專利名稱：基于激光技術(shù)的蜂蜜品質(zhì)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂蜜品質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于激光技術(shù)的蜂蜜品質(zhì)檢測方法。
背景技術(shù)：
蜂蜜是蜜蜂將采集的植物花蜜或植物細(xì)胞滲出的蜜露，或昆蟲排泄的甘露混以蜂蜜唾液腺的分泌物，經(jīng)充分釀制而儲藏在蜂巢里的甜味物質(zhì)。蜂產(chǎn)品的營養(yǎng)和藥用價(jià)值都極高，在歐洲的很多國家已被列為動物源天然保健食品。但是，近年來，在利益的驅(qū)動下，有些個(gè)體戶及廠家將摻假蜂蜜以天然蜂蜜的形式投放市場的現(xiàn)象在我國很多地區(qū)都日趨嚴(yán)重。因此，制定完善的蜂蜜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，研究快速高效的蜂蜜品質(zhì)檢測技術(shù)和方法具有重要的意義，它能保證產(chǎn)品質(zhì)量、打擊假冒偽劣產(chǎn)品。傳統(tǒng)蜂蜜品質(zhì)的檢測方法都有費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且檢測成本較高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高蜂蜜品質(zhì)的檢測方法的檢測效率，并降低檢測復(fù)雜度及成本。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于激光技術(shù)的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，包括以下步驟Sl 采集待測蜂蜜的近紅外光譜，并對所述近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理，運(yùn)用遺傳算法對經(jīng)預(yù)處理后的近紅外光譜進(jìn)行分析，篩選出所述待測蜂蜜的特征波長；S2:根據(jù)所述特征波長確定激光器的工作波長，用所述激光器照射所述待測蜂蜜， 通過攝像頭采集到相應(yīng)的光斑圖像；S3 對所述光斑圖像進(jìn)行處理，并提取所述光斑圖像的圖像特征參數(shù)；S4:利用所述圖像特征參數(shù)與所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系建立進(jìn)行計(jì)算，以獲得所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)。優(yōu)選地，步驟Sl之前還包括步驟SO 對待測蜂蜜進(jìn)行水浴加熱，再冷卻至室溫，以獲得勻質(zhì)流體狀態(tài)的待測蜂蜜。優(yōu)選地，所述圖像特征參數(shù)包括光強(qiáng)均值、光斑像素強(qiáng)度頻率和光暈像素強(qiáng)度頻率中的至少一個(gè)。優(yōu)選地，所述品質(zhì)參數(shù)為所述待測蜂蜜中水和可溶性固形物的含量。優(yōu)選地，所述近紅外光譜的波長范圍為600 llOOnm。優(yōu)選地，步驟Sl中對所述近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，所述預(yù)處理包括背景去除、 校正、去噪聲和選擇特征數(shù)據(jù)點(diǎn)中的至少一種。優(yōu)選地，所述背景去除通過求導(dǎo)變換實(shí)現(xiàn)，所述校正通過附加散射校正和/或正交信號校正實(shí)現(xiàn)，所述去噪聲通過平滑和/或小波去噪實(shí)現(xiàn)，所述選擇特征數(shù)據(jù)點(diǎn)通過遺傳算法實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，步驟S3中對所述光斑圖像進(jìn)行處理時(shí)，所述處理包括灰度轉(zhuǎn)換、背景分割、噪聲去除和邊緣檢測中的至少一種。優(yōu)選地，所述灰度轉(zhuǎn)換通過加權(quán)平均值法實(shí)現(xiàn)，所述背景分割通過閾值分割算法或區(qū)域分割算法實(shí)現(xiàn)，所述噪聲去除通過中值濾波、均值濾波和線性濾波中至少一種方法實(shí)現(xiàn)，所述邊緣檢測通過小波變換、傅里葉變換、邊緣算子法、曲線擬合法、模板匹配法和門限化法中至少一種方法實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，步驟S4中的所述圖像特征參數(shù)與所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系是通過對若干樣品進(jìn)行建立數(shù)學(xué)模型所確定。