專利名稱：基于激光斷層成像技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行無損檢測的方法和裝置，特指一種基于激光斷層成像技術(shù)的食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)水果質(zhì)量的要求越來越高，購買者對(duì)水果的可接受程度不僅取決于外觀，對(duì)其內(nèi)部品質(zhì)也提出了更多要求。同時(shí)隨著光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、電子技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測得到廣泛的研究。計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(CT)是一種重要的無損檢測技術(shù)(NDT)，被國際無損檢測屆稱為最佳無損檢測手段。CT技術(shù)基于射線與物質(zhì)的相互作用原理，通過投影重建方法獲取被檢測物體的數(shù)字圖像，目前主要應(yīng)用于醫(yī)療和工業(yè)方面。CT技術(shù)最引人矚目的應(yīng)用是在醫(yī)學(xué)臨床診斷領(lǐng)域，這種CT被稱為醫(yī)用MCT(X射線)。相關(guān)專利有，美國GE醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司申請(qǐng)的“多個(gè)位置CT圖像生成方法以及X射線CT裝置”(申請(qǐng)?zhí)朇N200410095498.0)，“X射線CT設(shè)備和成像方法”(申請(qǐng)?zhí)朇N200510004720.6)，“X射線CT系統(tǒng)和圖像處理方法”(申請(qǐng)?zhí)朇N200410098062.7)；日本株式會(huì)社日立醫(yī)藥公司申請(qǐng)的“株式會(huì)社日立醫(yī)藥”(申請(qǐng)?zhí)朇N03805820.0)，“多列檢測器型X線CT裝置及斷層照片圖像的制作方法”(申請(qǐng)?zhí)朇N02821283.5)，X射線CT裝置、圖像處理裝置以及X射線CT裝置的圖像處理方法(申請(qǐng)?zhí)朇N1512853)；等基于X射線的醫(yī)用CT無損檢測技術(shù)專利。工業(yè)用CT(ICT)技術(shù)能緊密、準(zhǔn)確地再現(xiàn)物體內(nèi)部的三維立體結(jié)構(gòu)，能定量地提供物體內(nèi)部的物理、力學(xué)特性，如缺陷的位置及尺寸、密度的變化及水平，異型結(jié)構(gòu)的形狀及精確尺寸，物體內(nèi)部的雜質(zhì)及分布等。主要為航空、航天、兵器等工業(yè)領(lǐng)域的精密零部件的無損檢測提供了新的手段。相關(guān)專利有丁厚本申請(qǐng)的專利“工業(yè)用計(jì)算機(jī)斷層掃描成像裝置”(申請(qǐng)?zhí)?322474.5)，南京理工大學(xué)賀安之申請(qǐng)的專利“激光旋轉(zhuǎn)掃描干涉CT儀”(申請(qǐng)?zhí)?7106913.1)。
目前對(duì)食品和農(nóng)產(chǎn)品的斷層檢測主要是借用醫(yī)療用CT來進(jìn)行研究，如2004年中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張景惠對(duì)毛栗子的研究。但醫(yī)用CT都是基于X射線與物質(zhì)作用的原理來檢測的，由于X射線的穿透性很強(qiáng)，雖然可以對(duì)食品和農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行一些品質(zhì)項(xiàng)目的檢測，但非常粗糙，只能了解一些簡單的物理量如大小、形狀，內(nèi)部異物情況等，很難檢測食品的一些質(zhì)量指標(biāo)如糖度、酸度以及內(nèi)部不同物質(zhì)的精確分布等?，F(xiàn)在歐盟規(guī)定食品、農(nóng)產(chǎn)品檢測的光源波長不能低于紫外光，因此用MCT對(duì)食品農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行檢測不利于提高我國食品和農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力。而一般的工業(yè)CT都是針對(duì)檢測特殊的零件而設(shè)計(jì)的，價(jià)格一般比較昂貴，很難適用食品、農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于激光斷層成像技術(shù)的食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測方法與裝置，在無損的情況下獲得所檢測物品的一些外觀質(zhì)量(大小、形狀、表面缺陷)的同時(shí)，可以得到該檢測物在質(zhì)量(糖度、酸度、水分)以及內(nèi)部物質(zhì)分布情況。