一種水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及食品檢測技術領域，尤其涉及一種水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]探測水果腐敗的常規(guī)方法一般是根據(jù)感官人為地判斷變質(zhì)狀態(tài)，帶有很大的主觀性，不能實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，難以定量化。X-ray成像技術和核磁共振成像技術是兩種比較有效的水果擦傷探測技術，但是昂貴的成本致使其很少在實際應用中使用。近紅外反射率成像技術由于探測擦傷成本較低，因此具有很大的發(fā)展前景，但是在擦傷探測過程中需要一個主動光源照射水果表面，容易受到果皮顏色及光源裝置的影響。紅外熱成像技術作為測量物體表面發(fā)射紅外能量的技術，相對于X-ray成像和核磁共振成像技術成本較低，工作方式靈活，能夠在非破壞非接觸的情況下快速對物體表面溫度進行測量。因此，紅外熱圖像技術在農(nóng)業(yè)與生態(tài)領域具有很多的應用。由于水果表面擦傷與完好組織的熱擴散系數(shù)不同，導致擦傷與完好組織部位的溫度不同，溫度的差異可以使用紅外熱圖像技術進行探測。標準紅外成像技術容易受到環(huán)境的影響，造成檢測結果具有偏差，而紅外偏振成像技術不僅能夠探測目標景物的紅外光強圖像，而且能夠同時獲取目標景物的偏振信息，因此可以顯著提高標準紅外圖像的質(zhì)量，有效地克服一些特殊自然環(huán)境條件帶來的影響。
[0003]因此，針對以上不足，需要一種可快速提取與檢測水果腐敗區(qū)域的系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供了一種水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取系統(tǒng)及方法，使得實現(xiàn)對水果腐敗區(qū)域的快速提取與檢測。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取系統(tǒng)，其包括控制單元及在控制單元的一側依次設置的焦平面探測器、旋轉輪、反射鏡系統(tǒng)及黑體；所述反射鏡系統(tǒng)用于對待測水果形成可變化的監(jiān)測視場；所述黑體設置在待測水果的周圍且處于監(jiān)測視場的范圍內(nèi)；所述旋轉輪上設有偏振片和通孔，所述旋轉輪帶動偏振片和通孔在所述反射鏡系統(tǒng)的鏡頭前切換；所述焦平面探測器與控制單元連接，用于獲取監(jiān)測視場內(nèi)的熱紅外圖像并反饋至控制單元。
[0008]其中，還包括與旋轉輪連接的驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動旋轉輪在所述反射鏡系統(tǒng)的鏡頭前旋轉；所述控制單元與驅(qū)動單元連接，用于控制所述驅(qū)動單元的啟閉。
[0009]其中，所述偏振片的數(shù)量為多個，且每個偏振片的偏振角度不同。
[0010]其中，所述偏振片與通孔分別沿旋轉輪的徑向均勻布置。
[0011]其中，所述偏振片的數(shù)量為五個。
[0012]其中，所述反射鏡系統(tǒng)包括主鏡和副鏡，所述主鏡位于靠近所述旋轉輪的一側，在主鏡的中心處設有穿孔；所述副鏡與主鏡同軸設置；所述主鏡用于將待測產(chǎn)品的入射光線反射至副鏡上，所述副鏡用于將主鏡反射來的光線再次反射進入所述穿孔內(nèi)以形成可變化的監(jiān)測視場。
[0013]其中，所述主鏡使用球面鏡，靠近副鏡的一側為凹面；所述副鏡使用凸面鏡，靠近主鏡的一側為凸面。
[0014]其中，所述黑體包括第一黑體和第二黑體，所述第一黑體位于待測水果的一側，所述第二黑體位于待測水果的另一側。
[0015]此外，本發(fā)明還提供一種水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取方法，其包括如下步驟:
[0016]S1、通過反射鏡系統(tǒng)對待測水果的監(jiān)測視場進行調(diào)整；
[0017]S2、將不同溫度的黑體置于待測水果的周圍且處于監(jiān)測視場的范圍內(nèi)；
[0018]S3、通過旋轉輪使通孔及偏振片在反射鏡系統(tǒng)的鏡頭前切換；
[0019]S4、利用焦平面探測器獲取原始熱紅外圖像和偏振熱紅外圖像；其中，原始熱紅外圖像為焦平面探測器在通孔切換至鏡頭前時所獲取的圖像，偏振熱紅外圖像為焦平面探測器在偏振片切換至鏡頭前時所獲取的圖像；
[0020]S5、通過控制單元將獲取的偏振熱紅外圖像加權平均后，結合原始熱紅外圖像及黑體實時標定技術對圖像進行邊緣提取，從而得到待測水果不同腐敗程度的邊緣及溫度分布。
