专利名称：一种用于检测水果品质的多光谱成像装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水果品质检测装置，特别是一种应用于水果糖度、
硬度、vc、化渣性等品质的无损检测和等级分选的水果品质的多光谱图像成
像装置
背景技术：
在水果品质检测方面，国内外大多利用近红外等先进传感技术与信息处 理技术的品质(糖度、硬度、内部缺陷等)的无损检测研究，有些检测技术
成果己经商品化。但都存在一些问题1、价格昂贵，如一台近红外光谱仪价 格至少10万元以上；2、不同水果品种的差异，这些差异会导致近红外分析 时水果对模型的适应性不同，模型对不同水果的预测准确度也不同；3、不同 测试位置的差异，近红外光谱检测中，选择的测试位置不同，得到的结果也 相异；4、建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品，模型需要不断的 维护改进；5、近红外测定精度与参比分析精度直接相关，在参比方法精度 不够的情况下，无法得到满意结果。近年来国内外出现了利用多光谱图像技 术对水果品质进行无损检测，这种技术相对于近红外光谱技术具有简单实用 和价格实惠的优点。在获得多光谱图像时，现存的一些分光系统对区分光谱 中的波长可以很好的完成，但是不能完整反应出整个图像的空间性， 一些分 光镜利用干涉计来进行分光，但分离前東光时会对后面的光强产生较大的减 弱； 一些多光谱图像通过快速切换滤波片的方式来分光，这种方法得到的多 光谱图像不是同时的。还有一些分光计利用机器的快速扫描、利用机器强化 以及利用特殊的计算方法来得到。 发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于检测水果品质的多光谱成 像装置。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是它的暗箱安装在检测 台上，多路分光仪以及与其连接的CCD摄像头固定在暗箱上；多路分光仪的 入射光镜头安装在暗箱顶部的内侧，与多路分光仪连接的CCD摄像头安装在 暗箱顶部的外侧，CCD摄像头与计算机连接，所述的多路分光仪包括带全反射 镜片组的多路分光仪或带半透半反镜片组的多路分光仪；设置在暗箱外侧的光源通过光纤与安装在暗箱内侧的聚光凸透镜组连接，聚光凸透镜组发射的
光束与光轴o-o相交于安放在检测台上的被测水果。
所述的带全反射镜片组的多路分光仪由前成像凸透镜、反射镜片组、反
射镜、滤波片组、后成像凸透镜和成像凹透镜依次排列组合；反射镜的各片 镜面对称地与多路分光仪的光轴0-0构成45°夹角并相交于光轴0-0，构成 正多棱镜体，正多棱镜体的顶点朝向前成像凸透镜；反射镜片组的镜片数量 与反射镜的镜片数量相等，反射镜片组的镜面平行于它所对应的反射镜的镜 面，并正对着由它对应的反射镜的镜面所反射的光東；滤波片组包括具有不 同波长的滤波片，滤波片的数量与反射镜片组的镜片数量相等，全部滤波片 都位于垂直光轴0-0的同一平面，各滤波片分别正对着反射镜片组的各片镜 面所反射的、并平行于光轴0-0的光束。
所述的带半透半反镜片组的多路分光仪由前成像凸透镜、半透半反镜片 组、反射镜片组、滤波片组、后成像凸透镜和成像凹透镜依次排列组合；反 射镜片组的镜面数量与半透半反镜片组的镜面数量相等，半透半反镜片组的 镜面与多路分光仪的光轴0-0构成45°或-45°夹角；反射镜片组的镜面平行 于它所对应的半透半反镜片组的镜面，并正对着由它对应的半透半反镜片组 的镜面所反射的光束；滤波片组包括具有不同波长的滤波片，滤波片的数量 与反射镜片组的镜片数量相等，全部滤波片都位于垂直光轴0-0的同一平面， 各滤波片分别正对着反射镜片组的各片镜面所反射的、并平行于光轴0-0的 光束。
也可以根据需要有所变动，比如根据需要还可以在光路上增设成像凸透 镜来得到所需图像尺寸和形状，可以根据需要改变半透半反镜片和高反射镜 面的组数来得到不同组数和不同波长的光谱图像。
