中被加速,并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞,多余的能量就以光子的形式发射出来,这就完成了发光点亮的整个过程.
稀有气体都是单原子分子，通电后原子会释放核外电子，电子由于能量变化，发生跃迁,从基态或低态跃迁到高态（激发态），到了高态变得不稳定,又要向低态跃迁，就会以光的形式向外释放出能量。
当稀有气体通电后的光源照射到水果表面后，一部分直接从表面被反射，另一部分则进入水果内部，经过吸收、散射后，通过一个路径从入射点附近被折射回到表面，通过计算机视觉***采集图像将得到的有明暗区别的近似圆形图像，这个过程无机械损伤，且无化学损伤。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种无损检测水果表面缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，制做光源，将氩气通入灯管后，通电产生色光；
步骤S2，用步骤S1得到的色光分别照射样本水果和待测水果，所述样本水果为一组表面缺陷程度不同的水果，通过计算机视觉***采集明暗度不同的图像；所述色光分别从五个角度照射水果，每个水果组成五个不同角度的特征源图像；
步骤S3，分别提取样本水果和待测水果特征源图像的特征曲线，所述特征曲线表征水果表面缺陷，由于水果表面的差异，步骤S2收集到的图像之间存在差异，提取得到的特征曲线存在差异；
步骤S4，将特征曲线的端点进行逐像素扫描，计算相邻像素之间的偏移量，得到该特征曲线对应的线性弧度偏移数组；
步骤S5，对比样本水果与待测水果之间的线性弧度偏移数组，判断水果表面缺陷的等级数。
2.根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面缺陷的方法，其特征在于，所述水果表面缺陷的等级数至少包括5个，等级数越高，水果表面缺陷程度越高。
3.根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面缺陷的方法，其特征在于，所述氩气可以替换为氦气、氖气、氙气中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面缺陷的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括自动去除不合格水果的步骤，所述不合格水果的表面等级缺陷程度大于等于5。
5.根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面缺陷的方法，其特征在于，所述步骤S2中的色光围绕水果旋转光照。
6.根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面缺陷的方法，其特征在于，所述灯管的直径在6-20毫米之间。
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