[0021]其中，步驟SI通過調(diào)節(jié)主鏡和副鏡之間的距離對待測水果的監(jiān)測視場進行調(diào)整。
[0022](三)有益效果
[0023]本發(fā)明的上述技術方案具有以下有益效果:本發(fā)明提供的水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取系統(tǒng)通過使用偏振片獲取不同角度的偏振熱紅外圖像，從而獲取了水果腐敗區(qū)域更多的偏振信息，并結合原始熱紅外圖像信息及黑體實時標定技術，有效提高了檢測結果的精度；利用卡塞格林式反射鏡系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同規(guī)模水果腐敗的監(jiān)測。基于該系統(tǒng)的基礎上本發(fā)明還提供一種水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取的提取方法，可實現(xiàn)不同腐敗程度水果腐敗區(qū)域的邊緣提取及溫度分布的快速探測，通過提取水果腐敗區(qū)域的邊緣及溫度分布信息，從而快速檢測水果腐敗區(qū)域的邊緣及分布。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實施例水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取系統(tǒng)的結構示意圖。
[0025]其中，1:第一黑體；2:第二黑體；3:副鏡；4:主鏡；5:偏振片；6:通孔；7:旋轉輪；8:驅(qū)動單元；9:焦平面探測器；10:控制單元；11:水果。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0027]在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0028]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0029]如圖1所示，本實施例提供的水果腐敗區(qū)域的熱紅外圖像提取系統(tǒng)，其包括控制單元10及在控制單元10的一側依次設置的焦平面探測器9、旋轉輪7、反射鏡系統(tǒng)及黑體；其中，反射鏡系統(tǒng)用于對待測水果形成可變化的監(jiān)測視場，可以采用卡塞格林式，其監(jiān)測視場可根據(jù)實際需要進行調(diào)整，從而實現(xiàn)不同規(guī)模水果腐敗的監(jiān)測；其中，黑體設置在待測水果的周圍且處于監(jiān)測視場的范圍內(nèi)，利用不同溫度的黑體進行實時標定，以減小由于焦平面探測器9響應不均等造成的誤差；其中，旋轉輪7位于焦平面探測器9與反射鏡系統(tǒng)之間，且在旋轉輪7上設有偏振片5和通孔6。旋轉輪7用于帶動偏振片5和通孔6在反射鏡系統(tǒng)的鏡頭前切換，從而可使焦平面探測器9在通孔6切換至鏡頭前時獲取原始熱紅外圖像，在偏振片5切換至鏡頭前時獲取偏振熱紅外圖像；焦平面探測器9與控制單元10連接，用于獲取監(jiān)測視場的熱紅外圖像并反饋至控制單元10?？刂茊卧?0用于對熱紅外圖像進行分析處理，從而最終實現(xiàn)對水果腐敗區(qū)域的快速提取與檢測。
[0030]本發(fā)明中的待測水果可以為如圖1所示的多種水果11，例如:草莓、葡萄、蘋果等，當然，其他水果也可以應用本發(fā)明進行檢測。而且，反射鏡系統(tǒng)可以優(yōu)選使用現(xiàn)有技術中的卡塞格林反射系統(tǒng)。
[0031]該系統(tǒng)還包括與旋轉輪7連接的驅(qū)動單元8，驅(qū)動單元8用于驅(qū)動旋轉輪7在反射鏡系統(tǒng)的鏡頭前旋轉，從而帶動偏振片5和通孔6在反射鏡系統(tǒng)的鏡頭前切換(即，卡塞格林反射系統(tǒng)主鏡的焦平面處)。同時，控制單元10與驅(qū)動單元8連接，用于控制驅(qū)動單元8的啟閉，即，可根據(jù)實際需要向驅(qū)動單元8啟動或者關閉的信號，從而實現(xiàn)自動控制旋轉輪7的旋轉動作。當然，旋轉輪7采用手動式也可以，無論手動式還是自動式均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0032]而且，旋轉輪7的結構并不局限于某種特定形式，以其中一種優(yōu)選方式進行說明:旋轉輪7的形狀為圓盤狀，在旋轉輪7上設有一個通孔6和多個偏振片5，且每個偏振片5的偏振角度不同，從而獲得不同偏振角度的熱紅外圖像。具體設置時，偏振片5的數(shù)量為五個，其度數(shù)可以為15°、30°、45°、60°及75°，當然其他度數(shù)的偏振片5也屬于本發(fā)明的保護范圍。偏振片5與通孔6分別沿旋轉輪7的徑向均勻布置。