CN207215690U - 一种高光谱食品检测*** - Google Patents
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Abstract
本实用涉及一种高光谱食品检测***，具体为一种通过光谱对食品进行分类检测的高光谱食品检测***。包括产品运输线、光纤光源、透镜***、光谱仪、探测器和计算机，所述的产品运输线上放置有标准白板盛盘，产品运输线上方倾斜安装有两根光纤光源，光纤光源的照射位置设置在产品运输线运行过程中标准白板盛盘途经位置，光谱仪通过固定支架垂直设置在光纤光源的照射位置正上方，光谱仪采集信号端安装有透镜***，光谱仪输出信号端安装有探测器，探测器与计算机进行连接。本结构能够采集绝大部分食品的高光谱成像，通过光谱分析对食品进行分类检测。
Description
技术领域
本实用新型食品光谱检测技术领域，具体涉及一种可以通过光谱对食品进行分类检测的高光谱食品检测***。
背景技术
光谱分析技术作为一种新型的检测技术，在食品、材料、环境、制药、生命科学等行业中得到应用。相比于传统的感官识别、色谱分析、质谱分析技术，光谱分析技术可以实现对样品的无损检测，在非破坏被测物质条件下，实现被测物质的理化性质的分析。同时，作为一种快速、准确的检测技术，能够实现对工业生产中在线材料的检测，实现在线生产过程的优化。在食品安全检测中，高光谱成像检测技术发挥了重要的作用，在肉类安全、品质鉴定中取得了良好的效果。在鸡肉尸体***物微生物的检测，煮熟的切片鸡肉的质量识别，猪肉分级，牛肉嫩度和含水量的测试等。其中绝大部分的检测技术使用红外——可见波段，相比于近红外——可见波段高光谱仪，可见波段的高光谱仪成本低，操作简单。然而还未有科研人员只利用可见波段对肉类进行分类处理。
肉类是高营养价值食物，作为人们的日常生活中作为一种摄取蛋白质等营养物质的食物，其安全品质问题逐渐引起人们的重视。随着生活水平的提高，消费者更加关注他们所接触的食品是否有良好的质量保障，因此准确对肉类进行分类、分级，同时在包装上简单的标示出肉类的品质，这样方便广大消费者正确、快速选择他们所需的肉类。准确的标示肉类同时能够体现市场的公平、诚实性，营造良好的市场环境。为了获得综合的肉类品质评价，稳健的鉴定方法是必不可少的手段。目前工业上使用的肉类鉴定方法还是传统的人工方法，这不仅消耗人力、同时还会因为人为因素发生误判，使得鉴定结果存在一定的风险。总之，迫切需要一种快速、准确、可操作性强、可自动化的检测鉴定技术。
作为一种无损快速分析方法，光谱分析技术在近年来逐渐引起研究人员的关注。光谱分析方法以其高效、精确、无损、快速的优势在原材料分析、产品质量控制和过程检测中获得广泛的应用。然而传统的光谱检测方法，对于样品的检测只停留在某一测试点上，得到样品的平均值，而无法获得具体的组成分布。一种新型的光谱检测方法——高光谱成像技术弥补了上述光谱分析技术的不足，它不仅能获得被测样品的光谱信息，同时还能够获得样品的空间信息，这对需要获得空间信息的行业，提供了强有效的手段。
另一方面，高光谱技术作为一种少人工干涉的检测技术，在食品的质量安全鉴定和食品分类、农作物辨识方面获得认可。虽然被测样品的外部属性：粒子大小、形状、颜色和表面纹理等可以通过成像技术获得，但被测物质的化学组成如：脂肪、蛋白质和水分却无法获得。高光谱成像技术既能够获得样品空间信息又能够获得物质光谱信息，这就要求***实现同时捕捉空间和化学特征。高光谱成像***包含了上百个波段离散的空间信息，每一个像素点的光谱信息同样能够清晰获得。近年来，高光谱成像技术在食品、环境、农业、制药业等得到应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以通过高光谱检测实现食品分类检测的高光谱食品检测***。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种高光谱食品检测***，包括产品运输线、光纤光源、透镜***、光谱仪、探测器和计算机，所述的产品运输线上放置有标准白板盛盘，产品运输线上方倾斜安装有两根光纤光源，光纤光源的照射位置设置在产品运输线运行过程中标准白板盛盘途经位置，光谱仪通过固定支架垂直设置在光纤光源的照射位置正上方，光谱仪采集信号端安装有透镜***，光谱仪输出信号端安装有探测器，探测器与计算机进行连接。
