專利名稱：基于dct的糧食及油料聲信號(hào)特征提取方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種糧食和油料品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
糧食和油料的品質(zhì)特征與其用途有直接的聯(lián)系，因此與糧食和油料的價(jià)格也有密切的關(guān)系。測(cè)定糧食和油料品質(zhì)的方法和儀器已經(jīng)有很多，例如，測(cè)定小麥硬度的方法有壓力法、研磨法、顆粒度指數(shù)法、近紅外法等，這些方法或費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、不能實(shí)時(shí)測(cè)定，或測(cè)定成本太高而無(wú)法普及。因此，需要尋找一種簡(jiǎn)便、無(wú)損、成本低的糧食及油料品質(zhì)測(cè)定方法。近幾十年以來(lái)，信息科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，利用信號(hào)處理技術(shù)可以從糧食和油料籽粒的撞擊聲音信號(hào)中提取出有用的信息，基于這一原理可以檢測(cè)糧食和油料的品質(zhì)特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種客觀、簡(jiǎn)便、無(wú)損、成本低廉的糧食和油料品質(zhì)測(cè)定方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明中，一種基于DCT (Discrete Cosine Transform，離散余弦變換)的糧食及油料聲信號(hào)特征提取方法和系統(tǒng)，是指利用糧食和油料籽粒的聲學(xué)特性，結(jié)合離散余弦變換技術(shù)，對(duì)糧食和油料的品質(zhì)特征進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，具體過(guò)程如下(1)將糧食或油料籽粒放入信號(hào)采集箱，使其撞擊采集箱底部的金屬靶產(chǎn)生聲音信號(hào)；(2)聲音傳感器接收糧食或油料籽粒撞擊的聲音信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波和放大后，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行A/D變換，計(jì)算機(jī)將采集到的聲音信號(hào)數(shù)據(jù)保存起來(lái)；(3)利用端點(diǎn)檢測(cè)方法檢測(cè)出每一粒糧食或油料籽粒撞擊所產(chǎn)生聲音信號(hào)的起點(diǎn)和終點(diǎn)；(4)計(jì)算每一粒糧食或油料籽粒由以上起點(diǎn)和終點(diǎn)確定的撞擊聲音數(shù)據(jù)的離散余弦變換，舍棄其余的背景噪聲；(5)對(duì)每一粒糧食或油料籽粒計(jì)算f3 f4頻率范圍內(nèi)的能量Wtl占fi f2頻帶能量w的比例，即頻能比W(1/V，其中頻率< f3 < f4 < f2，并將計(jì)算所得的所有籽粒頻能比的平均值作為特征；(6)采用回歸方法，建立提取的平均頻能比特征與糧食或油料籽粒品質(zhì)指標(biāo)的回歸分析預(yù)測(cè)模型；(7)基于以上關(guān)系模型測(cè)定糧食和油料的品質(zhì)指標(biāo)。所述的糧食或油料籽粒以單粒自由下落方式撞擊采集箱底部的金屬靶。所述的糧食或油料籽粒以固定流量自由下落方式撞擊采集箱底部的金屬靶。所述的糧食籽粒為小麥、水稻、糙米、大米、玉米、綠豆中的任意一種；所述的油料籽粒為油菜籽、花生、大豆中的任意一種。
本發(fā)明中，一種基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取系統(tǒng)，它包括自動(dòng)進(jìn)料裝置，自動(dòng)進(jìn)料裝置與采集箱相通；在所述采集箱的底部設(shè)置金屬靶和聲音傳感器，聲音傳感器采集的聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器濾波、放大器放大后送入主機(jī)，所述的主機(jī)為包含數(shù)據(jù)采集卡的主機(jī)。在所述的采集箱的內(nèi)壁上裝有隔音材料層。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，由于是利用糧食和油料籽粒的聲學(xué)特性，并結(jié)合離散余弦變換技術(shù)，能夠客觀地檢測(cè)糧食和油料的品質(zhì)特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)糧食和油料品質(zhì)特性的單粒、簡(jiǎn)便、無(wú)損、低成本的檢測(cè)。同時(shí)，利用所建立的不同聲學(xué)特征與品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系模型，也可以實(shí)現(xiàn)糧食或油料多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的快速、同時(shí)檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)框架圖。