专利名称：基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分析检测仪器，尤其涉及到一种基于数字图像处理技 术的便携式谷类分析仪。
背景技术：
大米是全世界食用量最大的农产品之一，全世界大米的年产量为几亿 多吨。大米的品种非常之多，且质量与市场价格差异很大，但它们的物理 特征，如大小、形状、颜色、表面质地等，差异却很小或非常小。正因为 如此， 一种便宜的、质量低的大米很容易被贴上另外一种价格高、质量好 的标签，或者将差米掺入价格高、质量好的大米中。这种做假或掺假的做 法，在许多国家的大米市场中较为普遍。为杜绝这种现象的发生， 一些国 家的相关机构，比如"国际大米研究所"和"英国消费者协会"制订了一 系列有关大米物理特征的鉴别标准或规定。有些规定还特别对大米的长度， 长/宽比等做了具体的描述。在这种情况下，快速有效且成本低的大米分析 检测技术己成为大米市场中极需解决的问题。
传统的大米分析检测技术是采用DNA测试，"电子鼻"或红外反射频谱 分析法。基于这些原理的仪器价格昂贵、体积庞大、操作复杂、效率低、 而且对大米样本是破坏性的。近年来，由于数字成像硬件性价比的不断提 高和数字图像处理技术的飞速发展，基于数字成像和图像处理技术的便携 式谷类自动分析和检测已以成为可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种能对谷类产品如大米等进行分类识别，真伪
鉴别和质量检验的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪，可对谷类 的基本物理特征尤其是尺寸、形状和颜色进行精确的测量，适合于食品质 量与安全检验部门，大米加工厂，采购单位和销售商等的需要。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于数字图 像处理技术的便携式谷类分析仪，该分析仪包括有机电给进系统、数字成 像系统和图像处理及数据分析系统。进入机电给进系统的谷粒经数字成像 系统成像，再将数字成像信号传输给图像处理系统，机电给进系统和数字 成像系统是通过图像采集和系统控制线路板由笔记本电脑控制而运行，其 中所述机电给进系统包括有漏斗，在漏斗的下方设有连接在振动装置上 的分布盘，分布盘的下方设有接收谷粒的旋转平台，在旋转平台上设有刮 片，在旋转平台的下方设有收集器，在旋转平台的上方设有数字成像系统。
本发明的效果是该便携式谷类分析仪具有如下的特点
1. 谷粒样本的自动给进和离散分布，使样本中的所有或绝大部分谷粒得 到测试。
2. 经谷粒全自动数字成像、图像处理和数据分析，从而得到谷粒样本的 尺寸、形状和颜色及其分布的测试结果。
3. 该仪器可对同一谷粒样本进行多次测试，也可以对同一谷类的多个样
本进行测试。
4. 所有测试结果以图形和数据相结合的方式显示在用户界面上，也可以 存储和打印。
5. 该仪器标定容易，安装简单，无需调试，操作简便；不仅适用于实验 室使用，也适合于现场操作；这样的仪器体积小、效率高、成本低，而且 对谷类样本没有任何破坏性，即样本可以保存和进行重复检测，特别实用 于谷类尤其是大米的分类识别、真伪鉴别和质量检验。
6. 本发明适用于其它谷类，如大米、糯米、大麦、小麦、小米、莜麦、
高粮、玉米等和各种豆类产品，如黄豆、绿豆、红豆、豌豆等的分类识别、
真伪鉴别和质量检验。
图1为本发明的分析仪原理结构示意图2为本发明的分布盘和刮片与旋转平台局部结构的示意图； 图3为本发明的机电给进系统的俯视图； 图4为本发明的机电给进系统的侧视图。 图中
2、振动装置 5、平面漫射板 8、收集器 11、螺线管 14、硬底盘
1、漏斗
4、旋转平台
7、刮片
10、弹簧钢板
13、控制档板
3、分布盘 6、数码相机 9、给进斜槽 12、底盘 15、弹性盘 18、齿轮箱
16、电机和减速齿轮17、弹性偶合器 19、分散板
具体实施例方式
结合附图及实例对本发明的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析 仪加以说明。
