專利名稱：一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種畜肉品質快速無損檢測領域，具體涉及一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法及系統。
背景技術：
牛肉分級是指根據市場對牛肉品質的認可度，將牛肉產品分成不同的等級，實現優質優價的利益分配。牛肉分級的廣泛推廣，對牛肉行業的健康發展具有重要作用，可以指引牛肉生產者進行定性良種選育、科學飼喂、規范的屠宰分割，使其生產出質美價優的牛肉產品；也可以規范牛肉市場，形成良性健康的市場競爭；還可以指導消費者正確消費，確保交易的公平性。現行國內外生產加工企業對牛肉的質量分級指標主要有大理石花紋、生理成熟度、肉色、脂肪色、嫩度等。國外應用成熟的檢測技術主要包括:(I)機器視覺檢測技術，用來檢測胴體特征、大理石花紋、眼肌面積等感官指標，(2)超聲波成像技術，用來檢測活體或二分體的背膘厚；(3)基于近紅外光譜檢測技術的在線檢測儀器，如美國農業部的嫩度檢測儀。隨著光譜技術在農產品無損檢測中的廣泛應用，越來越多的人選擇可見、近紅外光譜檢測肉的外在和內在品質。國內外很多學者通過光譜儀對牛肉的嫩度、水分等品質參數進行預測，但是由于可見-近紅外光譜儀與近紅外光譜儀用到的光學探測器不相同，因此光譜檢測只能在兩臺光譜儀上完成，采集到的光譜數據來自兩個通道，是兩組獨立的數據，又由于兩臺光譜儀覆蓋的有效波段有重疊部分，因此不能得到一組完整的、最佳的、光譜數據覆蓋范圍寬的數據。因此，針對以上不足，本發明提供了一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法及系統。
發明內容
(一)要解決的技術問題針對現有技術的不足，本發明提供了一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法及系統，實現將兩臺不同波段、有重疊有效波段的光譜數據融合，并在界面中顯示光譜曲線，此技術應用于生鮮肉類的含水率、嫩度、顏色等品質參數的快速、非破壞性檢測研究，實現對生鮮肉類品質參數的預測與在線分級。(二)技術方案為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現:一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于，包含以下步驟:S1、分別設置第一光譜儀和第二光譜儀的積分時間、采樣次數和平滑次數；設置第一光譜儀和第二光譜儀所產生光譜曲線的最佳連接點；S2、根據SI中所述的最佳連接點進行參數變量定義；定義數組Rdatal用于存放第一光譜儀采集到的數據；數組Rdata2用于存放第二光譜儀采集到的數據；數組Rdata用于存放數據變換后的完整數據；最佳連接點設置為中間波長Middlewave ;起始波長設為Startwave,結束波長為Endwave ;第一光譜儀的起始波長為Startwave,結束波長為Middlewave ;第二光譜儀的起始波長為Middlewave,結束波長為Endwave ;兩光譜儀的間隔波長定為 Internal=Inm ；Count= (Endwave-Startwave) /Internal,定義為全波段光譜數據個數；Endcountl= (Middlewave-Startwave)/Internal,為采集的第一光譜儀數據個數；Endcount2= (Endwave-Middlewave) /Internal 為米集的第二光譜儀數據個數；S3、第一光譜儀和第二光譜儀依據SI和S2中所定義的參數變量分別進行數據采集;
S4、對S3中的采集到的數據進行數據變換；S5、對S4中變換后的數據進行數據整合；S6、依據S5中整合后的數據生成全波段曲線。其中所述第一光譜儀為可見-近紅外光譜儀，有效波段為400_950nm，所述第二光譜儀為近紅外光譜儀的有效波段為800-2600nm ;步驟SI包含:第一光譜儀和第二光譜儀上分別實驗相同待測樣品，通過觀察兩光譜儀所分別產生的光譜曲線在重疊波段的光譜形狀，以形狀相似的區域作為連接區域。其中所述的連接區域為850-900nm ;所述連接區域的最佳連接點為890nm。其中步驟S3中第一光譜儀和第二光譜儀進行數據采集的參數包括積分時間、采樣次數、平滑次數、起始波長、結束波長和間隔波長；采集黑參考和白參考，然后計算出待測樣品的反射率，計算公式為:
