专利名称：基于激光技术的蜂蜜品质检测方法
技术领域：
本发明涉及蜂蜜品质检测技术领域，特别涉及一种基于激光技术的蜂蜜品质检测方法。
背景技术：
蜂蜜是蜜蜂将采集的植物花蜜或植物细胞渗出的蜜露，或昆虫排泄的甘露混以蜂蜜唾液腺的分泌物，经充分酿制而储藏在蜂巢里的甜味物质。蜂产品的营养和药用价值都极高，在欧洲的很多国家已被列为动物源天然保健食品。但是，近年来，在利益的驱动下，有些个体户及厂家将掺假蜂蜜以天然蜂蜜的形式投放市场的现象在我国很多地区都日趋严重。因此，制定完善的蜂蜜质量标准，研究快速高效的蜂蜜品质检测技术和方法具有重要的意义，它能保证产品质量、打击假冒伪劣产品。传统蜂蜜品质的检测方法都有费时、费力，且检测成本较高等缺点。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提高蜂蜜品质的检测方法的检测效率，并降低检测复杂度及成本。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于激光技术的蜂蜜品质检测方法，包括以下步骤Sl 采集待测蜂蜜的近红外光谱，并对所述近红外光谱进行预处理，运用遗传算法对经预处理后的近红外光谱进行分析，筛选出所述待测蜂蜜的特征波长；S2:根据所述特征波长确定激光器的工作波长，用所述激光器照射所述待测蜂蜜， 通过摄像头采集到相应的光斑图像；S3 对所述光斑图像进行处理，并提取所述光斑图像的图像特征参数；S4:利用所述图像特征参数与所述待测蜂蜜的品质参数之间的关系建立进行计算，以获得所述待测蜂蜜的品质参数。优选地，步骤Sl之前还包括步骤SO 对待测蜂蜜进行水浴加热，再冷却至室温，以获得勻质流体状态的待测蜂蜜。优选地，所述图像特征参数包括光强均值、光斑像素强度频率和光晕像素强度频率中的至少一个。优选地，所述品质参数为所述待测蜂蜜中水和可溶性固形物的含量。优选地，所述近红外光谱的波长范围为600 llOOnm。优选地，步骤Sl中对所述近红外光谱进行预处理时，所述预处理包括背景去除、 校正、去噪声和选择特征数据点中的至少一种。优选地，所述背景去除通过求导变换实现，所述校正通过附加散射校正和/或正交信号校正实现，所述去噪声通过平滑和/或小波去噪实现，所述选择特征数据点通过遗传算法实现。优选地，步骤S3中对所述光斑图像进行处理时，所述处理包括灰度转换、背景分割、噪声去除和边缘检测中的至少一种。优选地，所述灰度转换通过加权平均值法实现，所述背景分割通过阈值分割算法或区域分割算法实现，所述噪声去除通过中值滤波、均值滤波和线性滤波中至少一种方法实现，所述边缘检测通过小波变换、傅里叶变换、边缘算子法、曲线拟合法、模板匹配法和门限化法中至少一种方法实现。优选地，步骤S4中的所述图像特征参数与所述待测蜂蜜的品质参数之间的关系是通过对若干样品进行建立数学模型所确定。(三)有益效果本发明的优点如下1、识别检测费用便宜；采用激光漫反射光谱图像技术检测蜂蜜品质，其仪器购置费用远远低于传统的近红外光谱技术中所需仪器，同时在建立模型后， 检测蜂蜜品质的耗材费用基本可以忽略；2、样品前处理简单；对于市场执法部门，对于市场上的成品蜂蜜，流动性好的可直接测定，流动性较差或已结晶的，经过水浴加热后即可测定；3、蜂蜜主要成分的同时检测；本发明可以同时检测待测蜂蜜中的含水量和可溶性固形物含量；4、快速无损；对待测蜂蜜激光图像的采集时间非常短，直接使用激光器照射待测蜂蜜，然后接收到其形成的激光光斑图像即可进行分析；在模型建立以后，利用普通台式计算机的模型计算时间基本可以忽略；5、便携和用于现场检查；由于激光漫反射光谱图像技术中待测蜂蜜的前处理非常简单，同时检测方便，检测速度快，因此可以直接让执法人员随身携带；6、便于实现在线检测；由于现有技术中最常用的近红外光谱技术对于复杂有机成分的分辨能力弱，且不易实现在线检测，会受到光纤附件的影响，并且主要根据官能团的吸收来检测组份的含量，其分析指标是一维光谱，而激光漫反射光谱图像技术则能有效地利用光量子在介质的传播过程中发生衰减的程度来分析样品的内部品质，因此，使用激光漫反射光谱图像技术对复杂物质进行检测时，可以通过光对不同组分的衰减程度不同，来区分含有相同官能团的不同化学组份，相比起使用近红外光谱技术，避免了其对复杂体系分析力度的不足，并且便于实现在线检测。
图1是按照本发明一种实施方式的基于激光技术的蜂蜜品质检测方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。参照图1，本实施方式的基于激光技术的蜂蜜品质检测方法，包括以下步骤Sl 采集待测蜂蜜的近红外光谱，并对所述近红外光谱进行预处理，运用遗传算法对经预处理后的近红外光谱进行分析，筛选出所述待测蜂蜜的特征波长；本实施方式中，采用荷兰avantes公司的电荷耦合元件(Charge-coupled Device, CCD)型近红外光谱仪，波段范围600 llOOnm，采集液体时可采用透射池(光程为20mm)、石英液体透反射光纤，扫描次数32次取平均，以空气作为参比；S2:根据所述特征波长确定激光器的工作波长，用所述激光器照射所述待测蜂蜜， 通过摄像头采集到相应的光斑图像；本实施方式中，受到CCD摄像头(本实施方式中，CCD 摄像头采用Model TK2C1430EC, JVC Corporation, Japan)采集波段范围的限制，所述激光器可以是400 IOOOnm波长范围内的激光器，根据遗传算法筛选的特征波长；采用遗传算法对原始光谱筛选特征波长，其主要步骤如下(1)编码对所有的波长编码，每个波长是1 个基因，对基因进行0-1编码，若编码是1，则建模时包含此波长；若为0，则反之。