專利名稱：基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析檢測儀器，尤其涉及到一種基于數(shù)字圖像處理技 術(shù)的便攜式谷類分析儀。
背景技術(shù)：
大米是全世界食用量最大的農(nóng)產(chǎn)品之一，全世界大米的年產(chǎn)量為幾億 多噸。大米的品種非常之多，且質(zhì)量與市場價格差異很大，但它們的物理 特征，如大小、形狀、顏色、表面質(zhì)地等，差異卻很小或非常小。正因為 如此， 一種便宜的、質(zhì)量低的大米很容易被貼上另外一種價格高、質(zhì)量好 的標簽，或者將差米摻入價格高、質(zhì)量好的大米中。這種做假或摻假的做 法，在許多國家的大米市場中較為普遍。為杜絕這種現(xiàn)象的發(fā)生， 一些國 家的相關(guān)機構(gòu)，比如"國際大米研究所"和"英國消費者協(xié)會"制訂了一 系列有關(guān)大米物理特征的鑒別標準或規(guī)定。有些規(guī)定還特別對大米的長度， 長/寬比等做了具體的描述。在這種情況下，快速有效且成本低的大米分析 檢測技術(shù)己成為大米市場中極需解決的問題。
傳統(tǒng)的大米分析檢測技術(shù)是采用DNA測試，"電子鼻"或紅外反射頻譜 分析法?；谶@些原理的儀器價格昂貴、體積龐大、操作復(fù)雜、效率低、 而且對大米樣本是破壞性的。近年來，由于數(shù)字成像硬件性價比的不斷提 高和數(shù)字圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，基于數(shù)字成像和圖像處理技術(shù)的便攜 式谷類自動分析和檢測已以成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能對谷類產(chǎn)品如大米等進行分類識別，真?zhèn)?br> 鑒別和質(zhì)量檢驗的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀，可對谷類 的基本物理特征尤其是尺寸、形狀和顏色進行精確的測量，適合于食品質(zhì) 量與安全檢驗部門，大米加工廠，采購單位和銷售商等的需要。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種基于數(shù)字圖 像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀，該分析儀包括有機電給進系統(tǒng)、數(shù)字成 像系統(tǒng)和圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。進入機電給進系統(tǒng)的谷粒經(jīng)數(shù)字成像 系統(tǒng)成像，再將數(shù)字成像信號傳輸給圖像處理系統(tǒng)，機電給進系統(tǒng)和數(shù)字 成像系統(tǒng)是通過圖像采集和系統(tǒng)控制線路板由筆記本電腦控制而運行，其 中所述機電給進系統(tǒng)包括有漏斗，在漏斗的下方設(shè)有連接在振動裝置上 的分布盤，分布盤的下方設(shè)有接收谷粒的旋轉(zhuǎn)平臺，在旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)有刮 片，在旋轉(zhuǎn)平臺的下方設(shè)有收集器，在旋轉(zhuǎn)平臺的上方設(shè)有數(shù)字成像系統(tǒng)。
本發(fā)明的效果是該便攜式谷類分析儀具有如下的特點
1. 谷粒樣本的自動給進和離散分布，使樣本中的所有或絕大部分谷粒得 到測試。
2. 經(jīng)谷粒全自動數(shù)字成像、圖像處理和數(shù)據(jù)分析，從而得到谷粒樣本的 尺寸、形狀和顏色及其分布的測試結(jié)果。
3. 該儀器可對同一谷粒樣本進行多次測試，也可以對同一谷類的多個樣
本進行測試。
4. 所有測試結(jié)果以圖形和數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式顯示在用戶界面上，也可以 存儲和打印。
5. 該儀器標定容易，安裝簡單，無需調(diào)試，操作簡便；不僅適用于實驗 室使用，也適合于現(xiàn)場操作；這樣的儀器體積小、效率高、成本低，而且 對谷類樣本沒有任何破壞性，即樣本可以保存和進行重復(fù)檢測，特別實用 于谷類尤其是大米的分類識別、真?zhèn)舞b別和質(zhì)量檢驗。