R-DR = -ψ— X 100%其中W為白參考采集到的反射光譜強度，D為黑參考采集到的反射光譜強度，Rtl為當前采集到的反射光譜強度，R為待測樣品的反射率；將采集到的數據分別保存于定義的數組內。其中步驟S4中包含:在中間波長Middlewave處之前取N個第一光譜儀的數據做平均，平均值記為Avgl ;之后取N個第二光譜儀數據做平均，平均值記為Avg2 ;求差值b=Avg2_Avgl ;第二光譜儀采集到的數據整體變換后記為Rdata2=Rdata2+b。其中步驟S5中包含:把數組Rdatal中的數據移到數組Rdata中，數據從O排到Endcountl-1 ;把變換后的數組Rdata2中的數據移到數組Rdata中，數據從Endcountl排到Count-1 ;得到一組完整的包含從起始波長到結束波長反射率的數組Rdata。其中步驟S6中通過生鮮肉類在線檢測系統把Rdata中存放的反射率數據從第O個到Count-1個依次連接，生成一條完整的光譜曲線。實施一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法的系統，該系統包含檢測探頭(I)、Y形光纖(2 )和第一光譜儀(3 )和第二光譜儀(4 )和處理設備(7 );檢測探頭(I)采集到的待測樣品反射的光譜信息由Y形光纖(2)傳送到第一光譜儀(3)和第二光譜儀(4)，第一光譜儀(3)和第二光譜儀(4)把光譜信息轉換為相應的光譜數據，由數據線(5)傳送到處理設備(7);處理設備(7)處理第一光譜儀(3)和第二光譜儀(4)采集來的數據，生成一條完整的光譜曲線。
其中檢測探頭(I)包含光纖探頭(1-1)、光源(1-2)、底座(1-3)，構成一個相對封閉的光屏蔽空間；所述第一光譜儀(3)為可見-近紅外光譜儀，有效波段為400-950nm，所述第二光譜儀(4)為近紅外光譜儀的有效波段為800-2600nm。其中所述光源(1-2)為鹵鎢燈；光纖探頭(1-1)下端距離樣品表面(8)間的距離可調，以適應多種檢測條件。(三)有益效果本發明通過提供一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法及系統，具有如下優點:I)本發明通過連接可見-近紅外和近紅外兩臺光譜儀的數據，實現將兩臺不同波段、有重疊有效波段的光譜數據融合，得到完整波段的光譜數據，信息量全；對同時采集的兩組光譜數據進行最佳組合，節省數據處理時間，提高光譜信號采集效率；此技術應用于生鮮肉類的含水率、嫩度、顏色等品質參數的快速、非破壞性檢測研究，實現對生鮮肉類品質參數的預測與在線分級，并在界面中顯示光譜曲線，便于測試人員直觀的觀察數據。2)此雙波段融合方法增加了光譜檢測的信息量，為生鮮肉類無損檢測檢測建模提供了更多有用數據，提高了數據建模的精度及穩定性，為開發生鮮肉類質量分級裝置提供技術支持；通過此雙波段光譜融合方法，提高生鮮肉類產品品質參數的預測及品質分級水平，增強我國的生鮮肉類產品在國際市場上的競爭力。
圖1:生鮮牛肉多參數檢測的雙波段光譜融合裝置的一種實施方式結構示意圖；圖2:生鮮牛肉多參數檢測的雙波段光譜融合方法的一種實施方式流程圖；圖3:牛肉嫩度/水分在線檢測系統的一種實施方式界面示意圖；圖4:進行雙波段光譜融合方法的黑參考光譜圖；圖5:進行雙波段光譜融合方法的白參考光譜圖；圖6:進行雙波段光譜融合方法的牛肉反射率光譜圖；圖7:牛肉嫩度/水分在線檢測系統的操作流程圖；附圖標記說明:I檢測探頭、1-1光纖探頭、1-2光源、1-3底座、2Y形光纖、3第一光譜儀、4第二光譜儀、5數據線、6USB接口、7處理設備、8待測樣品；9光譜曲線顯示區、10儀器校準區、11嫩度水分檢測分級區、12分級結果顯示區。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對于本發明所提出的生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法及系統進行詳細說明。在本實施例中，圖1中的待測牛肉8為屠宰后經過排酸處理，在分割線上進行檢測，檢測部位為11 14椎骨之間垂直與肌纖維方向的橫斷面。如圖7所示，開啟牛肉嫩度/水分在線檢測系統，處理設備自動對光譜儀進行自檢以確保光譜儀連接的正確性。自檢程序完成后，分別對光譜儀進行黑參考和白參考校正，黑參考和白參考校正完成后進行對肉樣的檢測，將探頭的底面貼住待測牛肉的表面，點擊在圖3中的牛肉嫩度/水分在線檢測系統的軟件系統界面上的牛肉嫩度/水分檢測分級按鈕11后，就可以在結果顯示區12中的到待測樣品的嫩度值、含水率、顏色和分級結果。