圖3是本發(fā)明的信號(hào)處理程序流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下結(jié)合附圖和實(shí)施例作以詳細(xì)的描述實(shí)施例1測(cè)量小麥的硬度指標(biāo)。如圖3所示，本發(fā)明是利用小麥籽粒的聲學(xué)特性，結(jié)合離散余弦變換技術(shù)，對(duì)小麥的硬度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，具體過(guò)程如下(1)將小麥籽粒放入信號(hào)采集箱，使其撞擊采集箱底部的金屬靶產(chǎn)生聲音信號(hào)；(2)聲音傳感器接收小麥籽粒撞擊的聲音信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大后，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行A/D變換，計(jì)算機(jī)將采集到的聲音信號(hào)數(shù)據(jù)保存起來(lái)；(3)利用端點(diǎn)檢測(cè)方法檢測(cè)出每一粒小麥籽粒撞擊所產(chǎn)生聲音信號(hào)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，在實(shí)施本步驟中，可根據(jù)小麥籽粒聲音信號(hào)與背景噪聲幅度的區(qū)別，確定一幅度閾值， 據(jù)此檢測(cè)出每一粒小麥籽粒撞擊所產(chǎn)生聲音信號(hào)的起點(diǎn)和終點(diǎn)；也可以根據(jù)能量、頻譜等其他的端點(diǎn)檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)；(4)計(jì)算每一粒小麥籽粒由以上起點(diǎn)和終點(diǎn)確定的撞擊聲音數(shù)據(jù)的離散余弦變換，舍棄其余的背景噪聲；(5)對(duì)每一粒小麥籽粒計(jì)算f3 f4頻率范圍內(nèi)的能量％占 f2頻帶能量w的比例，即頻能比w0/w，其中= 20KHz, f2 = ΙΟΟΚΗζ, < f3 < f4 < f2，并將計(jì)算所得的所有籽粒頻能比的平均值作為特征；(6)利用一元線性回歸方法，建立提取的平均頻能比特征與小麥硬度的回歸分析預(yù)測(cè)模型，表達(dá)式為y = Ax+B，其中自變量χ為平均頻能比特征參數(shù)，因變量y為預(yù)測(cè)的小麥硬度，A和B為回歸系數(shù)；(7)基于以上關(guān)系模型測(cè)定小麥的硬度指標(biāo)。在本實(shí)施例中，小麥籽粒以單粒自由下落方式撞擊采集箱底部的金屬靶，除此之夕卜，還可以采用將小麥籽粒以固定流量自由下落方式撞擊采集箱底部的金屬靶，其流量只要保證恒定即可。
在實(shí)施上述方法的過(guò)程中，還需要涉及一種基于離散余弦變換的糧食及油料聲信號(hào)特征提取系統(tǒng)，如圖2所示，該系統(tǒng)包括小麥聲音信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。其原理為將小麥放入聲音信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)后產(chǎn)生聲音信號(hào)，利用信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集，將采集到的聲音數(shù)據(jù)傳送到信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。小麥聲音信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)包括進(jìn)料、撞擊發(fā)聲、隔音三部分，利用進(jìn)料裝置使小麥籽粒逐粒自由下落，撞擊到采集箱底部的金屬靶，發(fā)出聲音信號(hào)。具體地說(shuō)，如圖1所示，小麥聲音信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)包括自動(dòng)進(jìn)料裝置1，自動(dòng)進(jìn)料裝置1與采集箱2相通；在采集箱2的底部設(shè)置金屬靶3。另外，為防止外部噪音的干擾，在采集箱的內(nèi)壁裝有隔音材料，以隔離外部噪音。上述的隔音材料可選用隔聲氈、纖維板或木板等等。信號(hào)采集系統(tǒng)包括聲音傳感器4、濾波器5、信號(hào)放大器6和數(shù)據(jù)采集卡。聲音傳感器4在信號(hào)采集箱2內(nèi)部，通過(guò)連線9將聲音數(shù)據(jù)傳送到濾波器5、信號(hào)放大器6進(jìn)行調(diào)理，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)調(diào)理后的聲音信號(hào)進(jìn)行A/D變換，采集的聲音數(shù)據(jù)保存在主機(jī)7中。為方便顯示，主機(jī)7還與顯示器8相連接。為驗(yàn)證本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)效果，本實(shí)施例選擇10個(gè)小麥樣品進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)樣品對(duì)應(yīng)的硬度及提取的特征值如表1所示
