CN109916847A - 一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，包括支架和控制机构，支架上设置有用于输送待检测肉品的输送机构，输送机构的上方设置有检测机构，输送机构的末端连接有分选机构；检测机构包括用于感应待检测肉品位置的光电传感器、用于拍摄待检测肉品的若干个CCD工业相机和至少一个用于对待检测肉品进行补光的卤素光源，每个CCD工业相机的镜头前方均设置有一个滤光片；分选机构包括与输送机构连通的分选槽，分选槽内设置有舵机和导向板，舵机驱动连接有分选臂；控制机构包括电连接的前端控制器和检测主机，前端控制器与光电传感器和舵机电连接，检测主机与输送机构和CCD工业相机电连接。本发明能够快速高效地检测肉品品质，并且成本低廉。

Description

一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***及检测方法

技术领域

本发明涉及熟肉品质检测技术领域，具体的说是一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***及检测方法。

背景技术

随着社会的日益发展和人民生活水平的不断提高，越来越多的消费者在选购食品时更加关注食品的安全性和营养价值水平。传统的食品品质检测方法，如：感官评定、理化检测等，存在前期预处理复杂繁琐、检测过程耗时费力、检测成本高、需要破坏样品等缺点，不适合现代化食品品质信息的快速检测。而高光谱成像技术以其突出的定性、定量以及定位能力，被越来越多的应用到食品品质检测中，在食品品质分级、掺假欺诈检测、品质安全信息定量可视化描述以及各种疾病与缺陷的识别等方面具有较大的发展潜力。

然而在目前的众多研究中，主要是针对光谱和图像特征以及检测模型的方法建立，而针对实际生产的光谱成像检测设备的研究较少，在实际的生产应用中这种快速的光谱图像检测技术还不能理想的使用。特别是在熟肉制品生产中，因其加入了复杂的调节风味的调料，在这种复杂的体系中要得到被测对象的光谱图像信息，这无疑增加了高光谱检测设备的性能要求。目前的高光谱检测设备普遍存在如下问题：

（1）高光谱***的传送平台大多为往复式输送，通过丝杆滑台的传动作用来进行被测样品的扫描，受丝杆的长度局限，不得不进行往复用运动。

（2）高光谱***进行光谱图像采集时，是一个全波段的采集，这样采集到的信息数据量大，采集时间长，大大增加了分析处理的难度和时间。

（3）目前用于研究的高光谱检测设备价格昂贵，一台设备价格在几十万到上百万不等，这无疑会增加食品生产加工的成本，致使大多食品加工生产的企业无力使用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***及检测方法，能够快速高效地检测肉品品质，并且成本低廉。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，包括支架和控制机构，支架上设置有用于输送待检测肉品的输送机构，输送机构的上方设置有检测机构，输送机构的末端连接有分选机构；所述检测机构包括用于感应所述待检测肉品位置的光电传感器、用于拍摄待检测肉品的若干个CCD工业相机和至少一个用于对待检测肉品进行补光的卤素光源，每个CCD工业相机的镜头前方均设置有一个滤光片；所述分选机构包括与所述输送机构连通的分选槽，分选槽内设置有舵机和导向板，舵机驱动连接有分选臂，并且分选臂朝向输送机构，导向板背向输送机构，并且导向板的延伸方向与分选槽的延伸方向相同；所述控制机构包括电连接的前端控制器和检测主机，前端控制器与所述光电传感器和所述舵机电连接，检测主机与所述输送机构和所述CCD工业相机电连接。

作为一种优选方案，所述支架包括若干个支腿，相邻两个支腿之间固定连接有横梁，支腿与横梁之间通过连接件相连接，每个支腿的下端均固定连接有一个万向轮。

作为一种优选方案，所述输送机构包括固定设置在所述支架上的减速电机，减速电机通过调节箱驱动连接有食品传输带，食品传输带的两侧各设置有一个护边，所述光电传感器固定设置在其中一个护边的内侧并且位于食品传输带的上方。

作为一种优选方案，所述分选槽包括倾斜设置的底板，底板的上端与所述食品传输带的末端平齐，底板的两侧各固定连接有一个护栏，并且护栏与底板相互垂直，底板的中部开设有通孔，所述舵机的一部分嵌设在通孔中，舵机的输出轴固定连接有连轴部件，连轴部件从通孔中伸出后与所述分选臂固定连接。