所述的透镜***包括第一透镜、二维光栅和第二透镜，光谱仪采集信号端的镜像平面设置在第一透镜一端距第一透镜一个焦距处，二维光栅设置在第一透镜另一端距第一透镜一个焦距处；第二透镜与第一透镜以二维光栅为对称面对称设置在二维光栅另一端。
所述的产品运输线包括机架，所述机架上设有运输线，运输线上均设有滚筒，滚筒外套设有皮带；所述运输线上的滚筒由设置在机架上的电机一驱动；所述机架为一种长方体框架，机架的离地面较高的两侧边上对应设置安装孔，安装孔内穿插滚筒；所述滚筒的材料为不锈钢。
所述的光纤光源采用功率12W，色温2856K的卤钨灯为光源，通过单模光纤导光。
所述的标准白板盛盘采用磁性白板，包括磁性层、与磁性层一侧表面贴合连接的白板层，所述白板层包括白板基层、设置在白板基层一侧端的白板视层、设置在白板基层另一侧端的贴合层，白板层的贴合层与磁性层贴合连接，所述白板视层为白板涂层或透明白板材料层；所述透明白板材料层与白板基层之间设有涂层；所述白板基层为纸张、PP、PET、PVC或其结合体；所述的磁性层另一侧表面通过粘结、磁吸、打钉、铆接中的一种方式与运输线的皮带连结。
所述贴合层为铁质层，所述铁质层与磁性层磁吸贴合连接；所述贴合层为磁质层，所述磁质层与磁性层磁吸贴合连接；或者所述贴合层为胶粘层，所述胶粘层与磁性层胶粘贴合连接。
所述的光谱仪采用VerdeTM高光谱成像光谱仪，所述的探测器为CCD探测器。
所述的光纤光源的出射端口依次设置有干涉滤光片、功率衰减片和偏振片。
所述的标准白板盛盘与光谱仪距离为50-70cm，两侧的光纤光源强度相同。
本实用新型的有益效果在于：本结构能够采集绝大部分食品的高光谱成像，通过光谱分析对食品进行分类检测。本实用新型采用HerdeTM高光谱成像光谱仪；光源为功率12W，色温2856K的卤钨灯；计算机。常见的成像光谱仪一般分为点、线扫描或者推扫式的扫描方式，这种扫描方式获得被测样品的完整图像光谱信息耗时长。相比于常见的成像光谱仪，Verde能够实现面扫描的方式，在3ms内一次性获得全部图像信息，这样节省了操作时间，同时使操作变得简单易行。
附图说明
图1为本实用新型总体结构图。
图2为本实用新型透镜***结构图。
图3位本实用新型实验数据图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步描述。
一种高光谱食品检测***，包括产品运输线1、光纤光源2、透镜***3、光谱仪4、探测器5和计算机6，所述的产品运输线上放置有标准白板盛盘7，产品运输线上方倾斜安装有两根光纤光源，光纤光源的照射位置设置在产品运输线运行过程中标准白板盛盘途经位置，光谱仪通过固定支架垂直设置在光纤光源的照射位置正上方，光谱仪采集信号端安装有透镜***，光谱仪输出信号端安装有探测器，探测器与计算机进行连接。所述的透镜***包括第一透镜8、二维光栅9和第二透镜10，光谱仪采集信号端的镜像平面设置在第一透镜一端距第一透镜一个焦距处，二维光栅设置在第一透镜另一端距第一透镜一个焦距处；第二透镜与第一透镜以二维光栅为对称面对称设置在二维光栅另一端。所述的产品运输线包括机架，所述机架上设有运输线，运输线上均设有滚筒，滚筒外套设有皮带；所述运输线上的滚筒由设置在机架上的电机一驱动；所述机架为一种长方体框架，机架的离地面较高的两侧边上对应设置安装孔，安装孔内穿插滚筒；所述滚筒的材料为不锈钢。所述的光纤光源采用功率12W，色温2856K的卤钨灯为光源，通过单模光纤导光。所述的白板盛盘采用磁性白板，包括磁性层、与磁性层一侧表面贴合连接的白板层，所述白板层包括白板基层、设置在白板基层一侧端的白板视层、设置在白板基层另一侧端的贴合层，白板层的贴合层与磁性层贴合连接，所述白板视层为白板涂层或透明白板材料层；所述透明白板材料层与白板基层之间设有涂层；所述白板基层为纸张、PP、PET、PVC或其结合体；所述的磁性层另一侧表面通过粘结、磁吸、打钉、铆接中的一种方式与运输线的皮带连结。所述贴合层为铁质层，所述铁质层与磁性层磁吸贴合连接；所述贴合层为磁质层，所述磁质层与磁性层磁吸贴合连接；或者所述贴合层为胶粘层，所述胶粘层与磁性层胶粘贴合连接。所述的光谱仪采用VerdeTM高光谱成像光谱仪，所述的探测器为CCD探测器。所述的光纤光源的出射端口依次设置有干涉滤光片、功率衰减片和偏振片。本发明设计的标准白板盛盘通过磁性层与白板层的设计能够与传输线相配合，避免了检测过程中的误差。