6. 本發(fā)明適用于其它谷類，如大米、糯米、大麥、小麥、小米、莜麥、
高糧、玉米等和各種豆類產(chǎn)品，如黃豆、綠豆、紅豆、豌豆等的分類識別、
真?zhèn)舞b別和質(zhì)量檢驗。


圖1為本發(fā)明的分析儀原理結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的分布盤和刮片與旋轉(zhuǎn)平臺局部結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3為本發(fā)明的機電給進系統(tǒng)的俯視圖； 圖4為本發(fā)明的機電給進系統(tǒng)的側(cè)視圖。 圖中
2、振動裝置 5、平面漫射板 8、收集器 11、螺線管 14、硬底盤
1、漏斗
4、旋轉(zhuǎn)平臺
7、刮片
10、彈簧鋼板
13、控制檔板
3、分布盤 6、數(shù)碼相機 9、給進斜槽 12、底盤 15、彈性盤 18、齒輪箱
16、電機和減速齒輪17、彈性偶合器 19、分散板
具體實施例方式
結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析 儀加以說明。
本發(fā)明主要解決了兩個方面的技術(shù)問題。首先是谷類樣本的自動給進 問題。谷類是一種由大量谷粒組成的粒狀混合物，用數(shù)字成像和圖像處理 的方法對這樣的混合物進行檢測就意味著對樣本中的每一個谷粒進行成 像、圖像處理及最后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析。為此目的， 一個專門的機電給進系 統(tǒng)必須將樣本中谷粒逐一自動地輸送并分散在數(shù)碼相機前面。只有這樣， 相機才能拍攝到樣本中的所有谷?；蚪^大部分谷粒。與此同時，機電給進
系統(tǒng)還不能體積太大，否則很難保證儀器的攜便性。如圖1-4所示機電給 進系統(tǒng)運作的第一步是將谷類樣本通過一個漏斗送入本儀器。該漏斗的大 小適中，否則樣本要么太少不具有被測試大米的代表性，要么太多影響測 試效率和儀器的攜帶性。進入儀器的谷粒由一個專門設(shè)計的震動式給進器
送入斜槽、分布板和旋轉(zhuǎn)平臺。圖2所示結(jié)構(gòu)的這一設(shè)計使得谷粒均勻散 開，沒有上下重疊，因而使得后續(xù)的自動成像、圖像處理快速而簡便。谷 粒樣本的照明是由LED平面漫射板實現(xiàn)。測試后的谷類進入一鏟型收集器 以便樣本的回收或再測試。
另一方面是圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，由于采用圖像處理及適合于谷 粒圖像處理及分析算法軟件，該軟件能夠精確測量出單一谷粒的尺寸、形 狀和顏色以及給出整個樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析結(jié)果，使本發(fā)明能在幾分鐘內(nèi) 完成好幾千個谷粒的測試。所有圖像處理系統(tǒng)硬件的操作、系統(tǒng)軟件的同 步運行和圖像的傳輸是通過一臺常規(guī)筆記本電腦和USB接口完成的。
本發(fā)明是采用數(shù)字成像、圖像處理和機械電子設(shè)計技術(shù)相結(jié)合的方法 實現(xiàn)一種便攜式谷類分析儀。該儀器由機電給進、數(shù)字成像和圖像處理及 數(shù)據(jù)分析三個系統(tǒng)構(gòu)成。機電給進系統(tǒng)包括給進漏斗、震動式給進器、斜 槽、分布盤、旋轉(zhuǎn)平臺和收集器。數(shù)字成像系統(tǒng)包括LED平面漫射板、光 學(xué)鏡頭，數(shù)碼相機及控制板。圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括筆記本電腦、 USB接口、專門的圖像處理軟件和用戶界面。
本發(fā)明的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀結(jié)構(gòu)包括有機電 給進系統(tǒng)、數(shù)字成像系統(tǒng)和圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進入機電給進系統(tǒng) 的谷粒經(jīng)數(shù)字成像系統(tǒng)成像，再將成像數(shù)字信號傳輸給圖像處理及數(shù)據(jù)分 析系統(tǒng)，機電給進系統(tǒng)和數(shù)字成像系統(tǒng)是通過圖像采集和系統(tǒng)控制線路板 由筆記本電腦控制而運行。所述機電給進系統(tǒng)包括有漏斗1，在漏斗1的下 方設(shè)有連接在振動裝置2上的分布盤3，分布盤3的下方設(shè)有接收谷粒的旋
