基于水果表面不同組織熱特性的水果損傷檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種食品檢測方法及裝置，尤其是涉及一種基于水果表面不同組織熱 特性的水果損傷檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 有無損傷是水果分級的重要依據(jù)之一，在世界各國的水果評級標準中有嚴格的規(guī) 定。機械損傷是引起水果采后損耗的主要因素。機械損傷不僅會造成水果感官變化，降低 品質(zhì)，而且增加了微生物侵染的危險性，使水果腐爛增加，貨架期縮短，嚴重影響品質(zhì)及其 經(jīng)濟效益（虢露葭，李萍，侯曉榮等.果蔬采后機械損傷特性研究進展.食品工業(yè)科技 [J]，2013, 34 (1) : 389-91，96.)。更為嚴重的是，損傷組織還會為病原菌提供滋養(yǎng)繁衍的場 所，進而引起正常水果的損壞，擴大經(jīng)濟損失。如果相關(guān)制品流入市場，還構(gòu)成了食品安全 隱患。
[0003] 根據(jù)周其顯等人（周其顯.蘋果早期機械損傷的紅外熱成像檢測研究[D].南昌： 華東交通大學(xué)，2011.)的研究，在理想情況下，對于蘋果某一特定組織的過余溫度比的對數(shù) 是關(guān)于時間的一次函數(shù)。
[0004] 現(xiàn)有文獻中出現(xiàn)了幾種水果損傷的無損檢測方法，包括機器視覺技術(shù)、光譜技術(shù)、 光譜成像技術(shù)和紅外熱成像技術(shù)等。但是這些無損檢測方法檢測損傷穩(wěn)健性不強，且成本 較高，而且如何在識別損傷的同時，避免將果梗/花萼誤判為損傷仍是一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出了一種基于水果表面不同組織熱特性的水果損傷檢測方 法及裝置，基于水果表面不同組織的熱特性檢測水果表面而判斷損傷。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -、一種水果損傷檢測方法，該方法的步驟如下：
[0008] 1)通過熱電堆傳感器采集水果樣品的不同感興趣區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)；
[0009] 2)對溫度數(shù)據(jù)，依次進行壓縮、傅里葉變換分析后，提取曲線峰值作為特征值；
[0010] 3)將特征值輸入到最小二乘法線性分類器進行分類訓(xùn)練；
[0011] 4)對于待測水果，重復(fù)步驟1)~2)得到其特征值，輸入到分類訓(xùn)練后的最小二 乘法線性分類器中進行判別得到損傷檢測結(jié)果。
[0012] 所述的感興趣區(qū)域包括水果的損傷部位、花萼部位和正常組織部位。
[0013] 所述的不同感興趣區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)包括熱電堆傳感器中每個傳感元件多次采集 的溫度值。
[0014] 對于所述步驟2)中每次采集的溫度數(shù)據(jù)具體采用以下方式處理：
[0015] 2. 1)溫度場壓縮：
[0016] 取熱電堆傳感器中每列傳感元件每次采集的溫度平均值形成一行矩陣，然后矩陣 轉(zhuǎn)置為列矩陣，再將列矩陣按采集的時間次序排列得到溫度場壓縮數(shù)據(jù)矩陣，作為壓縮的 溫度場信號Twm表示數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)，i表示數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)，即數(shù)據(jù)采集的次數(shù)；
[0017] 2. 2)溫度場時序壓縮：
[0018] 對壓縮的溫度場信號。以每相鄰的八個列矩陣為一組，計算其中每行的平均值， 將每相鄰的八個列矩陣合并為一列得到溫度場時序壓縮數(shù)據(jù)矩陣，作為壓縮的溫度場時序 信號Dm_j，j表不壓縮的溫度場時序信號的列數(shù)；
[0019] 2. 3)特征峰提?。?br>[0020] 對壓縮的溫度場時序信號的每一行分別進行傅氏變換，得到溫度場傅氏序列 ，再計算得到溫度場傅氏序列的幅值，取幅值中的最高峰、次高峰、第三高峰的 值作為每行的特征元素記錄到特征峰序列ΒΛ，k表示高峰種類，k= 0, 1，2分別表示最高 峰、次高峰和第三高峰；