(三)有益效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1、識別檢測費(fèi)用便宜；采用激光漫反射光譜圖像技術(shù)檢測蜂蜜品質(zhì)，其儀器購置費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的近紅外光譜技術(shù)中所需儀器，同時(shí)在建立模型后， 檢測蜂蜜品質(zhì)的耗材費(fèi)用基本可以忽略；2、樣品前處理簡單；對于市場執(zhí)法部門，對于市場上的成品蜂蜜，流動性好的可直接測定，流動性較差或已結(jié)晶的，經(jīng)過水浴加熱后即可測定；3、蜂蜜主要成分的同時(shí)檢測；本發(fā)明可以同時(shí)檢測待測蜂蜜中的含水量和可溶性固形物含量；4、快速無損；對待測蜂蜜激光圖像的采集時(shí)間非常短，直接使用激光器照射待測蜂蜜，然后接收到其形成的激光光斑圖像即可進(jìn)行分析；在模型建立以后，利用普通臺式計(jì)算機(jī)的模型計(jì)算時(shí)間基本可以忽略；5、便攜和用于現(xiàn)場檢查；由于激光漫反射光譜圖像技術(shù)中待測蜂蜜的前處理非常簡單，同時(shí)檢測方便，檢測速度快，因此可以直接讓執(zhí)法人員隨身攜帶；6、便于實(shí)現(xiàn)在線檢測；由于現(xiàn)有技術(shù)中最常用的近紅外光譜技術(shù)對于復(fù)雜有機(jī)成分的分辨能力弱，且不易實(shí)現(xiàn)在線檢測，會受到光纖附件的影響，并且主要根據(jù)官能團(tuán)的吸收來檢測組份的含量，其分析指標(biāo)是一維光譜，而激光漫反射光譜圖像技術(shù)則能有效地利用光量子在介質(zhì)的傳播過程中發(fā)生衰減的程度來分析樣品的內(nèi)部品質(zhì)，因此，使用激光漫反射光譜圖像技術(shù)對復(fù)雜物質(zhì)進(jìn)行檢測時(shí)，可以通過光對不同組分的衰減程度不同，來區(qū)分含有相同官能團(tuán)的不同化學(xué)組份，相比起使用近紅外光譜技術(shù)，避免了其對復(fù)雜體系分析力度的不足，并且便于實(shí)現(xiàn)在線檢測。


圖1是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于激光技術(shù)的蜂蜜品質(zhì)檢測方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。參照圖1，本實(shí)施方式的基于激光技術(shù)的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，包括以下步驟Sl 采集待測蜂蜜的近紅外光譜，并對所述近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理，運(yùn)用遺傳算法對經(jīng)預(yù)處理后的近紅外光譜進(jìn)行分析，篩選出所述待測蜂蜜的特征波長；本實(shí)施方式中，采用荷蘭avantes公司的電荷耦合元件(Charge-coupled Device, CCD)型近紅外光譜儀，波段范圍600 llOOnm，采集液體時(shí)可采用透射池(光程為20mm)、石英液體透反射光纖，掃描次數(shù)32次取平均，以空氣作為參比；S2:根據(jù)所述特征波長確定激光器的工作波長，用所述激光器照射所述待測蜂蜜， 通過攝像頭采集到相應(yīng)的光斑圖像；本實(shí)施方式中，受到CCD攝像頭(本實(shí)施方式中，CCD 攝像頭采用Model TK2C1430EC, JVC Corporation, Japan)采集波段范圍的限制，所述激光器可以是400 IOOOnm波長范圍內(nèi)的激光器，根據(jù)遺傳算法篩選的特征波長；采用遺傳算法對原始光譜篩選特征波長，其主要步驟如下(1)編碼對所有的波長編碼，每個(gè)波長是1 個(gè)基因，對基因進(jìn)行0-1編碼，若編碼是1，則建模時(shí)包含此波長；若為0，則反之。1種0-1 編碼的組合稱為1條染色體，其長度是被編碼的波長數(shù)。( 選擇初始群體假如初始群體有N個(gè)體，每個(gè)體的染色體長度是m，則隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)m位的0_1 二進(jìn)制數(shù)作為初始群體。 (3)適應(yīng)值函數(shù)為了使遺傳算法對適應(yīng)值較高的個(gè)體有更多的生存機(jī)會，通過對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行變換得到的適應(yīng)值函數(shù)是1/(1+RMSEP)，其中，RMSEP為預(yù)測均方根誤差；⑷復(fù)制 以“輪盤賭”的方式，每個(gè)個(gè)體的選擇概率與其適應(yīng)度成比例。( 交叉交叉運(yùn)算是指兩個(gè)相互配對的染色體按某種方式相互交換其部分基因，采用普通單點(diǎn)交叉方式。(6)變異變異是以一定概率產(chǎn)生變異基因數(shù)，用隨機(jī)方法選出發(fā)生變異的基因；如果所選的基因的編碼為1，則變?yōu)? ；反之編碼為0，則變?yōu)?。重復(fù)(4)、(5)、(6)直到有最優(yōu)解，迭代停止；本實(shí)施方式中，計(jì)算獲得所述特征波長分別為738、938和980nm，應(yīng)用波長分別為738、938和 980nm的激光器，采集不同激光器下待測蜂蜜的激光光斑圖像。當(dāng)然，由于不同的激光器焦距不同，因此在采用不同波長的激光器作為發(fā)光光源時(shí)，待測蜂蜜表面距鏡頭的距離也不同。通過調(diào)節(jié)樣品支架高度，CCD攝像頭和激光器距離蜂蜜樣品表面的距離可以隨時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整。由于CXD攝像頭對不同波長激光的感應(yīng)性不同，因此，為了使CXD攝像頭能夠清晰地采集不同波長下的激光光斑圖像，各個(gè)波長下的激光器的工作功率也不同。表1為不同激光器的具體參數(shù)。表 權(quán)利要求