本實施例提供的的生鮮牛肉多參數檢測的雙波段光譜融合該檢測系統:具體包含檢測探頭1、Y形光纖2和第一光譜儀3和第二光譜儀4和處理設備7 ;所述第一光譜儀3為可見-近紅外光譜儀，有效波段為400-950nm，所述第二光譜儀4為近紅外光譜儀的有效波段為800-2600nm;其中檢測探頭I包含光纖探頭1_1、光源1_2、底座1_3，構成一個相對封閉的光屏蔽空間；其中所述光源1-2為鹵鎢燈；光纖探頭1-1下端距離樣品表面8間的距離可調，以適應多種檢測條件；光纖探頭1-1采集到的待測樣品反射的光譜信息由Y形光纖2傳送到第一光譜儀3和第二光譜儀4，第一光譜儀3和第二光譜儀4把光譜信息轉換為相應的光譜數據，由數據線5經USB接口 6傳送到處理設備7 ;處理設備7處理第一光譜儀3和第二光譜儀4采集來的數據，處理設備7安裝有牛肉嫩度/水分在線檢測系統，牛肉嫩度/水分在線檢測系統的軟件系統界面包含光譜曲線顯示區9、儀器校準區10、嫩度/水分檢測分級區11、分級結果顯示區12。最終通過牛肉嫩度/水分在線檢測系統的軟件系統界面生成一條完整的光譜曲線。本實施例中當鹵鎢燈光源不在檢測探頭內時，可以把Y型光纖換成三分叉光纖，多出的一條光纖用于接齒鶴燈光源。本實施例還提供的一種生鮮牛肉多參數檢測的雙波段光譜融合方法具體包含以下步驟:S1、首先分別設置第一光譜儀和第二光譜儀的積分時間、采樣次數和平滑次數；設置第一光譜儀和第二光譜儀所產生光譜曲線的最佳連接點；第一光譜儀和第二光譜儀上分別實驗相同待測樣品，所述第一光譜儀為可見-近紅外光譜儀，有效波段為400-950nm，所述第二光譜儀為近紅外光譜儀的有效波段為800-2600nm ;通過觀察兩光譜儀所分別產生的光譜曲線在重疊波段的光譜形狀，以形狀相似的區域作為連接區域。其中所述的連接區域優選為850-900nm;所述連接區域的最佳連接點優選為890nm。S2、根據SI中所述的最佳連接點進行參數變量定義；定義數組Rdatal用于存放第一光譜儀采集到的數據；數組Rdata2用于存放第二光譜儀采集到的數據；數組Rdata用于存放數據變換后的完整數據；最佳連接點設置為中間波長Middlewave ;起始波長設為Startwave,結束波長為Endwave ;第一光譜儀的起始波長為Startwave,結束波長為Middlewave ;第二光譜儀的起始波長為Middlewave,結束波長為Endwave ;兩光譜儀的間隔波長定為 Internal=Inm ；Count= (Endwave-Startwave) /Internal,定義為全波段光譜數據個數；Endcountl= (Middlewave-Startwave)/Internal,為采集的第一光譜儀數據個數；Endcount2= (Endwave-Middlewave)/Internal為采集的第二光譜儀數據個數。用戶可以通過對Startwave和Endwave的參數改變,最終得到要獲得的光譜范圍。S3、第一光譜儀和第二光譜儀依據SI和S2中所定義的參數變量分別進行數據采集；第一光譜儀和第二光譜儀進行數據采集的參數包括積分時間、采樣次數、平滑次數、起始波長、結束波長和間隔波長；采集黑參考和白參考，然后計算出待測樣品的反射率，計算公式為:
權利要求
1.一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于，包含以下步驟: 51、分別設置第一光譜儀和第二光譜儀的積分時間、采樣次數和平滑次數；設置第一光譜儀和第二光譜儀所產生光譜曲線的最佳連接點； 52、根據SI中所述的最佳連接點進行參數變量定義；定義數組Rdatal用于存放第一光譜儀采集到的數據；數組Rdata2用于存放第二光譜儀采集到的數據；數組Rdata用于存放數據變換后的完整數據；最佳連接點設置為中間波長Middlewave ;起始波長設為Startwave,結束波長為Endwave ;第一光譜儀的起始波長為Startwave,結束波長為Middlewave ;第二光譜儀的起始波長為Middlewave,結束波長為Endwave ;兩光譜儀的間隔波長定為 Internal=Inm ；Count= (Endwave-Startwave) /Internal,定義為全波段光譜數據個數；Endcountl= (Middlewave-Startwave)/Internal,為采集的第一光譜儀數據個數；Endcount2= (Endwave-Middlewave)/Internal 為米集的第二光譜儀數據個數； 53、第一光譜儀和第二光譜儀依據SI和S2中所定義的參數變量分別進行數據采集； 54、對S3中的采集到的數據進行數據變換； 55、對S4中變換后的數據進行數據整合； 56、依據S5中整合后的數據生成全波段曲線。
