一种基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置

1.本发明涉及食品检测技术领域，尤其涉及一种基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置。


背景技术：

2.饮食是人类健康、生存及长寿的物质基础。随着人们生活水平的提高，精准营养食品已经成为人民对食品新的需求增长点。菜肴是人们日常菜肴食品中不可或缺的食品，日常菜肴食品营养摄入不足或过剩对人体健康产生重要影响，尤其糖尿病人、高血压患者、肥胖及特殊人群等需要对所摄取菜肴食品的营养含量实时进行检测，菜肴形态与成分组成复杂，常规菜肴食品中营养含量的测定方法多采用理化试验，费事费力，成本昂贵，不便于使用与推广，这也成为影响人们实现精准饮食的一大阻碍。图谱技术在食品快速检测领域得到了广阔的应用，但基于图谱技术实现菜肴食品营养含量检测的装置和系统严重缺乏。国内外部分学者利用图像技术结合机器学习算法获得一餐菜肴食品的图像、体积等信息，再结合菜肴食品数据库推测出菜肴食品的营养含量，进而推测出卡路里含量值，该方法未考虑菜肴食品之间的不同比例、不同烹饪条件等因素，所得的菜肴食品营养含量并不准确，目前基于此方法可常见于手机端、实验室装置中，但该装置并未检测菜肴食品的光谱信息，未能得到其内部的精准营养含量；也有学者从纯光谱角度实现菜肴食品的营养含量检测，可得到固定容器内菜肴食品的单位重量卡路里值，但该方法并不能直接得出一餐菜肴食品中的营养含量总含量，检测之前，也必须先选择菜肴食品类型，才可完成模型匹配，并不能在实际中得到广泛应用。


技术实现要素：

3.本发明提出一种基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置，用以解决现有技术中无法精准对菜肴食品的营养含量进行检测的缺陷，通过将菜肴食品进行固液分离，避免搅碎过程中损失菜肴食品的外观形态，同时利用图像技术和光谱技术，并结合光机电一体化方法，实现了对不同比例、不同密度的菜肴食品内部营养含量的测量。
4.根据本发明提供的一种基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置，包括：漏液盘、盛液槽、图谱检测模块和液态光谱检测模块；
5.所述漏液盘用于盛放菜肴食品中的固态待测样品；
6.所述盛液槽设置于所述漏液盘的下方，用于盛放菜肴食品中的液态待测样品；
7.所述图谱检测模块设置于所述漏液盘的上方，用于采集所述固态待测样品的图像信息和光谱信息；
8.所述液态光谱检测模块设置于所述盛液槽的侧部，用于采集测所述液态待测样品的光谱信息。
9.根据本发明的一种实施方式，还包括：引导槽，所述引导槽设置于所述漏液盘和所述盛液槽之间，用于将所述漏液盘上放置的菜肴食品中的液态待测样品引导至所述盛液槽
内。
10.具体来说，本实施例提供了一种在漏液盘和盛液槽之间设置引导槽的实施方式，通过设置引导槽，将漏液盘分离出的液态待测样品引导至盛液槽内，便于通过盛液槽对分离后的液态待测样品进行营养含量的检测和分析。
11.根据本发明的一种实施方式，所述引导槽包括：槽臂以及设置于所述槽臂两端的进液口和出液口；
12.所述进液口朝向所述漏液盘，所述出液口朝向所述盛液槽，且所述进液口大于所述出液口；
13.其中，所述槽臂至少部分呈锥形设置。
14.具体来说，本实施例提供了一种引导槽结构形式的实施方式，槽臂呈锥形设置，使得从漏液盘分离出液态待测样品能够快速的通过引导槽到达盛液槽。
15.根据本发明的一种实施方式，所述图谱检测模块包括：支撑轴、图像检测镜头、图像检测光源和固态光谱检测模块；
16.所述支撑轴设置于所述漏液盘的上方，且和所述漏液盘轴向方向共线；
17.所述图像检测镜头设置于所述支撑轴朝向所述漏液盘一侧的端部；
18.多个所述图像检测光源沿所述支撑轴的轴向，均布于所述图像检测镜头外周；
19.所述固态光谱检测模块能够绕所述支撑轴转动，用于采集所述固态待测样品的光谱信息。
20.具体来说，本实施例提供了一种图谱检测模块的实施方式，通过将支撑轴设置在漏液盘轴向方向，并在支撑轴朝向漏液盘一侧设置图像检测镜头和图像检测光源，实现对漏液盘上的固态待测样品进行图像信息采集。
