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一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法及系统

花匠小妙招
2024-12-21 01:53

本发明涉及农产品无损检测，尤其涉及一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法及系统。

背景技术：

1、任何水果从在树上成熟直到走上餐桌都需要经历复杂的采后之旅，在这个过程中相当一部分的水果会腐败造成浪费，所以在整个产业链的多个节点上都需要对果实的成熟度进行监测。除此之外，从业人员往往需要对水果从品质上进行分级以优化销售模式。但是在水果品质性状检测过程中，现有的近红外光谱技术、电子鼻检测技术等无损检测技术，只能检测水果果皮外的性状，对于榴莲这种果皮很厚的水果，不能直接穿透其果皮观察内部品质性状，且从外观很难估计其内部品质。榴莲由于其营养价值极髙，对机体有很好的补养作用，被誉为“万果之王”，深受消费者的喜爱。随着当前人们经济水平的不断提高以及对食品安全的不断重视，水果类食品的品质好坏逐渐成为消费者对于其选择的基础。然而近年来，市场上售卖的榴莲果肉含量常与其高昂的价格不符合，降低了其商业价值和消费者满意度。目前，用于榴莲内部品质和分级的检测通常是采用传统的方法，如称重、量大小或破坏性操作等，这类方法往往精度差、主观因素强以及处理过程需要人工参与导致效率低下。因此，如何高通量自动化地对榴莲内在品质与成熟度进行无损检测是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法及系统。

2、本发明第一目的在于提供一种榴莲内部品质无损快速检测、分级系统，包括：待检测区、传送装置、重力感应机械臂、x-ray射线探测装置、分级标签枪、机械臂、计算机系统、plc控制器、分级样品存储区；

3、所述传送装置包括旋转台和载物传送带，所述旋转台置于所述载物传送带上；所述重力感应机械臂用于抓取所述待检测榴莲并放置在所述旋转台上；所述载物传送带用于承载待测样品并接受所述计算机系统的指令，带动待检测榴莲向前运动；

4、所述x-ray射线探测装置包括x-ray射线探测源、x-ray射线检测板，所述x-ray射线探测源和所述x-ray射线检测板分别置于所述载物传送带两侧；所述x-ray射线探测源用于实现待测样品的自动x射线成像，所述x-ray射线检测板用于对待检测榴莲进行探测、采集全角度投影图并回传至所述计算机系统；

5、所述计算机系统通过串口连接五个plc控制器；第一个plc控制器连接所述载物传送带的伺服电机及驱动器，用于控制所述载物传送带启动停止的时间、步进距离和所述旋转台的旋转角度；其余四个plc控制器分别连接所述重力感应机械臂、所述x-ray射线探测源、所述分级标签枪和所述机械臂，用于使所述重力感应机械臂、所述x-ray射线探测源、所述分级标签枪和所述机械臂分别执行所述计算机系统发出的指令；

6、所述分级标签枪用于将分级标签打在待检测榴莲上，所述计算机系统根据分级标签向所述机械臂传输控制信号，控制所述机械臂将检测完的榴莲放置于分级样品存储区的对应区域。

7、优选的，旋转台带动待检测榴莲作360°旋转，每次转动1°。

8、优选的，分级样品存储区包括未成熟样品存储箱、已成熟样品存储箱和过成熟样品存储箱；所述分级标签分别为a级、b级和c级，a级代表未成熟、b级代表已成熟、c级代表果成熟；a级榴莲放入未成熟样品存储箱，b级榴莲放入已成熟样品存储箱，c级榴莲放入过成熟样品存储箱。

9、本发明第二目的在于提供一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，采用一种榴莲内部品质无损快速检测、分级系统，具体包括如下步骤：

10、s1、对x-ray射线探测源进行预热及校准；

11、s2、将待检测榴莲放置于待检测区；

12、s3、重力感应机械臂依次抓取所述待检测榴莲并放置于载物传送带的旋转台上，随即所述重力感应机械臂撤离；所述重力感应机械臂将所述待检测榴莲的质量信息回传至计算机系统；

13、s4、所述待检测榴莲通过所述载物传送带传送至x-ray射线探测源和x-ray射线检测板之间，所述旋转台开始间歇旋转的同时开启所述x-ray射线探测源进行成像；通过所述x-ray射线检测板对待检测榴莲进行探测、采集全角度投影图并回传至所述计算机系统；