轉(zhuǎn)平臺4，旋轉(zhuǎn)平臺4包括底盤14和彈性盤15。旋轉(zhuǎn)平臺4的角速度設(shè)定 為大于谷粒在分布盤3上的線速度，有利于使谷粒在旋轉(zhuǎn)平臺4上的形成 離散分布。在旋轉(zhuǎn)平臺4上設(shè)有刮片7，在旋轉(zhuǎn)平臺4的下方設(shè)有收集器8。 在旋轉(zhuǎn)平臺4的上方設(shè)有數(shù)字成像系統(tǒng)，所述數(shù)字成像系統(tǒng)包括供照明的 LED平面漫射板5和與其電連接的數(shù)碼相機6。
所述分布盤3是由給進斜槽9、控制檔板13和分散板19組合，控制檔 板13設(shè)在給進斜槽9和分散板19連接處，控制檔板13可根據(jù)被測谷粒的 種類進行上下調(diào)整的，使谷粒以平面單層的形式進入分散板19。在所述分 散板19上設(shè)有多道平行的"V"字形的槽，將谷粒有序排成隊列。
所述振動裝置2包括與給進斜槽9連接的彈簧鋼板10，彈簧鋼板10連 接在產(chǎn)生振動的螺線管ll上。
如圖l、 2、 3、 4所示，本發(fā)明的機電給進系統(tǒng)的具體實施是這樣的 谷粒通過重力由大小適中的谷粒由漏斗1首先進入與振動裝置2連接的給 進斜槽9，經(jīng)控制檔板13，然后以平面單層的形式進入分布盤19?？刂茩n 板13可根據(jù)被測谷粒的種類進行調(diào)整。分布盤19的出口部分有多道平行 "V"字形槽，使得谷粒自動排成隊列，使谷粒由分布盤3落入旋轉(zhuǎn)平臺4 上。給進斜槽9、控制檔板13和分散板19組合安裝在彈簧鋼板10上，并 與連接螺線管11以一定的頻率振動。整個振動裝置2所需的功率被限制在 一個合理的范圍內(nèi)，且牢固地安裝在底盤12上，而該底盤12又用螺絲和 螺母固定在本分析儀的機殼上，用以排除耗能及雜散共振。
由于旋轉(zhuǎn)平臺4的角速度被設(shè)置為高于谷粒在分布盤3上的線速度， 保證了谷粒在旋轉(zhuǎn)平臺4上的形成離散分布。旋轉(zhuǎn)平臺4本身是由一個硬 底盤14和塑膠材料制作的彈性盤15構(gòu)成，該彈性盤15呈黑色且防滑，以 便于谷粒的后續(xù)成像。彈性盤15的彈性使得圓形蓋緊貼硬底盤14，以防本 儀器受到敲擊和倒立時谷粒掉入儀器中。旋轉(zhuǎn)平臺4上的谷粒在經(jīng)LED平
面漫射板5的照明和數(shù)碼相機6成像后，經(jīng)由一個刮片7而脫離旋轉(zhuǎn)平臺4， 再進入收集器8。收集器8呈鏟型且可以從分析儀中移出取走，以便谷粒樣 本的回收或再測試。刮片7可由用金屬簧片或塑膠板制作而提供壓力，刮 片7在旋轉(zhuǎn)平臺4上的安裝位置如圖3所示。旋轉(zhuǎn)平臺4由電機和減速齒 輪16驅(qū)動，通過彈性偶合器17和90度齒輪箱18加以控制。正是通過如此 的結(jié)構(gòu)，使被測谷粒得以快速分散開來和全自動數(shù)字成像，并保證了整個 儀器的小型化和可靠性。
各類控制信號和數(shù)字圖像信號通過圖像采集和系統(tǒng)控制線路板及USB 接口與筆記本電腦相連接。所有的圖像處理，數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)控制以及用 戶界面等均由系統(tǒng)軟件完成，如圖l中虛線部分所示。系統(tǒng)軟件能夠自動、 快速、精確地測出每一谷粒的尺寸、形狀和顏色以及給出整個樣本的統(tǒng)計 數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
權(quán)利要求