21.进一步地，通过对固态待测样品的图像信息进行采集，实现了对分离后的固态待测样品体积的估算，而固态光谱检测模块检测固态待测样品的光谱，能够根据光谱密度固态模型得到固态待测样品相应的密度，进而根据体积和密度计算得到固态待测样品的估算质量。
22.进一步地，通过将固态待测样品的光谱输入至光谱营养含量固态模型中，可求得单位质量内固态待测样品的营养含量，并根据固态待测样品的估算质量，求得固态待测样品的整体营养含量。
23.在一个应用场景中，菜肴食品为西红柿炒鸡蛋，将菜肴食品进行固液分离后，固态的西红柿和鸡蛋被放置于漏液盘上形成固态待测样品，而液态物质则通过引导槽流入盛液槽内形成液态待测样品。
24.根据本发明的一种实施方式，所述固态光谱检测模块包括：第一齿轮、第二齿轮、驱动单元和固态光谱检测组件；
25.所述第一齿轮套设于所述支撑轴的外侧；
26.所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；
27.所述驱动单元与所述第二齿轮连接，用于驱动所述第二齿轮转动；
28.所述固态光谱检测组件与所述第一齿轮连接；
29.其中，所述第一齿轮在所述第二齿轮的作用下，绕所述支撑轴转动。
30.具体来说，本实施例提供了一种固态光谱检测模块的实施方式，通过第一齿轮、第
二齿轮和驱动单元的设置，实现了将固态光谱检测组件绕支撑轴的周向转动，进而能够获取漏液盘上盛放的固态待测样品的光谱信息，为通过图像信息结合光谱密度固态模型和光谱营养含量固态模型获取菜肴食品营养含量的分析提供了保证。
31.根据本发明的一种实施方式，所述固态光谱检测组件包括：第一滑道、第二滑道和固态光谱探头；
32.所述第一滑道沿所述支撑轴的轴向与所述第一齿轮连接；
33.所述第二滑道滑动设置于所述第一滑道内，且沿所述支撑轴的径向设置；
34.所述固态光谱探头滑动的设置于所述第二滑道内。
35.具体来说，本实施例提供了一种固态光谱检测组件的实施方式，第一滑道和第二滑道的设置，使得固态光谱探头在通过第一齿轮和第二齿轮实现圆周运动的同时，还能通过第一滑道和第二滑道对径向和轴向进行位移的调节，为了节约篇幅，本发明没有对具体结构进行详细的描述，在实际应用中，结合相关的运动模组知识即可。
36.根据本发明的一种实施方式，所述固态光谱探头包括：固态光谱固定座、固态光谱检测器和固态光谱光源；
37.所述固态光谱固定座滑动的设置于所述第二滑道内；
38.所述固态光谱检测器设置于所述固态光谱朝向所述漏液盘一侧；
39.多个所述固态光谱光源沿所述固态光谱检测器的采集方向，均布于所述固态光谱检测器的外周。
40.具体来说，本实施例提供了一种固态光谱探头的实施方式，固态光谱固定座的设置提供了与第一滑道和第二滑道配合的基础，也为固态光谱检测器和固态光谱光源提供了安装位置。
41.需要说明的是，每个固态光谱检测器都包括固态光强检测芯片和固态光强检测镜头，固态光谱光源为特征波长光源，光源峰值波长与所检测的菜肴样品营养含量指标参数相对应，特征波长光源通过在待测样品的表面形成漫反射，实现对待测样品光谱信息的采集。
42.根据本发明的一种实施方式，所述盛液槽包括：集液腔和检测腔；
43.所述集液腔设置于所述检测腔的上方，且所述集液腔的开口侧朝向所述漏液盘一侧设置，用于收集来自所述漏液盘的所述液态待测样品；
44.所述集液腔与所述检测腔连接侧设置有漏液孔，所述漏液孔用于将所述液态待测样品引导至所述检测腔。
45.具体来说，本实施例提供了一种盛液槽的实施方式，通过将盛液槽设置为集液腔和检测腔，可以通过集液腔收集菜肴食品通过漏液盘分离出的液态待测样品，并通过漏液孔进入检测腔，实现对液态待测样品的检测。
46.根据本发明的一种实施方式，所述集液腔朝向所述检测腔一侧还设置有超声波探测器，所述超声波探测器用于检测所述检测腔内的液位高度。
47.具体来说，本实施例提供了一种在集液腔内设置超声波探测器的实施方式，通过在集液腔内设置超声波探测器，能够通过超声波获知检测腔内液面的高度，进而根据检测腔的体积可以获知液态待测样品的体积，为后续结合液态待测样品的质量、密度和光谱进行相应的营养含量检测提供了基础。
48.根据本发明的一种实施方式，所述液态光谱检测模块包括：液态光谱探头和液态光谱接收器；
49.所述液态光谱探头和所述液态光谱接收器分别设置于所述检测腔相对的两侧。