在食品安全检测中，高光谱成像检测技术发挥了重要的作用，在肉类安全、品质鉴定中取得了良好的效果。在鸡肉尸体***物微生物的检测煮熟的切片鸡肉的质量识别，猪肉分级，牛肉嫩度和含水量的测试等。其中绝大部分的检测技术使用红外——可见波段，相比于近红外——可见波段高光谱仪，可见波段的高光谱仪成本低，操作简单。本次实验通过应用可见高光谱成像技术实现肉类等食品的识别。
本次试验中所用仪器为：HORIBA公司的VerdeTM高光谱成像光谱仪；光源为功率12W，色温2856K的卤钨灯；计算机。常见的成像光谱仪一般分为点、线扫描或者推扫式的扫描方式，这种扫描方式获得被测样品的完整图像光谱信息耗时长。相比于常见的成像光谱仪，Verde能够实现面扫描的方式，在3ms内一次性获得全部图像信息，这样节省了操作时间，同时使操作变得简单易行。
Verde高光谱相机采用二维相位光栅实现分光工作，将所获得的样品图像进行重建。被测样品发出或反射的光经过第一个透镜之后变为一束平行光，当经过二维光栅之后产生样品的衍射图像，如果只考虑三级衍射，我们会同时获得三种衍射形式：直接传输的光(零级衍射)和正负一级衍射。二维光栅会产生9个或者更多的样品投影，其中零级衍射形成的投影为样品的真实影像，剩余8个图像由于在不同的波长衍射角情况下，形成模糊图像，9个衍射图像在CCD上形成3*3的矩阵。其中零级衍射图像为样品的原始图像，图像周围被一级以上的衍射图像所包围，这些图像中包含了物质所有的光谱信息。获得的样品投影图像由成像探测器检测，通过计算机程序获得样品图像的重建。在重建过程中应用计算机层析技术，一级衍射和二级衍射所获得的包含样品所有信息的模糊图进行重建工作，最后在计算机上获得样品的三维数据块，从而得到被测样品光谱和空间信息。这里需要着重说明的是，本实用新型仅保护具体的硬件结构，而计算机中的软件，均为光信号分析的常规软件，如comsol等。
Verde光谱相机所用波长范围440～700nm为可见光波段，采样间隔5nm，共51个连续光谱波段图像。样品距离光谱仪高度为60cm。在专利的实验过程中，为了全面的区分肉类光谱，选取猪肉和牛肉各部分作为实验材料，选用腿肉、五花肉、里脊肉、大排肋排等各部位样品，将每块肉均分成大小一致的10份，共计100个样品，冷藏保存。在测试之前先取出样品，在室温为25摄氏度的环境中放置30min，用吸水纸取出样品表面的水分，将100个样品放在标准白板上依次进行测试，测试时，调整样品的位置到所捕获的图像最清晰的状态，样品与光谱仪距离为60cm为最佳，光纤光源强度相同，同时应用标准白板对测试环境校准，减少杂光引起的误差。整个测试过程在暗室中进行。
通过光谱仪获得样品从440～700nm的可见光谱，得到包含样品光谱和空间信息的数据立方体。无论是光谱信息还是空间信息，对于后续区分猪肉和牛肉有重要的意义，光谱数据用于提取光谱信息、选择波长、建立模型；空间信息，可以获得肉类中成分的分布情况。
由于仪器中存在暗电流，同时无法做到完全的暗室条件，所以为了减少外界光对实验结果准确度的影响，需要对高光谱图像进行校正。用标准白板在同样的实验条件下测试获得的图像作为真实白色；在关闭光源，合上相机盖的情况下获得的图像作为标准黑色。猪肉和牛肉的相对反射光谱如图所示。相对于猪肉反射光谱强度，牛肉的可见光谱曲线相对反射强度较低，但是两者光谱曲线变化趋势相近。同时，在获得的星都光谱曲线中，没有特征波长来表征猪肉和牛肉的独有信息，或者代表属性，无法从猪肉和牛肉光谱中直接判断出被测样品的属性。