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述基于激光斷層成像技術(shù)的食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測裝置包括機(jī)架、激光發(fā)射裝置、載物臺(tái)、CCD弧形檢測器、接口電路、計(jì)算機(jī)。其特征是激光發(fā)射裝置由激光器、激光扇束調(diào)制裝置、準(zhǔn)直系統(tǒng)組成，其中激光器裝在激光扇束調(diào)制裝置的里面，準(zhǔn)直系統(tǒng)安裝在激光扇束調(diào)制裝置的前面，三者共同作用產(chǎn)生略大于所測物件的扇形激光束，且所述的激光器產(chǎn)生的激光波長不小于紫外光；所述的CCD弧形檢測器包括一組CCD檢測器陣列和一個(gè)激光重整裝置；所述的激光發(fā)射裝置、CCD弧形檢測器安裝在機(jī)架上，并保證CCD弧形檢測器陣列和激光器發(fā)射的扇形激光束在同一平面內(nèi)；所述的載物臺(tái)安裝在機(jī)架上，位于激光發(fā)射裝置和CCD弧形檢測器之間，載物臺(tái)包括升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)，升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)控制不但可以相對(duì)于機(jī)架以一定的角度旋轉(zhuǎn)，還可以上下移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)相連；所述的接口電路通過數(shù)據(jù)線與CCD弧形檢測器以及計(jì)算機(jī)相連，將CCD弧形檢測器檢測到的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)還發(fā)出指令控制激光發(fā)射裝置，其中計(jì)算機(jī)控制軟件部分包括數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、圖像重構(gòu)、模式識(shí)別4大模塊組成。
基于上述裝置的方法，工作時(shí)(1)將所測物體置于升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，計(jì)算機(jī)軟件控制模塊發(fā)出指令，控制激光發(fā)射裝置發(fā)出扇型激光束的同時(shí)調(diào)節(jié)激光扇束調(diào)制裝置、準(zhǔn)直系統(tǒng)，使激光發(fā)射裝置產(chǎn)生扇形激光束通過所測物體某一斷面到達(dá)CCD弧形檢測器。CCD弧形檢測器反應(yīng)信號(hào)通過接口電路和專用的數(shù)據(jù)采集軟件傳入計(jì)算機(jī)，并顯示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
(2)計(jì)算機(jī)通過設(shè)備控制模塊發(fā)出指令，使所測物體在步進(jìn)電機(jī)的控制下隨升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)緩慢提升，每提升2～3mm旋轉(zhuǎn)360°，并通過數(shù)據(jù)采集模塊連續(xù)采集數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。同時(shí)通過圖像重構(gòu)軟件模塊進(jìn)行圖像重構(gòu)獲得所測物體斷面圖像，圖像重構(gòu)模塊對(duì)所采集的數(shù)據(jù)根據(jù)Radon逆變換和Lambert-Beer定律進(jìn)行圖像重構(gòu)，得到所測物體斷面物質(zhì)分布信息，并顯示和存儲(chǔ)；然后通過模式識(shí)別軟件模塊獲取所測物體的質(zhì)量指標(biāo)。
本發(fā)明的效果是(1)本發(fā)明采用激光斷層技術(shù)在無損的情況下同時(shí)獲得食品、農(nóng)產(chǎn)品的斷面圖像信息和質(zhì)量指標(biāo)信息，較現(xiàn)有的無損檢測技術(shù)先進(jìn)。(2)本發(fā)明所采用的激光波長不小于紫外光，這樣不但可以獲得比X射線CT檢測更多的信息，而且使用起來也安全、綠色，對(duì)人體無傷害。


圖1本發(fā)明的激光斷層成像檢測硬件裝置的結(jié)構(gòu)框2本發(fā)明的軟件結(jié)構(gòu)框3CCD弧形檢測器中的CCD檢測器形成的陣列機(jī)構(gòu)圖4檢測時(shí)的示意圖其中1-計(jì)算機(jī)，2-機(jī)架，3-接口電路，4-激光發(fā)射裝置，5-激光器，6-激光扇束調(diào)制裝置，7-準(zhǔn)直系統(tǒng)，8-載物臺(tái)，9-步進(jìn)電機(jī)，10-升降旋轉(zhuǎn)臺(tái)，11-CCD弧形檢測器，12-激光重整裝置，13-CCD檢測器陣列，14-所測物件，15-扇行激光束，16-旋轉(zhuǎn)方向具體實(shí)施方式