50.具体来说，本实施例提供了一种液态光谱检测模块的实施方式，通过液态光谱探头和液态光谱接收器实现了对检测腔内液态待测样品的光谱采集，并结合超声波探测器测得的检测腔内液面高度，能够生成光谱和密度相关的参数和模型，进而为液态待测样品的营养含量检测提供基础。
51.进一步地，通过对液态待测样品的光谱信息进行采集，并将光谱信息输入至光谱密度液态模型中，进而获得液态待测样品的密度，并结合通过超声波探测器和检测腔推算出的液态待测样品的体积，实现了根据体积和密度计算得到液态待测样品的估算质量。
52.进一步地，通过将液态待测样品的光谱输入至光谱营养含量液态模型中，可求得单位质量内液态待测样品的营养含量，并根据液态待测样品的估算质量，求得液态待测样品的整体营养含量。
53.本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置，通过将菜肴食品进行固液分离，避免搅碎过程中损失菜肴食品的外观形态，同时利用图像技术和光谱技术，并结合光机电一体化方法，实现了对不同比例、不同密度的菜肴食品内部营养含量的测量。
54.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
55.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
56.图1是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置的装配关系示意图之一；
57.图2是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置的装配关系示意图之二；
58.图3是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置的装配关系示意图之三；
59.图4是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，图像检测模块的装配关系示意图；
60.图5是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，固态光谱检测模块的装配关系示意图；
61.图6是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，固态光谱检测组件的装配关系示意图；
62.图7是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，漏液盘的结构示意图；
63.图8是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，引导槽的结构示意图；
64.图9是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，盛液槽的结构示意图之一；
65.图10是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，盛液槽的结构示意图之二；
66.图11是本发明提供的基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置中，盛液槽的结构示意图之三。
67.附图标记：
68.10、漏液盘；20、盛液槽；21、集液腔；
69.211、漏液孔；212、超声波探测器；22、检测腔；
70.30、图谱检测模块；31、支撑轴；32、图像检测镜头；
71.33、图像检测光源；40、液态光谱检测模块；41、液态光谱探头；
[0072][0073]
42、液态光谱接收器；50、引导槽；51、槽臂；
[0074]
52、进液口；53、出液口；60、固态光谱检测模块；
[0075][0076]
61、第一齿轮；62、第二齿轮；63、驱动单元；
[0077]
64、固态光谱检测组件；65、第一滑道；66、第二滑道；
[0078][0079]
67、固态光谱探头；671、固态光谱固定座；672、固态光谱检测器；
[0080][0081]
673、固态光谱光源。
具体实施方式
[0082]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0083]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0084]
