专利名称：一种无损检测水果表面粪便和农药污染物的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及农产品质量与安全检测装置，具体地说是一种利用激 光诱导荧光光谱图像技术来检测水果表面粪便和农药污染物的装置。
技术背景为了防治虫害，果农在果树开花到结果期间都要喷洒大量农药，所以 许多水果都会存在农药残留问题。水果农药残留有两种形式， 一种是附着在水果的表面；另外一种是植物在生长过程中，农药直接进入水果的根茎 叶中。农药一旦残留在水果表面就很难去除，像三唑类、二氧化硫等还具 有致癌性和致过敏性。如果在苹果、李子、杏和梨等结果时喷洒农药，农 药会浸透果皮并残留在果皮的蜡质中，致使果皮中的农药残留量比果肉中 高许多。目前用于水果、蔬菜的农药有几百种，大部分不易分解。有人相 信用洗洁精可以去除水果、蔬菜表面的残留农药，还有人认为用清水冲洗 或用热水烫可以达到去除残留农药的目的。其实，清水冲洗只能去除水果、 蔬菜表面的小部分残留农药，采用热水烫虽然可以除去更多一些，但大部 分农药仍留在水果、蔬菜表面。农业部蔬菜品质监督检验测试中心曾专门 对用洗洁精清洗水果做了检测实验，结果发现，几个品牌的洗洁精中，使 残留农药减低最多的仅为42%。还有些专家认为，巿场上出售的洗洁精大 都为碱性，农药在遇到碱性洗洁精后，其毒性会增加10—20倍。此外，通 过与人、动物和土壤等接触，水果表面还会存在由粪便等造成的另一种表 面污染，这些污染物同样是一种病原体，容易导致人的许多疾病，如中毒、 腹泻。此外，禽流感传播途径之一就是鸟的粪便，而且水果表面经常会存 在鸟的粪便污染。随着经济和社会的进步，水果表面农药残留和表面污染问题越来越受 到重视。目前对表面农药残留和粪便污染物的常规检测方法主要有化学分 析法、色谱分析法、分光光度法、荧光分析法等，检测费时、费力且需要 破坏水果样品。这些破坏性检测不适合无损、大批量检测，更不适合水果 加工企业的在线检测。即使对水果采用清洗装置，但还是会有许多水果表 面污染物不能完全消除。因此，直接食用或榨汁时，水果的农药残留和表 面污染便成为病原体，容易导致人的许多疾病，有的甚至引起严重的健康 和社会问题。目前，尚没有能对水果进行无损、在线检测表面农药残留和粪便污染 物的技术和装置。因此有必要设计一种非破坏、非接触、快速的在线检测 装置，以利对水果更精确的分级，满足国人对无害水果的需求，提高水果
国际巿场竟争能力。 发明内容本实用新型的目的在于提供一种利用激光诱导荧光光谱图像技术来快 速无损检测水果表面粪便和农药污染物的装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种无损检测水果表面粪便和农药污染物的装置包括水果输送部件、 荧光光谱图像获取部件、电算部件和分级部件；所述的水果输送部件由滑 道及其直线分支好果滑道和旁侧分支差果滑道，以及位于滑道上、间隔串 联为 一体的滚轮和与其传动连接的驱动机构组成；滚轮的轴向剖面是中间 小、端部大的双曲线形，滚轮能沿滑道同步滚动前进，位于其上的水果也 随之滚动前进。所述的电算部件包括安装有检测软件的计算机及与其相联的图像采集卡。荧光光谱图像获取部件的激光扩束器安装在脉冲激光器的前面，它们 位于被检测水果的正上方，它们的轴线指向被检测水果并垂直于水果输送 部件的输送平面； 荧光光谱图像获取部件所属的CCD摄像头、选通式像 增强器、装有滤波片的机构和透镜沿指向被检测水果的CCD摄像头的轴线 依次串联安装，它们位于被检测水果前进一侧的斜上方，脉冲激光器的轴 线与CCD摄像头的轴线相交于被检测水果，以便脉冲激光器发出的激光照 射到水果表面，水果受激发出的荧光经过透镜、可旋转的装有滤波片的机 构、选通式像增强器进入到CCD摄像头采集荧光图像。CCD摄像头通过触 发器与脉冲激光器导线连接，所述的脉冲激光器为ND:YAG脉冲激光器，其 波长可选用35 5nm或514nm; CCD摄像头还通过导线连接到电算部件的图像 采集卡，与触发器导线连接的位置传感器安装在被检测水果下方的长条槽 上，以便沿长条槽调节传感器准确的安装位置。所述的分级部件包括受控于计算机的高压喷气嘴及通过输气管与其连 接的气泵，高压喷气嘴安装在滑道分叉处的差果滑道的对侧。本实用新型的有益效果是它不需要破坏和接触被检测的水果，而是 利用水果表面农药残留和粪便污染物在激光照射后会受激发出荧光的原 理，通过对这些荧光进行光谱成像和分析，就能无损、快速、非接触、在 线地检测出水果表面农药残留和粪便污染物。本实用新型具有很高的灵敏 度和强选择性，非常适合检测复杂、批量大的水果产品。