1种0-1 编码的组合称为1条染色体，其长度是被编码的波长数。( 选择初始群体假如初始群体有N个体，每个体的染色体长度是m，则随机产生N个m位的0_1 二进制数作为初始群体。 (3)适应值函数为了使遗传算法对适应值较高的个体有更多的生存机会，通过对目标函数进行变换得到的适应值函数是1/(1+RMSEP)，其中，RMSEP为预测均方根误差；⑷复制 以“轮盘赌”的方式，每个个体的选择概率与其适应度成比例。( 交叉交叉运算是指两个相互配对的染色体按某种方式相互交换其部分基因，采用普通单点交叉方式。(6)变异变异是以一定概率产生变异基因数，用随机方法选出发生变异的基因；如果所选的基因的编码为1，则变为0 ；反之编码为0，则变为1。重复(4)、(5)、(6)直到有最优解，迭代停止；本实施方式中，计算获得所述特征波长分别为738、938和980nm，应用波长分别为738、938和 980nm的激光器，采集不同激光器下待测蜂蜜的激光光斑图像。当然，由于不同的激光器焦距不同，因此在采用不同波长的激光器作为发光光源时，待测蜂蜜表面距镜头的距离也不同。通过调节样品支架高度，CCD摄像头和激光器距离蜂蜜样品表面的距离可以随时准确地调整。由于CXD摄像头对不同波长激光的感应性不同，因此，为了使CXD摄像头能够清晰地采集不同波长下的激光光斑图像，各个波长下的激光器的工作功率也不同。表1为不同激光器的具体参数。表 权利要求
1.一种基于激光技术的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，包括以下步骤Sl 采集待测蜂蜜的近红外光谱，并对所述近红外光谱进行预处理，运用遗传算法对经预处理后的近红外光谱进行分析，筛选出所述待测蜂蜜的特征波长；S2:根据所述特征波长确定激光器的工作波长，用所述激光器照射所述待测蜂蜜，通过摄像头采集到相应的光斑图像；53对所述光斑图像进行处理，并提取所述光斑图像的图像特征参数；54利用所述图像特征参数与所述待测蜂蜜的品质参数之间的关系建立进行计算，以获得所述待测蜂蜜的品质参数。
2.如权利要求1所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，步骤Sl之前还包括步骤SO 对待测蜂蜜进行水浴加热，再冷却至室温，以获得勻质流体状态的待测蜂蜜。
3.如权利要求1或2所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，所述图像特征参数包括光强均值、光斑像素强度频率和光晕像素强度频率中的至少一个。
4.如权利要求1或2所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，所述品质参数为所述待测蜂蜜中水和可溶性固形物的含量。
5.如权利要求1或2所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，所述近红外光谱的波长范围为 600 IlOOnm0
6.如权利要求1或2所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，步骤Sl中对所述近红外光谱进行预处理时，所述预处理包括背景去除、校正、去噪声和选择特征数据点中的至少一种。
7.如权利要求6所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，所述背景去除通过求导变换实现，所述校正通过附加散射校正和/或正交信号校正实现，所述去噪声通过平滑和/或小波去噪实现，所述选择特征数据点通过遗传算法实现。
8.如权利要求1或2所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，步骤S3中对所述光斑图像进行处理时，所述处理包括灰度转换、背景分割、噪声去除和边缘检测中的至少一种。
9.如权利要求8所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，所述灰度转换通过加权平均值法实现，所述背景分割通过阈值分割算法或区域分割算法实现，所述噪声去除通过中值滤波、均值滤波和线性滤波中至少一种方法实现，所述边缘检测通过小波变换、傅里叶变换、边缘算子法、曲线拟合法、模板匹配法和门限化法中至少一种方法实现。
10.如权利要求1或2所述的蜂蜜品质检测方法，其特征在于，步骤S4中的所述图像特征参数与所述待测蜂蜜的品质参数之间的关系是通过对若干样品进行建立数学模型所确定。
全文摘要
本发明公开了一种基于激光技术的蜂蜜品质检测方法，涉及蜂蜜品质检测技术领域，包括S1采集待测蜂蜜的近红外光谱，并进行预处理，对经预处理后的近红外光谱进行分析，筛选出特征波长；S2根据所述特征波长确定激光器的工作波长，用所述激光器照射所述待测蜂蜜，通过摄像头采集到相应的光斑图像；S3对所述光斑图像进行处理，并提取图像特征参数；S4利用所述图像特征参数与所述待测蜂蜜的品质参数之间的关系建立进行计算，以获得所述待测蜂蜜的品质参数。本发明的优点为1、识别检测费用便宜；2、样品前处理简单；3、蜂蜜主要成分的同时检测；4、快速无损；5、便携和用于现场检查；6、便于实现在线检测。
文档编号G01N21/35GK102313715SQ20111022604
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者孟超英, 屠振华, 庆兆珅, 朱大洲, 李辉, 王水, 陈红茜 申请人:中国农业大学