本实用新型的主要特点是多光谱图像技术检测到的样品信息既有图像 信息又有光谱信息，图像技术能全面反映样品外在特征，光谱技术能检测样 品物理结构、化学成分，这样获得的样品信息是非常全面的。用于检测水果 品质的多光谱成像装置能对水果的糖度、硬度、VC、化渣性等品质进行快速、 准确的无损检测和等级分选，不需要建立、维护、改进参比模型，水果品种 的差异及测试位置不影响检测的准确度。

图l是本实用新型的结构示意图。
图2是全反射多路分光仪光路原理图。图3是半透半反多路分光仪的光路原理图。
图4是图2和图3的A-A向示意图。 图5是用本实用新型拍摄的多光谱图像。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例l如图l-2， 4-5所示 一种用于检测水果品质的带全反射镜片组 的多光谱成像装置，它的暗箱9安装在检测台10上，带全反射镜片组的多路 分光仪6以及与其连接的CCD摄像头7固定在暗箱9上；多路分光仪6的入 射光镜头安装在暗箱9顶部的内侧，与多路分光仪6连接的CCD摄像头7安 装在暗箱9顶部的外侧，CCD摄像头7与计算机8连接；设置在暗箱9外侧的 光源卣素灯1通过光纤2与安装在暗箱9内侧的聚光凸透镜组3连接，聚光 凸透镜组3发射的点光源光東4与多路分光仪6的光轴0-0相交并射到安放 在检测台IO上被测水果5。
带全反射镜片组的多路分光仪由前成像凸透镜11、反射镜片组12、反射 镜13、滤波片组14、后成像凸透镜15和成像凹透镜16依次排列组合。反射 镜13的镜面a、镜面b、镜面c和镜面d共四片镜面与光轴0-0构成45°夹 角并相交于光轴O-O,构成正四棱镜体，正四棱镜体的顶点朝向前成像凸透镜 11。反射镜片组12包括镜面e、镜面f、镜面g和镜面h四片镜面，其中镜 面e平行于镜面a，并正对着由镜面a所反射的光東；镜面f平行于镜面b, 并正对着由镜面b所反射的光束；镜面g平行于镜面c,并正对着由镜面c所 反射的光束；镜面h平行于镜面d,并正对着由镜面d所反射的光束。滤波片 组14包括具有不同波长的四片滤波片，四片滤波片都位于垂直光轴0-0的同 一平面，各有一片滤波片正对着镜面e、镜面f、镜面g和镜面h所反射的、 并平行于光轴0-0的光束。
水果5所反射的光线通过前成像凸透镜11变成平行光，射到反射镜13
的镜面a、镜面b、镜面c和镜面d上分成四束光，再经反射镜片组12的镜 面e、镜面f、镜面g和镜面h反射四束平行于多路分光仪6的光轴0-0的光 束，这四束平行的光都包含了水果5的所有波长下的图像信息。每東含有所 有波长的平行光分别通过滤波片组14中所选定波长的滤波片，形成了所需四 种波长的四束平行光。随后，经过一定焦距的后成像凸透镜15 和成像凹透镜16,对所需四种波长的光进行聚焦后变成平行和紧靠光轴0-0的光。使得四東光之间的距离变近从而能够同时用一个摄像头7来得到一个 物体四个波长下的图像。这四東不同波长光束的光谱图像都能同时地、实时
地、同等条件地被CCD摄像头7所釆集的。此外，增加反射镜13及反射镜片 组12中镜面的数量，还可以得到多于四个波长的光谱图像。
图4中显示以光轴0 —0为中心，周围对称排放四个波长分别为650nm、 670nm、 780nm、 850nra的滤波片。
图5中的四个图形是利用与计算机8连接的CCD摄像头采集点光源照射 下，苹果的四光谱图像，这四个图像是实时的、同时的、同等条件的、空间 上完整的。
实施例2如图1、 3所示 一种用于检测水果品质的带半透半反镜片组的 多路分光仪的多光谱成像装置，用带半透半反镜片组的多路分光仪替代实施 例l所述的带全反射镜片组的多路分光仪。
带半透半反镜片组的多路分光仪由前成像凸透镜11、包括三片可以透过 一半光、并反射另一半光的半透半反镜片17、 19、 21的半透半反镜片组、包 括三片高反射镜面18、 20、 22的反射镜片组、包括四片不同波长滤波片的滤 波片组14、后成像凸透镜15和成像凹透镜16依次排列组合。