圖1為基于激光斷層成像技術(shù)的食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測裝置硬件機(jī)構(gòu)框圖，主要由機(jī)架2、激光發(fā)射裝置4、載物臺(tái)8、CCD弧形檢測器11、接口電路3、計(jì)算機(jī)1組成。其中激光發(fā)射裝置由激光器5、激光扇束調(diào)制裝置6、準(zhǔn)直系統(tǒng)7組成，激光器5裝在激光扇束調(diào)制裝置6的里面，準(zhǔn)直系統(tǒng)7安裝在激光扇束調(diào)制裝置6的前面，三者共同作用產(chǎn)生扇行激光束15，且所述的激光器5產(chǎn)生的激光波長不小于紫外光。CCD弧形檢測器11包括一組CCD檢測器陣列13和一個(gè)激光重整裝置12；激光重整裝置12安裝在CCD檢測器陣列13前面。激光發(fā)射裝置4、CCD弧形檢測器11安裝在機(jī)架2上，并保證CCD弧形檢測器陣列13和激光器發(fā)射的扇形激光束15在同一平面內(nèi)；所述的載物臺(tái)8安裝在機(jī)架2上，位于激光發(fā)射裝置4和CCD弧形檢測器11之間，載物臺(tái)包括升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)10、步進(jìn)電機(jī)9，升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)10由步進(jìn)電機(jī)9控制不但可以相對(duì)于機(jī)架2以一定的角度旋轉(zhuǎn)，還可以上下移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)10與計(jì)算機(jī)1相連；所述的接口電路3通過數(shù)據(jù)線與CCD弧形檢測器11以及計(jì)算機(jī)1相連，將CCD弧形檢測器11檢測到的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)1還發(fā)出指令控制激光發(fā)射裝置4。
圖2為本發(fā)明的軟件結(jié)構(gòu)框圖，軟件部分包括數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、圖像重構(gòu)、模式識(shí)別4大模塊組成，數(shù)據(jù)采集模塊用來獲得高精度的CCD弧形檢測器11檢測數(shù)據(jù)，并顯示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；設(shè)備控制模塊主要時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)9和激光扇束調(diào)制裝置6；圖像重構(gòu)模塊對(duì)所采集的數(shù)據(jù)根據(jù)Radon逆變換和Lambert-Beer定律進(jìn)行圖像重構(gòu)，得到所測物體斷面物質(zhì)分布信息；模式識(shí)別模塊通過模式識(shí)別方法建立所采集的數(shù)據(jù)與所測物體質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系。
工作時(shí)，如圖4所示，將所測物體14置于升降旋轉(zhuǎn)臺(tái)10上。激光器5產(chǎn)生激光，激光經(jīng)激光扇束調(diào)制裝置6和準(zhǔn)直系統(tǒng)7產(chǎn)生扇形激光束15，激光束15通過所測物體14某一斷面，經(jīng)激光重整裝置12到達(dá)CCD檢測器陣列11，CCD弧形檢測器11反應(yīng)信號(hào)通過接口電路3傳入計(jì)算機(jī)1。計(jì)算機(jī)1使所測物體14隨升降旋轉(zhuǎn)臺(tái)10緩慢螺旋提升，每提升2～3mm旋轉(zhuǎn)360°，并連續(xù)采集進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳入計(jì)算機(jī)1。計(jì)算機(jī)1內(nèi)的軟件部分通過圖像重構(gòu)獲得所測物體斷面圖像，通過模式識(shí)別獲取所測物體的質(zhì)量指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.基于激光斷層成像技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測方法，其特征是(1)將所測物體置于升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，計(jì)算機(jī)軟件控制模塊發(fā)出指令，控制激光發(fā)射裝置發(fā)出扇型激光束的同時(shí)調(diào)節(jié)激光扇束調(diào)制裝置、準(zhǔn)直系統(tǒng)，使激光發(fā)射裝置產(chǎn)生扇形激光束通過所測物體某一斷面到達(dá)CCD弧形檢測器；CCD弧形檢測器反應(yīng)信號(hào)通過接口電路和專用的數(shù)據(jù)采集軟件傳入計(jì)算機(jī)，并顯示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