应理解，以上附图和实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。此外应理解，在阅读了本申请讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等同形式的修改同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种高光谱食品检测***，包括产品运输线、光纤光源、透镜***、光谱仪、探测器和计算机，其特征在于：所述的产品运输线上放置有标准白板盛盘，产品运输线上方倾斜安装有两根光纤光源，光纤光源的照射位置设置在产品运输线运行过程中标准白板盛盘途经位置，光谱仪通过固定支架垂直设置在光纤光源的照射位置正上方，光谱仪采集信号端安装有透镜***，光谱仪输出信号端安装有探测器，探测器与计算机进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述的透镜***包括第一透镜、二维光栅和第二透镜，光谱仪采集信号端的镜像平面设置在第一透镜一端距第一透镜一个焦距处，二维光栅设置在第一透镜另一端距第一透镜一个焦距处；第二透镜与第一透镜以二维光栅为对称面对称设置在二维光栅另一端。
3.根据权利要求1所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述的产品运输线包括机架，所述机架上设有运输线，运输线上均设有滚筒，滚筒外套设有皮带；所述运输线上的滚筒由设置在机架上的电机一驱动；所述机架为一种长方体框架，机架的离地面较高的两侧边上对应设置安装孔，安装孔内穿插滚筒；所述滚筒的材料为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述的光纤光源采用功率12W，色温2856K的卤钨灯为光源，通过单模光纤导光。
5.根据权利要求1所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述的标准白板盛盘采用磁性白板，包括磁性层、与磁性层一侧表面贴合连接的白板层，所述白板层包括白板基层、设置在白板基层一侧端的白板视层、设置在白板基层另一侧端的贴合层，白板层的贴合层与磁性层贴合连接，所述白板视层为白板涂层或透明白板材料层；所述透明白板材料层与白板基层之间设有涂层；所述白板基层为纸张、PP、PET、PVC或其结合体；所述的磁性层另一侧表面通过粘结、磁吸、打钉、铆接中的一种方式与运输线的皮带连结。
6.根据权利要求5所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述贴合层为铁质层，所述铁质层与磁性层磁吸贴合连接；所述贴合层为磁质层，所述磁质层与磁性层磁吸贴合连接；或者所述贴合层为胶粘层，所述胶粘层与磁性层胶粘贴合连接。
7.根据权利要求1所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述的光谱仪采用VerdeTM高光谱成像光谱仪，所述的探测器为CCD探测器。
8.根据权利要求1所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述的光纤光源的出射端口依次设置有干涉滤光片、功率衰减片和偏振片。
9.根据权利要求1所述的一种高光谱食品检测***，其特征在于：所述的标准白板盛盘与光谱仪距离为50-70cm，两侧的光纤光源强度相同。
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|---|---|---|---|---|
| CN110501346A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-11-26 | 江南大学 | 基于多光谱图像采集技术的品质检测*** |
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2017
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