1、一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀，該分析儀包括有機電給進系統(tǒng)、數(shù)字成像系統(tǒng)和圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進入機電給進系統(tǒng)的谷粒經(jīng)數(shù)字成像系統(tǒng)成像，再將成像數(shù)字信號傳輸給圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，機電給進系統(tǒng)和數(shù)字成像系統(tǒng)是通過圖像采集和系統(tǒng)控制線路板由筆記本電腦控制而運行，其特征是所述機電給進系統(tǒng)包括有漏斗(1)，在漏斗(1)的下方設(shè)有連接在振動裝置(2)上的分布盤(3)，分布盤(3)的下方設(shè)有接收谷粒的旋轉(zhuǎn)平臺(4)，在旋轉(zhuǎn)平臺(4)上設(shè)有刮片(7)，在旋轉(zhuǎn)平臺(4)的下方設(shè)有收集器(8)，在旋轉(zhuǎn)平臺(4)的上方設(shè)有數(shù)字成像系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀， 其特征是所述分布盤(3)是由給進斜槽(9)、控制檔板(13)和分散 板(19)組合，控制檔板(13)設(shè)在給進斜槽(9)和分散板(19)連接處， 控制檔板(13)是根據(jù)被測谷粒的種類進行上下調(diào)整的，使谷粒以平面單 層的形式進入分散板(19)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀， 其特征是在所述分散板(19)上設(shè)有多道平行的"V"字形的槽，將谷粒 有序排成隊列。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀， 其特征是所述旋轉(zhuǎn)平臺(4)的角速度設(shè)定為大于谷粒在分布盤(3)上 的線速度，使谷粒在旋轉(zhuǎn)平臺(4)上形成離散分布。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分 析儀，其特征是所述旋轉(zhuǎn)平臺(4)包括底盤(14)和彈性盤(15)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀， 其特征是所述振動裝置(2)包括與給進斜槽(9)連接的彈簧鋼板(10)， 彈簧鋼板(10)連接在產(chǎn)生振動的螺線管(11)上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀， 其特征是所述數(shù)字成像系統(tǒng)包括供照明的LED平面漫射板(5)和與其電 連接的數(shù)碼相機(6)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀，其特征是所述圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括設(shè)在筆記本電腦中的圖像處理、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)控制軟件以及用戶界面。
全文摘要
本發(fā)明提供基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的便攜式谷類分析儀，該分析儀包括有機電給進系統(tǒng)、數(shù)字成像系統(tǒng)和圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進入機電給進系統(tǒng)的谷粒經(jīng)數(shù)字成像系統(tǒng)成像，再將成像信號傳輸給圖像處理及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，機電給進系統(tǒng)和數(shù)字成像系統(tǒng)是通過圖像采集和系統(tǒng)控制線路板由筆記本電腦控制而運行。機電給進系統(tǒng)包括有漏斗，在漏斗的下方設(shè)有連接在振動裝置上的分布盤，分布盤的下方設(shè)有接收谷粒的旋轉(zhuǎn)平臺，在旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)有刮片，在旋轉(zhuǎn)平臺的下方設(shè)有收集器，在旋轉(zhuǎn)平臺的上方設(shè)有數(shù)字成像系統(tǒng)。本發(fā)明的效果是該分析儀可自動樣本給進、體積小、操作簡便、效率高、成本低，不損壞樣本。適用于大米以及類似的谷類及豆類的分類識別、真?zhèn)舞b別和質(zhì)量檢驗。
文檔編號G01N21/84GK101109743SQ200710146050
公開日2008年1月23日 申請日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月10日
發(fā)明者羅伯特·卡特爾, 勇 閆 申請人:肯特大學(xué)