本发明主要解决了两个方面的技术问题。首先是谷类样本的自动给进 问题。谷类是一种由大量谷粒组成的粒状混合物，用数字成像和图像处理 的方法对这样的混合物进行检测就意味着对样本中的每一个谷粒进行成 像、图像处理及最后的统计数据分析。为此目的， 一个专门的机电给进系 统必须将样本中谷粒逐一自动地输送并分散在数码相机前面。只有这样， 相机才能拍摄到样本中的所有谷粒或绝大部分谷粒。与此同时，机电给进
系统还不能体积太大，否则很难保证仪器的携便性。如图1-4所示机电给 进系统运作的第一步是将谷类样本通过一个漏斗送入本仪器。该漏斗的大 小适中，否则样本要么太少不具有被测试大米的代表性，要么太多影响测 试效率和仪器的携带性。进入仪器的谷粒由一个专门设计的震动式给进器
送入斜槽、分布板和旋转平台。图2所示结构的这一设计使得谷粒均匀散 开，没有上下重叠，因而使得后续的自动成像、图像处理快速而简便。谷 粒样本的照明是由LED平面漫射板实现。测试后的谷类进入一铲型收集器 以便样本的回收或再测试。
另一方面是图像处理及数据分析系统，由于采用图像处理及适合于谷 粒图像处理及分析算法软件，该软件能够精确测量出单一谷粒的尺寸、形 状和颜色以及给出整个样本的统计数据分析结果，使本发明能在几分钟内 完成好几千个谷粒的测试。所有图像处理系统硬件的操作、系统软件的同 步运行和图像的传输是通过一台常规笔记本电脑和USB接口完成的。
本发明是采用数字成像、图像处理和机械电子设计技术相结合的方法 实现一种便携式谷类分析仪。该仪器由机电给进、数字成像和图像处理及 数据分析三个系统构成。机电给进系统包括给进漏斗、震动式给进器、斜 槽、分布盘、旋转平台和收集器。数字成像系统包括LED平面漫射板、光 学镜头，数码相机及控制板。图像处理及数据分析系统包括笔记本电脑、 USB接口、专门的图像处理软件和用户界面。
本发明的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪结构包括有机电 给进系统、数字成像系统和图像处理及数据分析系统，进入机电给进系统 的谷粒经数字成像系统成像，再将成像数字信号传输给图像处理及数据分 析系统，机电给进系统和数字成像系统是通过图像采集和系统控制线路板 由笔记本电脑控制而运行。所述机电给进系统包括有漏斗1，在漏斗1的下 方设有连接在振动装置2上的分布盘3，分布盘3的下方设有接收谷粒的旋
转平台4，旋转平台4包括底盘14和弹性盘15。旋转平台4的角速度设定 为大于谷粒在分布盘3上的线速度，有利于使谷粒在旋转平台4上的形成 离散分布。在旋转平台4上设有刮片7，在旋转平台4的下方设有收集器8。 在旋转平台4的上方设有数字成像系统，所述数字成像系统包括供照明的 LED平面漫射板5和与其电连接的数码相机6。
所述分布盘3是由给进斜槽9、控制档板13和分散板19组合，控制档 板13设在给进斜槽9和分散板19连接处，控制档板13可根据被测谷粒的 种类进行上下调整的，使谷粒以平面单层的形式进入分散板19。在所述分 散板19上设有多道平行的"V"字形的槽，将谷粒有序排成队列。
所述振动装置2包括与给进斜槽9连接的弹簧钢板10，弹簧钢板10连 接在产生振动的螺线管ll上。
如图l、 2、 3、 4所示，本发明的机电给进系统的具体实施是这样的 谷粒通过重力由大小适中的谷粒由漏斗1首先进入与振动装置2连接的给 进斜槽9，经控制档板13，然后以平面单层的形式进入分布盘19。控制档 板13可根据被测谷粒的种类进行调整。分布盘19的出口部分有多道平行 "V"字形槽，使得谷粒自动排成队列，使谷粒由分布盘3落入旋转平台4 上。给进斜槽9、控制档板13和分散板19组合安装在弹簧钢板10上，并 与连接螺线管11以一定的频率振动。整个振动装置2所需的功率被限制在 一个合理的范围内，且牢固地安装在底盘12上，而该底盘12又用螺丝和 螺母固定在本分析仪的机壳上，用以排除耗能及杂散共振。
由于旋转平台4的角速度被设置为高于谷粒在分布盘3上的线速度， 保证了谷粒在旋转平台4上的形成离散分布。旋转平台4本身是由一个硬 底盘14和塑胶材料制作的弹性盘15构成，该弹性盘15呈黑色且防滑，以 便于谷粒的后续成像。弹性盘15的弹性使得圆形盖紧贴硬底盘14，以防本 仪器受到敲击和倒立时谷粒掉入仪器中。旋转平台4上的谷粒在经LED平