14、s5、通过所述计算机系统进行图像处理及解析，得到断层图像；对所述断层图像进行分割，根据分割结果计算榴莲的表型性状；

15、s6、根据所述表型性状结果将待检测榴莲的熟度赋予类别，再结合所述质量信息对榴莲内部品质进行回归分析，输出结果为榴莲品质的评分；

16、s7、根据评分结果给所述待检测榴莲分级，通过分级标签枪将各等级对应的分级标签打在待检测榴莲上；

17、s8、所述计算机系统根据所述分级标签向所述机械臂传输控制信号，控制所述机械臂将检测完的榴莲放置于分级样品存储区的对应区域。

18、优选的，步骤s5包括如下子步骤：

19、s501、图像预处理：通过对成像数据解析、图像增强和图像矫正获得待检测榴莲的投影图文件；

20、s502、通过fdk重建算法得到榴莲样本的三维影像数据，对重建结果按固定步长进行分解得到断层图像；

21、s503、利用分割算法对断层图像中的各组织进行分割，最终在整个三维影像数据上实现对榴莲果肉、果核、果皮和空腔的精确划分；

22、s504、根据分割结果计算榴莲的表型性状。

23、优选的，步骤s504中表型性状包括二维可食率、果肉房数、果实长度、果实体积、果实宽度、果肉体积及果内空腔体积。

24、优选的，步骤s4中旋转台每次转动1度、共旋转360度；步骤s501中的投影图文件数量为360个。

25、优选的，步骤s503中的分割算法是基于deeplabv3模型的分割算法。

26、优选的，熟度包括未成熟、已成熟和过成熟三个类别；所述分级标签分别为a级、b级和c级；所述评分的分数区间为0~100分，评分70分以上为a级、40~70分为b级、小于40分为c级；所述分级样品存储区包括未成熟样品存储箱、已成熟样品存储箱和过成熟样品存储箱，分别用于放置a级榴莲、b级榴莲和c级榴莲。

27、优选的，还包括步骤s9：将提取的图像数据及分析结果存储为电子表格，用于用户对测量数据进行索引和管理分析。

28、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

29、本发明的检测、分级方法及系统解决了传统方法无法无损检测榴莲内部品质及分级情况的问题，结合x-ray成像技术、传送带平台、机械臂设备和机器学习技术实现了对榴莲内部品质及分级的自动化、高通量的无损检测，在科研界与相关产业链都有可观的应用前景。

技术特征：

1.一种榴莲内部品质无损快速检测、分级系统，其特征在于，包括：待检测区、传送装置、重力感应机械臂、x-ray射线探测装置、分级标签枪、机械臂、计算机系统、plc控制器、分级样品存储区；

2.根据权利要求1所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级系统，其特征在于：所述旋转台带动待检测榴莲作360°旋转，每次转动1°。

3.根据权利要求2所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级系统，其特征在于：所述分级样品存储区包括未成熟样品存储箱、已成熟样品存储箱和过成熟样品存储箱；所述分级标签分别为a级、b级和c级，a级代表未成熟、b级代表已成熟、c级代表果成熟；a级榴莲放入未成熟样品存储箱，b级榴莲放入已成熟样品存储箱，c级榴莲放入过成熟样品存储箱。

4.一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，其特征在于：采用权利要求1所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级系统，具体包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，其特征在于，所述步骤s5包括如下子步骤：

6.根据权利要求5所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，其特征在于：所述步骤s504中表型性状包括二维可食率、果肉房数、果实长度、果实体积、果实宽度、果肉体积及果内空腔体积。

7.根据权利要求6所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，其特征在于：所述步骤s4中旋转台每次转动1度、共旋转360度；所述步骤s501中的投影图文件数量为360个。

8.根据权利要求7所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，其特征在于：所述步骤s503中的分割算法是基于deeplabv3模型的分割算法。

9.根据权利要求8所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，其特征在于：所述的熟度包括未成熟、已成熟和过成熟三个类别；所述分级标签分别为a级、b级和c级；所述评分的分数区间为0~100分，评分70分以上为a级、40~70分为b级、小于40分为c级；所述分级样品存储区包括未成熟样品存储箱、已成熟样品存储箱和过成熟样品存储箱，分别用于放置a级榴莲、b级榴莲和c级榴莲。

10.根据权利要求4-9任意一项所述的一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法，其特征在于，还包括步骤s9：将提取的图像数据及分析结果存储为电子表格，用于用户对测量数据进行索引和管理分析。

技术总结
本发明涉及农产品无损检测技术领域，尤其涉及一种榴莲内部品质无损快速检测、分级方法及系统。包括：待检测区；传送装置包括旋转台和载物传送带；重力感应机械臂用于抓取榴莲并放置在旋转台上，载物传送带带动其向前运动；X‑ray射线探测装置用于实现待测样品的自动X射线成像，对待检测榴莲进行探测、采集全角度投影图并回传至所述计算机系统；计算机系统分别控制载物传送带、重力感应机械臂、X‑ray射线探测源、分级标签枪和机械臂，用于使其执行计算机系统发出的指令；分级标签枪用于将分级标签打在待检测榴莲上，机械臂将检测完的榴莲放置于分级样品存储区的对应区域。优点在于实现对榴莲内部品质及分级自动化、高通量无损检测。

技术研发人员：余乐俊,刘谦,卢宇韦
受保护的技术使用者：海南大学三亚研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22