图l是本实用新型的原理及结构示意图； 图2是本实用新型分级机构的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。 实施例如图l、 2所示，本实用新型的结构包括1) 水果输送部件由滑道18及其直线分支好果滑道16和旁侧分支差 果滑道17，以及位于滑道18上、等间距串联为一体的滚轮13和与其传动 连接的驱动机构组成，在后者的驱动下，中间小、端部大的双曲线滚轮13 能沿滑道18 —起同步滚动前进；水果14位于两个双曲线形滚轮13中间的 凹部并随之滚动前进，以利拍摄水果14各个部位的荧光光谱图像。2) 电算部件包括安装有检测软件的计算机1及与其相联的图像采集卡2。3) 荧光光谱图像获取部件的激光扩東器5安装在脉冲激光器4的前面， 它们位于被检测水果14的正上方，它们的轴线指向被检测水果14并垂直于 水果输送部件的输送平面；荧光光谱图像获取部件所属的CCD摄像头6、 选通式像增强器7、装有滤波片的机构8和透镜9沿指向被检测水果14的 CCD摄像头6的轴线依次串联安装，它们位于被检测水果14前进一侧的斜 上方，脉冲激光器4的轴线与CCD摄像头6的轴线相交于被检测水果14; CCD摄像头6通过触发器3与脉冲激光器4导线连接，触发器3的功能是 控制脉冲激光器4的激光发射和CCD摄像头6采集图像的时间。CCD摄像 头6还通过导线连接到电算部件的图像釆集卡2,与触发器3导线连接的 位置传感器15安装在被检测水果14下方的长条槽上，可沿长条槽调节传 感器15的准确安装位置。位置传感器15感应信号后传至触发器3，同时 触发脉冲激光器4发射激光IO和启动CCD摄像头6釆集图像；脉冲激光器 4发出激光10照射到水果14的表面，水果14受激发出的荧光11经过透 镜9进入到装有滤波片的机构8，该机构与选通式像增强器7、 CCD摄像头 6 —起釆集不同波长处的荧光图像。4) 分级部件包括受控于计算机1的高压喷气嘴12及通过输气管与其 连接的气泵，高压喷气嘴12安装在滑道18分叉处的差果滑道17的对侧。本装置的检测步骤如下1) 驱动机构牵引等间距串联为一体的滚轮13沿滑道18 —起同步滚 动前进，位于两个双曲线形滚轮13中间凹部的水果14随之滚动前进，到 达脉冲激光器4和CCD摄像头6轴线的交点，位于其下方的位置传感器15 感应信号后传至触发器3,触发器触发脉冲激光器4发射激光IO和启动CCD 摄像头6采集图像；脉冲激光器4发出的激光10照射到水果表面，水果受 激发出的荧光11经过透镜9进入到装有图像光谱仪的滤波片机构8,该机 构与选通式像增强器7、 CCD摄像头6 —起釆集不同波长处的荧光图像。200720106672.6说明书第4/4页2)在图1所示的装置中，用图像光谱仪取代装有滤波片的机构8，通过图像釆集卡2、 CCD摄像头6、选通式像增强器7、图像光谱仪、透镜9 采集400nm至1 000nm区间内各个波长处的荧光光谱图像。在各个波长处， 将表面有农药残留或粪便污染物的水果荧光光谱图像与表面没有农药残留 或粪便污染物的水果荧光光谱图像进行色差计算。对各个波长的图像应用 最佳色差算法进行优化选择，得到三个典型特征波长处的荧光光谱图像， 即找到具有最大色差的两个波长，同时找出色差最小的一个波长，利用这 三个典型波长处的光谱图像进行灰度统计或比例图像运算，然后统计图像 的紋理特征，再根据紋理特征来预测水果表面是否存在农药残留和粪便污染物。检测软件优化获取三个典型特征波长处的图像q、 C2、 q后，得到阈值分割后的比例图像C^、 ^2的像素灰度分布。根据图像紋理特征(如 像素灰度均值和灰度矩等)来预测水果14表面农药残留和污染物。获取典型特征波长处的光谱图像要通过数学优化方法来完成，具体过 程是将获得的典型特征波长处的荧光图像变换成CIELuv格式。这里L是描 述色彩的亮度，u是描述色彩的范围从绿色到红色，v是描述色彩的范围从 蓝色到黄色。按公式l计算色差。A5 =(△w)2 + (Av):(1)在各个波长处，将表面有农药残留或粪便污染物的水果荧光图像与表 面没有农药残留或表面污染物的水果荧光图像进行色差计算。