作为一种优选方案，所述支架上固定设置有安装架，所述卤素光源固定设置在安装架上并且向下倾斜，所述CCD工业相机固定设置在安装架上并且镜头向下设置。

作为一种优选方案，所述CCD工业相机设置为三个，所述卤素光源设置为两个，并且两个卤素光源关于位于中间的一个CCD工业相机对称设置。

作为一种优选方案，位于中间的一个所述CCD工业相机设置为彩色相机，其余两个CCD工业相机设置为黑白相机，其中一个黑白相机的镜头前方的所述滤光片的光谱为860nm，另外一个黑白相机的镜头前方的滤光片的光谱为800-1000nm。

一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***的检测方法，包括如下步骤：

S1、将所述待检测肉品放置于所述输送机构上，输送机构带动待检测肉品移动；

S2、所述检测主机通过所述前端控制器和所述光电传感器感应待检测肉品的位置；

S3、当待检测肉品触发光电传感器时，检测主机控制三个所述CCD工业相机对待检测肉品进行拍照，分别得到RGB三层图像、近红外区间窄波光谱图像和近红外区间宽波光谱图像；

S4、检测主机通过RGB三层图像、近红外区间窄波光谱图像和近红外区间宽波光谱图像分析待检测肉品的品质，并且依据分析结果对待检测肉品进行分级；

S5、检测主机通过前端控制器驱动所述舵机，由舵机带动所述导向板移动，从而对待检测肉品进行引导。

有益效果：本发明在检测过程中不需要待检测肉品做往复运动，节省了检测时间，提高了检测效率；通过CCD工业相机和滤光片的配合实现一次拍照获取多个不同光谱特征的效果，从而降低了检测数据的复杂度，降低了后续分析待检测肉品品质的困难度，进一步节省分析时间；此外，设备运行过程中样品的传输、图像采集、品质分析和分选都是自动完成，无需工人手动参与，并且本发明所采用的各个部件均为常规部件，成本低廉。

附图说明

图1是本发明检测***的整体结构示意图；

图2是本发明检测***的分选机构剖视图；

图3是本发明检测***的分选机构俯视图；

图4是本发明实施例中样本的光谱信息图。

附图标记：1-万向轮，2-支腿，3-连接件，4-减速电机，5-调节箱，6-护边，7-灯座，8-卤素光源，9-CCD工业相机，10-待检测肉品，11-光电传感器，12-食品传输带，13-分选槽，14-分选机构，15-前端控制器，16-检测主机，17-护栏，18-底板，19-分选臂，20-第一紧固螺栓，21-舵机，22-第二紧固螺栓，23-连轴部件，24-导向板，25-第三紧固螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至3，一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，包括支架和控制机构，支架上设置有用于输送待检测肉品10的输送机构，输送机构的上方设置有检测机构，输送机构的末端连接有分选机构14。

检测机构包括用于感应待检测肉品10位置的光电传感器11、用于拍摄待检测肉品10的若干个CCD工业相机9和至少一个用于对待检测肉品10进行补光的卤素光源8，每个CCD工业相机9的镜头前方均设置有一个滤光片。

分选机构14包括与输送机构连通的分选槽13，分选槽13内设置有舵机21和导向板24，舵机21驱动连接有分选臂19，并且分选臂19朝向输送机构，导向板24背向输送机构，并且导向板24的延伸方向与分选槽13的延伸方向相同。

控制机构包括电连接的前端控制器15和检测主机16，前端控制器15与光电传感器11和舵机21电连接，检测主机16与输送机构和CCD工业相机9电连接。

在对待检测肉品10进行检测时，首先将待检测肉品10放到输送机构上，然后输送机构将待检测肉品10输送到CCD工业相机9的下方，此时光电传感器11触发，在卤素光源8的补光作用下，检测主机16通过前端控制器15启动CCD工业相机9对待检测肉品10进行拍照，获取待检测肉品10的特征光谱图像，滤光片用于过滤不同波段的光线，使每个CCD工业相机9拍摄到的光谱图像均不相同，从而获取待检测肉品10的光谱特征，检测主机16在获取到光谱图像后对光谱特征进行分析，从而得到待检测肉品10的品质参数，接着根据品质参数通过控制舵机21带动分选臂19转动，从而检测后的肉品引导到导向板24的不同侧，完成对肉品的分选，最终使不同品质的肉品可以分开储存。

本发明的检测***与现有技术中的高光谱检测设备相比，不需要待检测肉品10做往复运动，节省了检测时间，提高了检测效率；通过CCD工业相机9和滤光片的配合实现一次拍照获取多个不同光谱特征的效果，从而降低了检测数据的复杂度，降低了后续分析待检测肉品10品质的困难度，进一步节省分析时间；此外，设备运行过程中样品的传输、图像采集、品质分析和分选都是自动完成，无需工人手动参与，并且本发明所采用的各个部件均为常规部件，成本低廉。