在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图11所示，本方案提供一种基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置，包括：漏液盘10、盛液槽20、图谱检测模块30和液态光谱检测模块40；漏液盘10用于盛放菜肴食品中的固态待测样品；盛液槽20设置于漏液盘10的下方，用于盛放菜肴食品中的液态待测样品；图谱检测模块30设置于漏液盘10的上方，
用于采集固态待测样品的图像信息和光谱信息；液态光谱检测模块40设置于盛液槽20的侧部，用于采集液态待测样品的光谱信息。
[0085]
详细来说，本发明提出一种基于图谱测定菜肴营养含量的光学无损检测装置，用以解决现有技术中无法精准对菜肴食品的营养含量进行检测的缺陷，通过将菜肴食品进行固液分离，避免搅碎过程中影响菜肴食品的内部营养含量，同时利用图像技术和光谱技术，并结合光机电一体化方法，实现了对不同比例、不同密度的菜肴食品内部营养含量的测量。
[0086]
在本发明一些可能的实施例中，还包括：引导槽50，引导槽50设置于漏液盘10和盛液槽20之间，用于将漏液盘10上放置的菜肴食品中的液态待测样品引导至盛液槽20内。
[0087]
具体来说，本实施例提供了一种在漏液盘10和盛液槽20之间设置引导槽50的实施方式，通过设置引导槽50，将漏液盘10分离出的液态待测样品引导至盛液槽20内，便于通过盛液槽20对分离后的液态待测样品进行营养含量的检测和分析。
[0088]
在本发明一些可能的实施例中，引导槽50包括：槽臂51以及设置于槽臂51两端的进液口52和出液口53；进液口52朝向漏液盘10，出液口53朝向盛液槽20，且进液口52大于出液口53；其中，槽臂51至少部分呈锥形设置。
[0089]
具体来说，本实施例提供了一种引导槽50结构形式的实施方式，槽臂51呈锥形设置，使得从漏液盘10分离出液态待测样品能够快速的通过引导槽50到达盛液槽20。
[0090]
在本发明一些可能的实施例中，图谱检测模块30包括：支撑轴31、图像检测镜头32、图像检测光源33和固态光谱检测模块60；支撑轴31设置于漏液盘10的上方，且和漏液盘10轴向方向共线；图像检测镜头32设置于支撑轴31朝向漏液盘10一侧的端部；多个图像检测光源33沿支撑轴31的轴向，均布于图像检测镜头32外周；固态光谱检测模块60能够绕支撑轴31转动，用于采集固态待测样品的光谱信息。
[0091]
具体来说，本实施例提供了一种图谱检测模块30的实施方式，通过将支撑轴31设置在漏液盘10轴向方向，并在支撑轴31朝向漏液盘10一侧设置图像检测镜头32和图像检测光源33，实现对漏液盘10上的固态待测样品进行图像信息采集。
[0092]
进一步地，通过对固态待测样品的图像信息进行采集，实现了对分离后的固态待测样品体积的估算，而固态光谱检测模块60检测固态待测样品的光谱，能够根据光谱密度固态模型得到固态待测样品相应的密度，进而根据体积和密度计算得到固态待测样品的估算质量。
[0093]
进一步地，通过将固态待测样品的光谱输入至光谱营养含量固态模型中，可求得单位质量内固态待测样品的营养含量，并根据固态待测样品的估算质量，求得固态待测样品的整体营养含量。
[0094]
在一个应用场景中，菜肴食品为西红柿炒鸡蛋，将菜肴食品进行固液分离后，固态的西红柿和鸡蛋被放置于漏液盘10上形成固态待测样品，而液态物质则通过引导槽50流入盛液槽20内形成液态待测样品。
[0095]
在本发明一些可能的实施例中，固态光谱检测模块60包括：第一齿轮61、第二齿轮62、驱动单元63和固态光谱检测组件64；第一齿轮61套设于支撑轴31的外侧；第二齿轮62与第一齿轮61啮合；驱动单元63与第二齿轮62连接，用于驱动第二齿轮62转动；固态光谱检测组件64与第一齿轮61连接；其中，第一齿轮61在第二齿轮62的作用下，绕支撑轴31转动。
[0096]
具体来说，本实施例提供了一种固态光谱检测模块60的实施方式，通过第一齿轮
61、第二齿轮62和驱动单元63的设置，实现了将固态光谱检测组件64绕支撑轴31的周向转动，进而能够获取漏液盘10上盛放的固态待测样品的光谱信息，为通过图像信息结合光谱密度固态模型和光谱营养含量固态模型获取菜肴食品营养含量的分析提供了保证。