2.如權利要求1所述的一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于:所述第一光譜儀為可見-近紅外光譜儀，有效波段為400-950nm，所述第二光譜儀為近紅外光譜儀的有效波段為800-2600nm ;步驟SI包含:第一光譜儀和第二光譜儀上分別實驗相同待測樣品，通過觀察兩光譜儀所分別產生的光譜曲線在重疊波段的光譜形狀，以形狀相似的區域作為連接區域。
3.如權利要求2所述的一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于:所述的連接區域為850-900nm ;所述連接區域的最佳連接點為890nm。
4.如權利要求1所述的一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于:步驟S3中第一光譜儀和第二光譜儀進行數據采集的參數包括積分時間、采樣次數、平滑次數、起始波長、結束波長和間隔波長；采集黑參考和白參考，然后計算出待測樣品的反射率，計算公式為: R = (R0-D)/(W-D) X 100% 其中W為白參考采集到的反射光譜強度，D為黑參考采集到的反射光譜強度，Rtl為當前采集到的反射光譜強度，R為待測樣品的反射率；將采集到的數據分別保存于定義的數組內。
5.如權利要求1所述的一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于步驟S4中包含:在中間波長Middlewave處之前取N個第一光譜儀的數據做平均,平均值記為Avgl ;之后取N個第二光譜儀數據做平均,平均值記為Avg2 ;求差值b=Avg2-Avgl ;第二光譜儀采集到的數據整體變換后記為Rdata2=Rdata2+b。
6.如權利要求1所述的一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于，步驟S5中包含:把數組Rdatal中的數據移到數組Rdata中，數據從O排到Endcountl-1 ;把變換后的數組Rdata2中的數據移到數組Rdata中，數據從Endcountl排到Count-1 ;得到一組完整的包含從起始波長到結束波長反射率的數組Rdata。
7.如權利要求1所述的一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法，其特征在于，步驟S6中通過生鮮肉類在線檢測系統把Rdata中存放的反射率數據從第O個到Count-1個依次連接，生成一條完整的光譜曲線。
8.一種實施如權利要求1-7任一權利要求所述的一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法的系統，其特征在于，該系統包含檢測探頭(I)、Y形光纖(2)和第一光譜儀(3)和第二光譜儀(4)和處理設備(7);檢測探頭(I)采集到的待測樣品反射的光譜信息由Y形光纖(2)傳送到第一光譜儀(3)和第二光譜儀(4)，第一光譜儀(3)和第二光譜儀(4)把光譜信息轉換為相應的光譜數據，由數據線(5)傳送到處理設備(7);處理設備(7)處理第一光譜儀(3 )和第二光譜儀(4)采集來的數據，生成一條完整的光譜曲線。
9.如權利要求8所述的系統，其特征在于:檢測探頭(I)包含光纖探頭(1-1)、光源(1-2)、底座(1-3)，構成一個相對封閉的光屏蔽空間；所述第一光譜儀(3)為可見-近紅外光譜儀，有效波段為400-950nm，所述第二光譜儀(4)為近紅外光譜儀的有效波段為800_2600nm。
10.如權利要求9所述的系統，其特征在于，所述光源(1-2)為鹵鎢燈；光纖探頭(1-1)下端距離樣品表面 (8)間的距離可調，以適應多種檢測條件。
全文摘要
本發明提供一種生鮮肉類多參數檢測的雙波段光譜融合方法及系統，屬于食品品質快速無損檢測領域。所述方法包含步驟分別設置兩光譜儀的積分時間、采樣次數和平滑次數；設置兩光譜儀所產生光譜曲線的最佳連接點；根據最佳連接點進行參數變量定義；兩光譜儀依據定義的參數變量分別進行數據采集；對采集到的數據進行數據變換；對變換后的數據進行數據整合；依據整合后的數據生成全波段曲線。所述系統包含檢測探頭、Y形光纖和兩光譜儀和處理設備。實現將兩臺不同波段、有重疊有效波段的光譜數據融合，并在界面中顯示光譜曲線，此技術應用于生鮮肉類的含水率、嫩度、顏色等品質參數的快速、非破壞性檢測研究，實現對生鮮肉類品質參數的預測與在線分級。
文檔編號G01N21/25GK103163083SQ201310080308
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者彭彥昆, 林琬, 郭輝, 石力安, 田瀟瑜 申請人:中國農業大學