为了提高***使用的便利性，支架包括若干个支腿2，相邻两个支腿2之间固定连接有横梁，支腿2与横梁之间通过连接件3相连接，每个支腿2的下端均固定连接有一个万向轮1，在使用时可以根据需要利用万向轮1移动支架的位置，从而方便向输送机构上放置待检测肉品10和收集经过分选机构14分选后的肉品。具体的说，连接件3设置为直角三角连接件。

进一步的，输送机构包括固定设置在支架上的减速电机4，减速电机4通过调节箱5驱动连接有食品传输带12，食品传输带12的两侧各设置有一个护边6，光电传感器11固定设置在其中一个护边6的内侧并且位于食品传输带12的上方。护边6用于对待检测肉品10进行限位，避免待检测肉品10掉落。

进一步的，分选槽13包括倾斜设置的底板18，底板18的上端与食品传输带12的末端平齐，底板18的两侧各通过若干个第三紧固螺栓25固定连接有一个护栏17，并且护栏17与底板18相互垂直，底板18的中部开设有通孔，舵机21的一部分嵌设在通孔中并且通过若干个第二紧固螺栓22与底板18固定连接，舵机21的输出轴固定连接有连轴部件23，连轴部件23从通孔中伸出后通过若干个第一紧固螺栓20与分选臂19固定连接。检测主机16在分析得到待检测肉品10的品质参数之后，将品质参数与预先设定好的参数阈值进行对比，若品质参数大于或者等于参数阈值，则控制主机16通过前端控制器15驱动舵机21带动分选臂19向导向板24的第一侧转动，利用分选臂19将导向板24的第一侧封闭，肉品在从输送机构掉落到分选槽13内之后先沿着分选臂19移动，最终从导向板24的第二侧掉落；若品质参数小于参数阈值，则控制主机16通过前端控制器15驱动舵机21带动分选臂19向导向板24的第二侧转动，最终使肉品从导向板24的第一侧掉落，实现对肉品的分选。

进一步的，支架上固定设置有安装架，卤素光源8通过灯座7固定设置在安装架上并且向下倾斜，CCD工业相机9固定设置在安装架上并且镜头向下设置。

进一步的，CCD工业相机9设置为三个，位于中间的一个CCD工业相机9设置为彩色相机，彩色相机拍摄到的照片的RGB通道可以分别获得可见光区域436nm、546nm和700nm附近的光谱信息，其余两个CCD工业相机9设置为黑白相机，其中一个黑白相机的镜头前方的滤光片的光谱为860nm，另外一个黑白相机的镜头前方的滤光片的光谱为800-1000nm。卤素光源8设置为两个，并且两个卤素光源8关于位于中间的一个CCD工业相机9对称设置，两个卤素光源8的光照方向相向设置。

在本实施例中，前端控制器15设置为89C516型单片机，控制主机16设置为普通计算机，三个CCD工业相机9均设置为面阵相机。

本发明还提供一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***的检测方法，包括S1至S5。

S1、将待检测肉品10放置于输送机构上，输送机构带动待检测肉品10移动。

S2、检测主机16通过前端控制器15和光电传感器11感应待检测肉品10的位置。

S3、当待检测肉品10触发光电传感器11时，检测主机16控制三个CCD工业相机9对待检测肉品10进行拍照，分别得到RGB三层图像、近红外区间窄波光谱图像和近红外区间宽波光谱图像。RGB三层图像包含三个通道，分别对应可见光蓝、绿、红三色，对应的波长分别为436nm，546nm，700nm附近，近红外区间窄波光谱图像包含的通道对应近红外860nm的窄波，红外区间宽波光谱图像对应近红外800-1000nm的宽波。光源照射到被测样品上的光经反射进入到滤光片中，经滤光片的消除作用，去除非特征波段的反射光，大幅降低光谱图像信息量，缩短检测时长，降低设备的整体成本。