[0097]
在本发明一些可能的实施例中，固态光谱检测组件64包括：第一滑道65、第二滑道66和固态光谱探头67；第一滑道65沿支撑轴31的轴向与第一齿轮61连接；第二滑道66滑动设置于第一滑道65内，且沿支撑轴31的径向设置；固态光谱探头67滑动的设置于第二滑道66内。
[0098]
具体来说，本实施例提供了一种固态光谱检测组件64的实施方式，第一滑道65和第二滑道66的设置，使得固态光谱探头67在通过第一齿轮61和第二齿轮62实现圆周运动的同时，还能通过第一滑道65和第二滑道66对径向和轴向进行位移的调节，为了节约篇幅，本发明没有对具体结构进行详细的描述，在实际应用中，结合相关的运动模组知识即可。
[0099]
在本发明一些可能的实施例中，固态光谱探头67包括：固态光谱固定座671、固态光谱检测器672和固态光谱光源673；固态光谱固定座671滑动的设置于第二滑道66内；固态光谱检测器672设置于固态光谱朝向漏液盘10一侧；多个固态光谱光源673沿固态光谱检测器672的采集方向，均布于固态光谱检测器672的外周。
[0100]
具体来说，本实施例提供了一种固态光谱探头67的实施方式，固态光谱固定座671的设置提供了与第一滑道65和第二滑道66配合的基础，也为固态光谱检测器672和固态光谱光源673提供了安装位置。
[0101]
需要说明的是，每个固态光谱检测器672都包括固态光强检测芯片和固态光强检测镜头，固态光谱光源673为特征波长光源，光源峰值波长与所检测的菜肴样品营养含量指标参数相对应，特征波长光源通过在待测样品的表面形成漫反射，实现对待测样品光谱信息的采集。
[0102]
在本发明一些可能的实施例中，盛液槽20包括：集液腔21和检测腔22；集液腔21设置于检测腔22的上方，且集液腔21的开口侧朝向漏液盘10一侧设置，用于收集来自漏液盘10的液态待测样品；集液腔21与检测腔22连接侧设置有漏液孔211，漏液孔211用于将液态待测样品引导至检测腔22。
[0103]
具体来说，本实施例提供了一种盛液槽20的实施方式，通过将盛液槽20设置为集液腔21和检测腔22，可以通过集液腔21收集菜肴食品通过漏液盘10分离出的液态待测样品，并通过漏液孔211进入检测腔22，实现对液态待测样品的检测。
[0104]
在本发明一些可能的实施例中，集液腔21朝向检测腔22一侧还设置有超声波探测器212，超声波探测器212用于检测检测腔22内的液位高度。
[0105]
具体来说，本实施例提供了一种在集液腔21内设置超声波探测器212的实施方式，通过在集液腔21内设置超声波探测器212，能够通过超声波获知检测腔22内液面的高度，进而根据检测腔22的体积可以获知液态待测样品的体积，为后续结合液态待测样品的质量、密度和光谱进行相应的营养含量检测提供了基础。
[0106]
在本发明一些可能的实施例中，液态光谱检测模块40包括：液态光谱探头41和液态光谱接收器42；液态光谱探头41和液态光谱接收器42分别设置于检测腔22相对的两侧。
[0107]
具体来说，本实施例提供了一种液态光谱检测模块40的实施方式，通过液态光谱探头41和液态光谱接收器42实现了对检测腔22内液态待测样品的光谱采集，并结合超声波
探测器212测得的检测腔22内液面高度，能够生成光谱和密度相关的参数和模型，进而为液态待测样品的营养含量检测提供基础。
[0108]
进一步地，通过对液态待测样品的光谱信息进行采集，并将光谱信息输入至光谱密度液态模型中，进而获得液态待测样品的密度，并结合通过超声波探测器212和检测腔22推算出的液态待测样品的体积，实现了根据体积和密度计算得到液态待测样品的估算质量。
[0109]
进一步地，通过将液态待测样品的光谱输入至光谱营养含量液态模型中，可求得单位质量内液态待测样品的营养含量，并根据液态待测样品的估算质量，求得液态待测样品的整体营养含量。
[0110]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
[0111]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0112]
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。