水果5所反射的光线通过前成像凸透镜11变成平行于多路分光仪6光轴 O-O的平行光，射到半透半反镜片17后，分成两束光，1#反射光和1#透射光； 1#反射光经过高反射镜面18反射到半透半反镜片19后又分成两東光，2#反 射光和2#透射光；2#反射光经过高反射镜面20反射形成3#反射光。1#透射 光射到半透半反镜片21后也分成两東光，3#反射光和3#透射光；3#反射光经 过高反射镜面22反射形成4#反射光。平行于光轴0-0的2#透射光、3#反射 光、3#透射光和4#反射光都包含了水果5的所有波长下的图像信息，每東含 有所有波长的平行光分别通过滤波片组14中所选定波长的滤波片，形成 了所需四种波长的四束平行光。随后，经过一定焦距的后成像凸透镜15和成 像凹透镜16，对所需四种波长的光进行聚焦后变成平行和紧靠光轴0-0的光。 使得四東光之间的距离变近从而能够同时用一个摄像头7来得到一个物体四 个波长下的图像。这四東不同波长光東的光谱图像都能同时地、实时地、同 等条件地被CCD摄像头7所釆集的。此外，增加半透半反镜片组级反射镜片 组中镜面的数量，还可以得到多于四个波长的光谱图像。
权利要求1. 一种用于检测水果品质的多光谱成像装置，包括光源、CCD摄像头、计算机，其特征在于暗箱(9)安装在检测台(10)上，多路分光仪(6)以及与其连接的CCD摄像头(7)固定在暗箱(9)上；多路分光仪(6)的入射光镜头安装在暗箱(9)顶部的内侧，与多路分光仪(6)连接的CCD摄像头(7)安装在暗箱(9)顶部的外侧，CCD摄像头(7)与计算机(8)连接；所述的多路分光仪(6)包括带全反射镜片组的多路分光仪或带半透半反镜片组的多路分光仪；设置在暗箱(9)外侧的光源(1)通过光纤(2)与安装在暗箱(9)内侧的聚光凸透镜组(3)连接，聚光凸透镜组(3)发射的光束(4)与光轴0-0相交于安放在检测台(10)上的被测水果(5)。
2、 根据权利要求1所述的一种用于检测水果品质的多光谱成像装置，其 特征在于所述的带全反射镜片组的多路分光仪由前成像凸透镜(11)、反射镜 片组(12)、反射镜(13)、滤波片组(14)、后成像凸透镜(15)和成像凹透镜(16)依次排列组合；反射镜(13)的各片镜面对称地与多路分光仪的光轴0-0 构成45°夹角并相交于光轴0-0,构成正多棱镜体，正多棱镜体的顶点朝向前 成像凸透镜(11);反射镜片组U2)的镜片数量与反射镜(13)的镜片数量相 等，反射镜片组U2)的镜面平行于它所对应的反射镜(13)的镜面，并正对 着由它对应的反射镜(13)的镜面所反射的光束；滤波片组(14)包括具有不 同波长的滤波片，滤波片的数量与反射镜片组(12)的镜片数量相等，全部滤 波片都位于垂直光轴0-0的同一平面，各滤波片分别正对着反射镜片组(12)的各片镜面所反射的、并平行于光轴o-o的光東。
3、 根据权利要求1所述的一种用于检测水果品质的多光谱成像装置，其 特征在于所述的带半透半反镜片组的多路分光仪由前成像凸透镜(11)、半透 半反镜片组(17、 19、 21)、反射镜片组(18、 20、 22)、滤波片组(14)、后成 像凸透镜(15)和成像凹透镜(16)依次排列组合；反射镜片组的镜面数量与 半透半反镜片组的镜面数量相等，半透半反镜片组的镜面与多路分光仪的光轴 0-0构成45°或-45°夹角；反射镜片组的镜面平行于它所对应的半透半反镜片 组的镜面，并正对着由它对应的半透半反镜片组的镜面所反射的光束；滤波片 组(14)包括具有不同波长的滤波片，滤波片的数量与反射镜片组的镜片数量 相等，全部滤波片都位于垂直光轴0-0的同一平面，各滤波片分别正对着反射镜 片组的各片镜面所反射的、并平行于光轴0-0的光東。
专利摘要本实用新型涉及一种用于检测水果品质的多光谱成像装置，它的暗箱安装在检测台上，多路分光仪以及与其连接的CCD摄像头固定在暗箱上。CCD摄像头与计算机连接，多路分光仪包括带全反射镜片组的多路分光仪或带半透半反镜片组的多路分光仪；设置在暗箱外侧的光源通过光纤与安装在暗箱内侧的聚光凸透镜组连接，聚光凸透镜组发射的光束与的光轴O-O相交于安放在检测台上的被测水果。本实用新型运用多光谱图像技术同时检测到反映样品外在特征的图像信息和反映样品物理结构、化学成分的光谱信息；能对水果的糖度、硬度、VC、化渣性等品质进行快速、准确的无损检测和等级分选，不需要建立、改进参比模型。
文档编号G01N21/25GK201233362SQ200820112960
公开日2009年5月6日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者刘木华, 勇 杨, 郭恩有 申请人:江西农业大学