找出具有最 大色差的两个波长义i、 ％，同时找出色差最小的一个波长义2。找出典型特征波长后，分别进行^图像与义2图像的比例运算、/13与义2 图像的比例运算。这样同时还可以消除水果形状对图像的影响。定义A图 像与/12图像的比例运算得到的图像为C12、 A与义2图像的比例运算得到的 图像为&2。对图像(:12、 032进行阈值分割，进一步去除背景和没有农药残 留和污染物的水果表面。然后统计图像Ci2、 C32的像素灰度分布。3) 得到典型特征波长后，可旋转滤波片的机构8，分别快速釆集水果 的三副特征图像釆集三副特征波长图像，通过对三副图像的像素灰度分布 统计来预测水果表面的污染物。4) 检测软件根据相关水果等级或技术标准做出判断，如果不合格， 计算机1发出信号控制高压喷气嘴12喷气，将不合格的水果14吹入差果 滑道17。
权利要求1、 一种无损检测水果表面粪便和农药污染物的装置，其特征在于包括水果输送部件、电算部件、荧光光谱图像获取部件和分级部件，所述的水果输送部件由滑道 (18)及其直线分支好果滑道(16)和旁侧分支差果滑道(17)，以及位于滑道(18)上、间 隔串联为一体的滚轮(13)和与其传动连接的驱动机构组成；所述的电算部件包括安装 有检测软件的计算机(1)及与其相联的图像采集卡(2);所述的荧光光谱图像获取部件 位于水果输送部件的上方，荧光光谱图像获取部件的激光扩束器(5)安装在脉冲激光器 (4)的前面，它们的轴线指向被检测水果(14)，荧光光谱图像获取部件所属的CCD摄像 头(6)、选通式像增强器(7)、装有滤波片的机构(8)或图像光谱仪和透镜(9)沿指向被 检测水果(14)的CCD摄像头(6)的轴线依次串联安装，脉冲激光器(4)的轴线与CCD摄 像头(6)的轴线相交于被检测水果(14); CCD摄像头(6)通过触发器(3)与脉冲激光器(4) 导线连接，CCD摄像头(6)还通过导线连接到电算部件的图像采集卡(2),与触发器(3) 导线连接的位置传感器(15)安装在被检测水果(14)下方的长条槽上；分级部件包括高 压喷气嘴(12)及通过输气管与其连接的气泵，高压喷气嘴(12)安装在滑道(18)分叉处 的差果滑道(17)的对侧。
2、 根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面粪便和农药污染物的装置，其 特征在于所述的滚轮(13)的轴向剖面是中间小、端部大的双曲线形，滚轮(13)沿滑 道(18)滚动前进。
3、 根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面粪便和农药污染物的装置，其 特征在于所述的脉冲激光器(4)位于被检测水果(14)的正上方，它的轴线指向被检测 水果(14)并垂直于水果输送部件的输送平面，CCD摄像头(12)位于被检测水果(14)前 进一侧的斜上方，它的轴线指向被检测水果(14)。
4、 根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面粪便和农药污染物的装置，其 特征在于所述的脉冲激光器(4)为ND:YAG脉冲激光器，其波长可选用355nm或514mn。
5、 根据权利要求1所述的一种无损检测水果表面的粪便和农药污染物的装置， 其特征在于所述装有滤波片的机构(8)是能旋转的。
专利摘要本实用新型公开了一种无损检测水果表面的粪便和农药污染物的装置，它由水果输送部件、荧光光谱图像获取部件、电算部件和分级部件组成；输送部件推动水果滚动前进，用激光器发出激光照射到水果表面，水果受激发出的荧光经过透镜进入到安装有滤波片的机构，与选通式像增强器、CCD摄像头采集不同波长处的荧光图像，电算部件通过优化方法得到三个特征波长处的荧光图像并对其进行灰度统计或比例图像运算来预测农药残留和表面污染物；检测软件根据相关水果等级或技术标准做出判断，控制高压喷气嘴喷气，将不合格的水果吹入差果滑道。本实用新型能无损、快速、非接触、在线地检测水果表面农药残留和粪便污染物。
文档编号G01N33/00GK201021921SQ20072010667
公开日2008年2月13日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者刘木华, 张庐陵 申请人:江西农业大学