面漫射板5的照明和数码相机6成像后，经由一个刮片7而脱离旋转平台4， 再进入收集器8。收集器8呈铲型且可以从分析仪中移出取走，以便谷粒样 本的回收或再测试。刮片7可由用金属簧片或塑胶板制作而提供压力，刮 片7在旋转平台4上的安装位置如图3所示。旋转平台4由电机和减速齿 轮16驱动，通过弹性偶合器17和90度齿轮箱18加以控制。正是通过如此 的结构，使被测谷粒得以快速分散开来和全自动数字成像，并保证了整个 仪器的小型化和可靠性。
各类控制信号和数字图像信号通过图像采集和系统控制线路板及USB 接口与笔记本电脑相连接。所有的图像处理，数据分析和系统控制以及用 户界面等均由系统软件完成，如图l中虚线部分所示。系统软件能够自动、 快速、精确地测出每一谷粒的尺寸、形状和颜色以及给出整个样本的统计 数据分析结果。
权利要求
1、一种基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪，该分析仪包括有机电给进系统、数字成像系统和图像处理及数据分析系统，进入机电给进系统的谷粒经数字成像系统成像，再将成像数字信号传输给图像处理及数据分析系统，机电给进系统和数字成像系统是通过图像采集和系统控制线路板由笔记本电脑控制而运行，其特征是所述机电给进系统包括有漏斗(1)，在漏斗(1)的下方设有连接在振动装置(2)上的分布盘(3)，分布盘(3)的下方设有接收谷粒的旋转平台(4)，在旋转平台(4)上设有刮片(7)，在旋转平台(4)的下方设有收集器(8)，在旋转平台(4)的上方设有数字成像系统。
2、 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪， 其特征是所述分布盘(3)是由给进斜槽(9)、控制档板(13)和分散 板(19)组合，控制档板(13)设在给进斜槽(9)和分散板(19)连接处， 控制档板(13)是根据被测谷粒的种类进行上下调整的，使谷粒以平面单 层的形式进入分散板(19)。
3、 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪， 其特征是在所述分散板(19)上设有多道平行的"V"字形的槽，将谷粒 有序排成队列。
4、 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪， 其特征是所述旋转平台(4)的角速度设定为大于谷粒在分布盘(3)上 的线速度，使谷粒在旋转平台(4)上形成离散分布。
5、 根据权利要求1或4所述的基于数字图像处理技术的便携式谷类分 析仪，其特征是所述旋转平台(4)包括底盘(14)和弹性盘(15)。
6、 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪， 其特征是所述振动装置(2)包括与给进斜槽(9)连接的弹簧钢板(10)， 弹簧钢板(10)连接在产生振动的螺线管(11)上。
7、 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪， 其特征是所述数字成像系统包括供照明的LED平面漫射板(5)和与其电 连接的数码相机(6)。
8、 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪，其特征是所述图像处理及数据分析系统包括设在笔记本电脑中的图像处理、数据分析和系统控制软件以及用户界面。
全文摘要
本发明提供基于数字图像处理技术的便携式谷类分析仪，该分析仪包括有机电给进系统、数字成像系统和图像处理及数据分析系统，进入机电给进系统的谷粒经数字成像系统成像，再将成像信号传输给图像处理及数据分析系统，机电给进系统和数字成像系统是通过图像采集和系统控制线路板由笔记本电脑控制而运行。机电给进系统包括有漏斗，在漏斗的下方设有连接在振动装置上的分布盘，分布盘的下方设有接收谷粒的旋转平台，在旋转平台上设有刮片，在旋转平台的下方设有收集器，在旋转平台的上方设有数字成像系统。本发明的效果是该分析仪可自动样本给进、体积小、操作简便、效率高、成本低，不损坏样本。适用于大米以及类似的谷类及豆类的分类识别、真伪鉴别和质量检验。
文档编号G01N21/84GK101109743SQ200710146050
公开日2008年1月23日 申请日期2007年9月10日 优先权日2007年9月10日
发明者罗伯特·卡特尔, 勇 闫 申请人:肯特大学