稻米胶稠度的图像测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于食品检测领域，涉及稻米的胶稠度测量方法，具体为一种利用图像技 术测量稻米胶稠度的方法。
【背景技术】
[0002] 稻米是我国重要的粮食作物，随着生活水平的日益提高，人们对稻米的食味品质 的要求越来越高。胶稠度(gel consistency，GC)是稻米的主要品质指标。稻米粉样经稀碱 热糊化后形成米胶，冰水浴冷却后的米胶在水平放置的试管中作缓慢流动延伸，其米胶总 长度称为胶稠度，可以测量求得。国内外文献报道了胶稠度的大小直接与米饭的软硬度相 关。根据米胶长度可将胶稠度分为三类:硬胶稠度40mm)、中胶稠度(41~60mm)、软胶稠 度U61mm)。软胶稠度的米饭较为柔软可口，冷却后仍保持柔软且不变硬;而硬胶稠度的米 饭的硬度较大、干燥易裂，冷却后硬度更大，食味不佳。因此，胶稠度与米饭的柔软性、适口 性、冷饭质地等密切关联，胶稠度的准确、快速测量对稻米食味品质的评价有着重要的意 义。
[0003] 作为稻米常规品质指标，胶稠度的测定已有国家标准（GB/T 22294-2008、GB/T 17891-1999)用以执行。标准中，胶稠度的测定步骤包括试样的制备、制备样品水分测定、溶 解样品、制胶、测量米胶长度等。目前为止，测量胶稠度全靠检测人员的目测，即将试管置于 垫有刻度纸的水平台上静置，目测自管底至米胶前沿的长度，以毫米(_)表示。用目测的方 法来测量米胶长度，主要有两点不足:首先，检测人员的目测带有主观性的估算，结果易受 人员的生理和心理状态的影响，不具客观性、绝对性、唯一性;再者，当大批量样品处于在检 状态时，由检测人员进行目测需要耗费比较长的时间。在如今这个信息化、图像化的时代， 一种更为快捷、准确、科学的方法急需开发以用于稻米胶稠度的测量。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种稻米胶稠度的图像测量方法，本发明旨在利 用图像技术的耗时少、操作简便的优点，提供一种快速且准确的方法来替代目前常规的目 测。本发明并不改变稻米样品的前处理和形成米胶的操作，而仅是用于测量米胶长度。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种稻米胶稠度的图像测量方法，包括如下 步骤：
[0006] 1)、背景板的制作：
[0007] 背景板为A4大小的白色背景板，在背景板上设有相互平行且保持间距的3个标尺， 2个相邻标尺之间的区域为用于摆放试管的试管摆放区域；
[0008] 2)、水平操作台的布置：
[0009] 将上述背景板放在水平操作台上；
[0010]备注说明：背景板一般为纵向摆放，水平操作台上可放若干个背景板；
[0011] 3)、拍照仪器(相机或手机)的位置确定：
[0012] 拍照仪器的镜头距离背景板至少30cm的高度(一般控制为30~50cm)，且使拍照仪 器的镜头的中心点对齐白色背景板的中心点；
[0013] 4)、试管的摆放及照片的获取：
[0014] 将若干根装有待测稻米所形成的冷却后米胶的试管立即进行以下操作:放入试管 摆放区域，试管的轴心线与标尺相平行;在一个试管摆放区域内设置两列相互间隔的试管 组，每个试管组内的试管相互紧贴（即，每个试管组内相邻的2根试管之间不留空隙）；
[0015] 自冷却后米胶在室温下放置1小时后，利用步骤3)所述的拍照仪器对背景板上的 试管同时进行拍照；
[0016] 5)、利用步骤4)拍照所得结果测算稻米的胶稠度：
[0017] 所述测算由如下四个功能模块完成：
[0018] 功能模块①:将照片转换成二值数值矩阵；
[0019] 功能模块②:依据功能模块①所得的二元数值矩阵判断每个试管摆放区域内的每 列试管组中的每个试管的位置（即，包括每列试管组中起始试管的位置及其余试管的位置； 备注说明：起始试管是指每列试管组中排在第一行(从上至下起算)的试管）；
[0020] 功能模块③:依据功能模块②所得的每个试管摆放区域内的每根试管的位置，依 次计算位于每个试管内的米胶的虚拟长度；
[0021] 功能模块④:依据功能模块③所得的每个试管内的米胶的虚拟长度根据对应的标 尺(20mm标尺)算出样品(待测稻米)的胶稠度结果。
[0022] 作为本发明的稻米胶稠度的图像测量方法的改进：
[0023] 所述步骤1)为：