[0021] 2. 4)特征值計算：
[0022] 取特征峰序列的每列平均值，得到特征峰均值序列ΒΜη，η= 0, 1，2,η表示特 征峰均值序列ΒΜη的列數(shù)，將特征峰均值序列ΒΜη中的所有特征峰均值相加得到第一特征值 BS1，將最高峰、次高峰的特征峰均值相加得到第二特征值BS2。
[0023] 將不同水果樣品的不同感興趣區(qū)域所有采集溫度數(shù)據(jù)處理后得到的所述第一特 征值BS1和第二特征值BS2輸入到最小二乘法線性分類器中進行分類訓(xùn)練，得到水果表面 損傷檢測模型，由水果表面損傷檢測模型對待測水果進行檢測。
[0024] 二、一種水果損傷檢測裝置：
[0025] 包括托座、熱電堆傳感器、單片機和PC機，水果樣品放置在托座頂端，托座底端中 心安裝有熱電堆傳感器，熱電堆傳感器穿過托座底端朝向水果樣品底部，熱電堆傳感器頂 部與水果樣品的下部之間有間隙，熱電堆傳感器經(jīng)單片機和PC機連接；熱電堆傳感器將采 集到的原始數(shù)據(jù)傳輸給單片機，單片機將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)并傳輸給PC機，PC機處 理溫度數(shù)據(jù)并顯示。
[0026] 所述的熱電堆傳感器采用紅外陣列熱電堆傳感器，包含有像素IR陣列。
[0027] 所述的熱電堆傳感器頂部與水果樣品的下部之間的間隙為1~2cm。
[0028] 本發(fā)明具有的有益的效果是：
[0029] 本發(fā)明利用水果表面不同組織的熱特性識別損傷部位，可靠性好，準確率高。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0031] 圖2是本發(fā)明托座和熱電堆傳感器的安裝示意圖。
[0032] 圖3是本發(fā)明的檢測流程圖。 圖4是本發(fā)明實施例步驟E)得到的兩個特征值的離散表示圖。
[0033] 圖中：1、樣品，2、托座，3、熱電堆傳感器，4、單片機，5、PC機。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明包括托座2、熱電堆傳感器3、單片機4和PC機5,水果樣品1 放置在托座2頂端，托座2底端中心安裝有熱電堆傳感器3,熱電堆傳感器3穿過托座2底 端朝向水果樣品1底部，熱電堆傳感器3頂部與水果樣品1的下部之間有間隙，熱電堆傳感 器3經(jīng)單片機4和PC機5連接；熱電堆傳感器3將采集到的原始數(shù)據(jù)傳輸給單片機4,單 片機4將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)并傳輸給PC機5,PC機5處理溫度數(shù)據(jù)并顯示。
[0036] 熱電堆傳感器3采用紅外陣列熱電堆傳感器，包含有像素IR陣列。如圖2所示， 熱電堆傳感器3 -端插入托座2中，另一端通過電線連接在單片機4上。熱電堆傳感器3 頂部與水果樣品1的下部之間的間隙為1~2cm。
[0037] 工作時，熱電堆傳感器采集樣品原始數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至單片機4,單片機4接收 原始數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)，再將溫度數(shù)據(jù)傳輸至PC機5進行處理，PC機5處理溫度 數(shù)據(jù)并顯示。溫度數(shù)據(jù)處理的過程是：首先對溫度數(shù)據(jù)進行傅氏變換，然后提取峰值數(shù)據(jù)作 簡單加和運算后作為特征量，最后將特征量代入最小二乘分類器進行分類。
[0038] 如圖3所示，本發(fā)明的具體實施例及其實施過程如下：
[0039] 在本例中，熱電堆傳感器3采用MLX90620,MLX90620采集的樣本溫度場數(shù)據(jù)為4 行16列的矩陣形式，單片機4可采用ArduinoMEGA2560,水果采用黃冠梨。
[0040] 將黃冠梨樣品1放置于托座2上，按每秒1次的速率分別采集損傷部位、正常組織 部位和花萼部位溫度，每個部位均采集1024組溫度數(shù)據(jù)。對黃冠梨樣本所采集的1024點 數(shù)據(jù)作如下處理：
[0041] A)溫度場壓縮。取熱電堆傳感器中每列傳感元件每次采集的溫度平均值形成一行 矩陣，