1.一種基于激光技術(shù)的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟Sl 采集待測蜂蜜的近紅外光譜，并對所述近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理，運(yùn)用遺傳算法對經(jīng)預(yù)處理后的近紅外光譜進(jìn)行分析，篩選出所述待測蜂蜜的特征波長；S2:根據(jù)所述特征波長確定激光器的工作波長，用所述激光器照射所述待測蜂蜜，通過攝像頭采集到相應(yīng)的光斑圖像；53對所述光斑圖像進(jìn)行處理，并提取所述光斑圖像的圖像特征參數(shù)；54利用所述圖像特征參數(shù)與所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系建立進(jìn)行計(jì)算，以獲得所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，步驟Sl之前還包括步驟SO 對待測蜂蜜進(jìn)行水浴加熱，再冷卻至室溫，以獲得勻質(zhì)流體狀態(tài)的待測蜂蜜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，所述圖像特征參數(shù)包括光強(qiáng)均值、光斑像素強(qiáng)度頻率和光暈像素強(qiáng)度頻率中的至少一個(gè)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，所述品質(zhì)參數(shù)為所述待測蜂蜜中水和可溶性固形物的含量。
5.如權(quán)利要求1或2所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，所述近紅外光譜的波長范圍為 600 IlOOnm0
6.如權(quán)利要求1或2所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，步驟Sl中對所述近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，所述預(yù)處理包括背景去除、校正、去噪聲和選擇特征數(shù)據(jù)點(diǎn)中的至少一種。
7.如權(quán)利要求6所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，所述背景去除通過求導(dǎo)變換實(shí)現(xiàn)，所述校正通過附加散射校正和/或正交信號校正實(shí)現(xiàn)，所述去噪聲通過平滑和/或小波去噪實(shí)現(xiàn)，所述選擇特征數(shù)據(jù)點(diǎn)通過遺傳算法實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，步驟S3中對所述光斑圖像進(jìn)行處理時(shí)，所述處理包括灰度轉(zhuǎn)換、背景分割、噪聲去除和邊緣檢測中的至少一種。
9.如權(quán)利要求8所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，所述灰度轉(zhuǎn)換通過加權(quán)平均值法實(shí)現(xiàn)，所述背景分割通過閾值分割算法或區(qū)域分割算法實(shí)現(xiàn)，所述噪聲去除通過中值濾波、均值濾波和線性濾波中至少一種方法實(shí)現(xiàn)，所述邊緣檢測通過小波變換、傅里葉變換、邊緣算子法、曲線擬合法、模板匹配法和門限化法中至少一種方法實(shí)現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求1或2所述的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，其特征在于，步驟S4中的所述圖像特征參數(shù)與所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系是通過對若干樣品進(jìn)行建立數(shù)學(xué)模型所確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光技術(shù)的蜂蜜品質(zhì)檢測方法，涉及蜂蜜品質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域，包括S1采集待測蜂蜜的近紅外光譜，并進(jìn)行預(yù)處理，對經(jīng)預(yù)處理后的近紅外光譜進(jìn)行分析，篩選出特征波長；S2根據(jù)所述特征波長確定激光器的工作波長，用所述激光器照射所述待測蜂蜜，通過攝像頭采集到相應(yīng)的光斑圖像；S3對所述光斑圖像進(jìn)行處理，并提取圖像特征參數(shù)；S4利用所述圖像特征參數(shù)與所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系建立進(jìn)行計(jì)算，以獲得所述待測蜂蜜的品質(zhì)參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為1、識別檢測費(fèi)用便宜；2、樣品前處理簡單；3、蜂蜜主要成分的同時(shí)檢測；4、快速無損；5、便攜和用于現(xiàn)場檢查；6、便于實(shí)現(xiàn)在線檢測。
文檔編號G01N21/35GK102313715SQ20111022604
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者孟超英, 屠振華, 慶兆珅, 朱大洲, 李輝, 王水, 陳紅茜 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)