[0024]白色背景板纵向放置，白色背景板上印有3条20mm黑色标尺，标尺I位于距离白色 背景板上沿8mm处，标尺Π 位于白色背景板正中央，标尺ΙΠ 位于距离白色背景板下沿8mm处；
[0025] 标尺I和标尺Π 之间的区域形成一个试管摆放区域(命名为试管摆放区域1)，标尺 Π 和标尺m之间的的区域为另一个试管摆放区域(命名为试管摆放区域2)。
[0026] 作为本发明的稻米胶稠度的图像测量方法的进一步改进：
[0027] 所述步骤4)中：每个试管摆放区域内的每列试管组最多放置8根试管；即，白色背 景板最多放置32根试管；
[0028]拍摄的照片尺寸大小控制为800 X 600像素。
[0029] 作为本发明的稻米胶稠度的图像测量方法的进一步改进：
[0030] 所述步骤5)具体如下：
[0031 ]功能模块①:将800 X 600像素的照片转换成二元数值矩阵；
[0032]本模块中，Matlab软件内的计算规则为：每张800X600像素的照片，将其转换成 800 X600(行数X列数）的二值数值矩阵，即矩阵中只有数值1和0;设定试管中蓝色米胶部 分（即，如图1所示为试管内的灰色部分)和标尺对应的二值数值矩阵位置上的数值为1，其 余部分的数值均为〇;
[0033]功能模块②:根据功能模块①所得的二元数值矩阵判断每个试管摆放区域内的每 列试管组中的起始试管在照片中的位置(可通过找到每个试管摆放区域内的每列试管组排 在第一行的试管的上侧边缘而确定该起始试管的位置）；从而进一步确定每个试管摆放区 域内的每列试管组中的每个试管的位置；
[0034]备注说明：室温下，冷却后米胶顺着试管的长度延伸，蓝色米胶的宽度等同于试管 的宽度(直径），试管的上侧边缘位置也就是蓝色米胶的上侧边缘位置；由于试管的直径固 定，且每列试管组中试管是间紧挨着的，即试管在矩阵中占据的行数量基本一致;因此根据 起始试管的位置，能进一步确定区域中32根试管的位置。
[0035]本模块中，Matlab软件内的计算规则为:在二值数值矩阵中，区域1的位置为第40 行到400行，区域2的位置为第425行到760行，其余的行数则分布有3个标尺的位置。每根试 管在矩阵中占据了35行，也就是试管的状态由35行的数值表示出来。区域1中第1列第1根试 管的上侧边缘，就是二值数值矩阵中在第40行到400行、第1列到300列中第一次出现数值1 的行数。从该行数开始，第一个35行表示第1列第1根试管即起始试管，接着的第二个35行表 示第1列第2根试管，再接着的第三个35行表示第1列第3根试管……依次类推，确定了第1列 的8根试管位置。区域1中第2列第1根试管的上侧边缘，就是二值数值矩阵中在第40行到400 行、第301列到600列中第一次出现数值1的行数;再根据第1列的方法找出第2列的起始试管 及其余试管位置。同理可计算出区域2中的所有试管位置。
[0036]功能模块③:根据功能模块②所得的每个试管摆放区域内的每根试管的位置，依 次计算位于每个试管内的米胶的虚拟长度：
[0037] 在每根试管中，找到横向蓝色米胶的最左端和最右端，计算蓝色米胶的虚拟长度， 即米胶在数值矩阵中占据的列数量；
[0038] 本模块中，Matlab软件内的计算规则为:在二值数值矩阵中，每根试管对应的35行 300列中，找到首次和末次出现数值1的第i列和第j列，则该试管中米胶的虚拟长度x(以列 数为单位)的计算公式为x = j_i+l。同理可得所有试管的虚拟长度。
[0039] 功能模块④:根据标尺的虚拟长度和实际长度，计算蓝色米胶的实际长度即胶稠 度，以毫米_为单位；当拍照仪器(相机或手机)位置固定且水平时，每张照片中每个标尺的 虚拟长度均相同；
[0040] 本模块中，Matlab软件内的计算规则为:在二值数值矩阵中，标尺I、n、m的位置 分别为第21行至30行、第411行至420行、第771行至780行。参考模块③中，在标尺位置内找 到出现数值1的列数量，即计算出标尺I、Π 、m的虚拟长度分别为yi、y2、y3。标尺I、Π 、m的 虚拟长度分别为71、72、73。区域1内的米胶实际长度(用7表示，单位111111)以71和72的平均值作 为实际长度20mm计算所得，米胶实际长度计算公式为y = 4〇X/(yi+y2);区域2内的米胶实际 长度以y2和y3的平均值作为实际长度20mm计算所得，米胶实际长度计算公式为y = 40x/(y2+ y3)。当本法中的相机或手机位置固定且水平时，yi = y2 = y3,故区域中的米胶实际长度计算 公式为y = 20x/yi。