S4、检测主机16通过RGB三层图像、近红外区间窄波光谱图像和近红外区间宽波光谱图像分析待检测肉品10的品质，并且依据分析结果对待检测肉品10进行分级。

S5、检测主机16通过前端控制器15驱动舵机21，由舵机21带动导向板24移动，从而对待检测肉品10进行引导。

以下对本发明进行验证。

从市场中采购牛肉，从里脊肉、前腿肉、后腿肉等部位分割出5cmx5cmx2cm的牛肉合计150块。加入盐、胡椒粉等腌制及滚揉后，进行煎制。150块牛肉分别煎烤0-10分钟，得到150份样本。放置室温后，用德国Inno-SpecGmbH公司生产的型号为IST50-3810的可见-近红外高光谱成像仪采集样品光谱，并且matlab软件中进行图像分割和光谱提取。提取结果如图4所示，样品在370～1023nm范围内1288个波段的光谱曲线总体特点是短波区间（蓝绿光）反射值低，长波区间（红光与红外）反射值高，因此牛肉在人类眼中呈现出偏红色。牛肉光谱的可见光差异主要存在于440nm-550nm波段和809～956nm，随着加热时间的延长，光谱反射值逐渐增高，其他大部分波段上不同牛肉的光谱是相近的。因此本发明通过对待检测肉品10进行拍照，利用光谱信息获取待检测肉品10的品质是可行的，并且本发明通过滤光片滤除掉重复冗赘的光谱图像信息，能够快速高效的分析出待检测肉品10的品质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，其特征在于：包括支架和控制机构，支架上设置有用于输送待检测肉品（10）的输送机构，输送机构的上方设置有检测机构，输送机构的末端连接有分选机构（14）；

所述检测机构包括用于感应所述待检测肉品（10）位置的光电传感器（11）、用于拍摄待检测肉品（10）的若干个CCD工业相机（9）和至少一个用于对待检测肉品（10）进行补光的卤素光源（8），每个CCD工业相机（9）的镜头前方均设置有一个滤光片；

所述分选机构（14）包括与所述输送机构连通的分选槽（13），分选槽（13）内设置有舵机（21）和导向板（24），舵机（21）驱动连接有分选臂（19），并且分选臂（19）朝向输送机构，导向板（24）背向输送机构，并且导向板（24）的延伸方向与分选槽（13）的延伸方向相同；

所述控制机构包括电连接的前端控制器（15）和检测主机（16），前端控制器（15）与所述光电传感器（11）和所述舵机（21）电连接，检测主机（16）与所述输送机构和所述CCD工业相机（9）电连接。

2.如权利要求1所述的一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，其特征在于：所述支架包括若干个支腿（2），相邻两个支腿（2）之间固定连接有横梁，支腿（2）与横梁之间通过连接件（3）相连接，每个支腿（2）的下端均固定连接有一个万向轮（1）。

3.如权利要求1所述的一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，其特征在于：所述输送机构包括固定设置在所述支架上的减速电机（4），减速电机（4）通过调节箱（5）驱动连接有食品传输带（12），食品传输带（12）的两侧各设置有一个护边（6），所述光电传感器（11）固定设置在其中一个护边（6）的内侧并且位于食品传输带（12）的上方。

4.如权利要求3所述的一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，其特征在于：所述分选槽（13）包括倾斜设置的底板（18），底板（18）的上端与所述食品传输带（12）的末端平齐，底板（18）的两侧各固定连接有一个护栏（17），并且护栏（17）与底板（18）相互垂直，底板（18）的中部开设有通孔，所述舵机（21）的一部分嵌设在通孔中，舵机（21）的输出轴固定连接有连轴部件（23），连轴部件（23）从通孔中伸出后与所述分选臂（19）固定连接。

5.如权利要求1所述的一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，其特征在于：所述支架上固定设置有安装架，所述卤素光源（8）固定设置在安装架上并且向下倾斜，所述CCD工业相机（9）固定设置在安装架上并且镜头向下设置。

6.如权利要求5所述的一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，其特征在于：所述CCD工业相机（9）设置为三个，所述卤素光源（8）设置为两个，并且两个卤素光源（8）关于位于中间的一个CCD工业相机（9）对称设置。

7.如权利要求5所述的一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***，其特征在于：位于中间的一个所述CCD工业相机（9）设置为彩色相机，其余两个CCD工业相机（9）设置为黑白相机，其中一个黑白相机的镜头前方的所述滤光片的光谱为860nm，另外一个黑白相机的镜头前方的滤光片的光谱为800-1000nm。

8.如权利要求7所述的一种基于特征波段图像的熟肉品质检测***的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将所述待检测肉品（10）放置于所述输送机构上，输送机构带动待检测肉品（10）移动；

S2、所述检测主机（16）通过所述前端控制器（15）和所述光电传感器（11）感应待检测肉品（10）的位置；

S3、当待检测肉品（10）触发光电传感器（11）时，检测主机（16）控制三个所述CCD工业相机（9）对待检测肉品（10）进行拍照，分别得到RGB三层图像、近红外区间窄波光谱图像和近红外区间宽波光谱图像；

S4、检测主机（16）通过RGB三层图像、近红外区间窄波光谱图像和近红外区间宽波光谱图像分析待检测肉品（10）的品质，并且依据分析结果对待检测肉品（10）进行分级；

S5、检测主机（16）通过前端控制器（15）驱动所述舵机（21），由舵机（21）带动所述导向板（24）移动，从而对待检测肉品（10）进行引导。