)計(jì)算機(jī)通過設(shè)備控制模塊發(fā)出指令，使所測物體在步進(jìn)電機(jī)的控制下隨升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)緩慢提升，每提升2～3mm旋轉(zhuǎn)360°，并通過數(shù)據(jù)采集模塊連續(xù)采集數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)；同時(shí)通過圖像重構(gòu)軟件模塊進(jìn)行圖像重構(gòu)獲得所測物體斷面圖像，圖像重構(gòu)模塊對(duì)所采集的數(shù)據(jù)根據(jù)Radon逆變換和Lambert-Beer定律進(jìn)行圖像重構(gòu)，得到所測物體斷面物質(zhì)分布信息，并顯示和存儲(chǔ)；然后通過模式識(shí)別軟件模塊獲取所測物體的質(zhì)量指標(biāo)。
2.基于激光斷層成像技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測方法的裝置，其包括機(jī)架(2)、激光發(fā)射裝置(4)、載物臺(tái)(8)、CCD弧形檢測器(11)、接口電路(3)、計(jì)算機(jī)(1)組成；其中激光發(fā)射裝置由激光器(5)、激光扇束調(diào)制裝置(6)、準(zhǔn)直系統(tǒng)(7)，激光器(5)裝在激光扇束調(diào)制裝置(6)的里面，準(zhǔn)直系統(tǒng)(7)安裝在激光扇束調(diào)制裝置(6)的前面；CCD弧形檢測器(11)包括一組CCD檢測器陣列(13)和一個(gè)激光重整裝置(12)；激光重整裝置(12)安裝在CCD檢測器陣列(13)前面；激光發(fā)射裝置(4)、CCD弧形檢測器(11)安裝在機(jī)架(2)上；所述的載物臺(tái)(8)安裝在機(jī)架(2)上，位于激光發(fā)射裝置(4)和CCD弧形檢測器(11)之間，載物臺(tái)包括升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(10)、步進(jìn)電機(jī)(9)，步進(jìn)電機(jī)(10)與計(jì)算機(jī)(1)相連；所述的接口電路(3)通過數(shù)據(jù)線與CCD弧形檢測器(11)以及計(jì)算機(jī)(1)相連；其中計(jì)算機(jī)控制軟件部分包括數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、圖像重構(gòu)、模式識(shí)別4大模塊組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是所述升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)(10)為由步進(jìn)電機(jī)(9)控制的，相對(duì)于機(jī)架(2)可旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是所述的激光器(5)產(chǎn)生的激光波長不小于紫外光。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于激光斷層成像技術(shù)的食品、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測方法與裝置。包括機(jī)架、激光發(fā)射裝置、載物臺(tái)、CCD弧形檢測器、接口電路、計(jì)算機(jī)。其特征計(jì)算機(jī)軟件控制模塊發(fā)出指令，控制激光發(fā)射裝置發(fā)出扇型激光束的同時(shí)調(diào)節(jié)激光扇束調(diào)制裝置、準(zhǔn)直系統(tǒng)，使激光發(fā)射裝置產(chǎn)生扇形激光束通過所測物體某一斷面到達(dá)CCD弧形檢測器。CCD弧形檢測器反應(yīng)信號(hào)通過接口電路和專用的數(shù)據(jù)采集軟件傳入計(jì)算機(jī)，并顯示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)所測物體在步進(jìn)電機(jī)的控制下隨升降轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)緩慢提升，并通過數(shù)據(jù)采集模塊連續(xù)采集數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行圖像重構(gòu)獲得所測物體斷面圖像，得到所測物體斷面物質(zhì)分布信息，然后通過模式識(shí)別軟件模塊獲取所測物體的質(zhì)量指標(biāo)。
文檔編號(hào)G01N21/88GK1865949SQ20061004034
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者趙杰文, 鄒小波 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)