權(quán)利要求
1.一種基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取方法，其特征在于利用糧食和油料籽粒的聲學(xué)特性，結(jié)合離散余弦變換技術(shù)，對(duì)糧食和油料的品質(zhì)特征進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，具體過(guò)程如下(1)將糧食或油料籽粒放入信號(hào)采集箱，使其撞擊采集箱底部的金屬靶產(chǎn)生聲音信號(hào)；(2)聲音傳感器接收糧食或油料籽粒撞擊的聲音信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波和放大后，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行A/D變換，計(jì)算機(jī)將采集到的聲音信號(hào)數(shù)據(jù)保存起來(lái)；(3)利用端點(diǎn)檢測(cè)方法檢測(cè)出每一粒糧食或油料籽粒撞擊所產(chǎn)生聲音信號(hào)的起點(diǎn)和終占.(4)計(jì)算每一粒糧食或油料籽粒由以上起點(diǎn)和終點(diǎn)確定的撞擊聲音數(shù)據(jù)的離散余弦變換，舍棄其余的背景噪聲；(5)對(duì)每一粒糧食或油料籽粒計(jì)算f3 f4頻率范圍內(nèi)的能量％占 f2頻帶能量w 的比例，即頻能比W/V，其中頻率< f3 < f4 < f2，并將計(jì)算所得的所有籽粒頻能比的平均值作為特征；(6)采用回歸方法，建立提取的平均頻能比特征與糧食或油料品質(zhì)指標(biāo)的回歸分析預(yù)測(cè)模型；(7)基于以上關(guān)系模型測(cè)定糧食和油料的品質(zhì)指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取方法，其特征在于 所述的糧食或油料籽粒以單粒自由下落方式撞擊采集箱底部的金屬靶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取方法，其特征在于 所述的糧食或油料籽粒以固定流量自由下落方式撞擊采集箱底部的金屬靶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取方法，其特征在于所述的糧食籽粒為小麥、水稻、糙米、大米、玉米、綠豆中的任意一種；所述的油料籽粒為油菜籽、花生、大豆中的任意一種。
5.實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取系統(tǒng)，其特征在于它包括自動(dòng)進(jìn)料裝置(1)，自動(dòng)進(jìn)料裝置(1)與采集箱( 相通；在所述采集箱O)的底部設(shè)置金屬靶( 和聲音傳感器，聲音傳感器(4)采集的聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器(5)濾波、放大器(6)放大后送入主機(jī)(7)，所述的主機(jī)(7)為包含數(shù)據(jù)采集卡的主機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取系統(tǒng)，其特征在于 在所述的采集箱O)的內(nèi)壁上裝有隔音材料層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DCT的糧食及油料聲信號(hào)特征提取方法，其特征在于 所述的糧食或油料籽粒撞擊的采集箱底部靶子的材質(zhì)可以是金屬、玻璃、塑料、石材中任意一種固體材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于離散余弦變換的糧食和油料聲信號(hào)特征提取方法。方法是將糧食或油料籽粒送入聲音信號(hào)采集箱，與采集箱內(nèi)部的金屬靶碰撞產(chǎn)生聲音信號(hào)，利用聲音傳感器接收撞擊聲音信號(hào)，接收的聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大后被傳送到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行A/D變換，并將采集到的聲音數(shù)據(jù)保存起來(lái)。對(duì)采集到的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行離散余弦變換，將變換后的特定頻率段的頻能比作為特征提取出來(lái)，與糧食或油料的品質(zhì)特征建立聯(lián)系。本發(fā)明利用糧食和油料籽粒的聲學(xué)特性，結(jié)合離散余弦變換技術(shù)，對(duì)糧食和油料的品質(zhì)特征進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，方法簡(jiǎn)便、快捷，檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定、分辨率較高。
文檔編號(hào)G01N29/02GK102455324SQ201010509870
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者丁寧, 李齊超, 楊紅衛(wèi), 王愛(ài)民 申請(qǐng)人:河南工業(yè)大學(xué)