面粉湿面筋自动检测装置及检测方法

说明书

技术领域：

发明涉及一种面粉湿面筋自动检测装置及检测方法。

背景技术：

湿面筋是按照谷类、豆类作物种子湿面筋测定方法国标(GB 5497)规定的方法自面粉中获得的一种主要由麦胶蛋白质和麦谷蛋白质组成的具有弹塑性的胶状水合物。将面粉样品用氯化钠缓冲溶液制成面团，再用氯化钠缓冲溶液洗涤并分离出面团中淀粉、糖、纤维素及可溶性蛋白等，再除去多余的洗涤液，剩余胶状物质即为湿面筋。而最终判断湿面筋是否完成洗涤，需要用碘液检查湿面筋的挤出液，呈微蓝色时洗涤才可结束。目前，在科研机构和食品加工企业，还依靠人眼观察感觉判断湿面筋挤出液与碘液反应的颜色变化，很容易受人的主观因素影响，难以准确的判断出面粉湿面筋是否完成洗涤，而湿面筋挤出液与碘液反应的颜色变化是判断面粉湿面筋是否完成洗涤的唯一标准，现没有一种能解决这个问题的办法。

发明内容：

发明的目的是提供一种可放置于科研机构和食品加工企业更为科学合理地判断面粉湿面筋中是否含有淀粉，用于快速准确地测定出面粉湿面筋是否完成洗涤的自动化装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

面粉湿面筋自动检测方法，控制摄像头拍摄湿面筋挤出液与碘液反应后的溶液，拍摄的数码图片传入到3.5英寸单板工业控制计算机，经计算机应用软件中基于图像处理和模式识别技术的分析程序定性计算湿面筋中淀粉含量、准确识别湿面筋是否完成洗涤，在触摸屏上进行参数设置和功能操作，在彩色液晶屏上显示计算后的数据，并通过打印机输出这些数据。

所述的面粉湿面筋自动检测方法，带有实现快速连续拍照、颜色快速准确检测、人员信息及检测信息智能管理的计算机应用软件；应用软件主要包括主控程序、拍摄光照度检测及控制程序、摄像头驱动模块程序、溶液颜色快速识别和归一化分析程序和人员信息管理模块程序。

所述的面粉湿面筋自动检测方法，在拍摄光照度检测及控制程序中采用BP神经网络来实现A/D采样数据与标准光照度值之间的数据拟合实现光照度信号的转换、放大、采集以及光照度大小的控制，使光照度处在一个合理的范围内，使拍摄图像分割阈值和特征的提取更为准确，减小光照度过高或过低都会使颜色的识别发生的偏差。

所述的面粉湿面筋自动检测方法，溶液颜色快速识别和归一化分析程序首先将图像进行灰度处理，采用对RGB三分量进行加权平均的方法将彩色图像转换成为灰度图像。然后将灰度图像变换成二值图像，采用了最大熵法来对灰度图像进行二值化处理。接下来进行图像滤波去除图像中的噪声，首先对图像进行纹理分析，然后根据纹理分析的结果决定Nagao滤波器采用何种模板（包括线形模板和矩形模板）在何种方向进行自适应滤波。最后进行图像的识别与检测，先把对标准图像进行非典型二值化处理时记录下分割阈值，将该阈值乘以灵敏度因子之后作为参考阈值备用，然后对图像进行边缘检测找出灰度值发生跃变的像素点，用该像素点的灰度值与参考阈值作比较，如果灰度值小于参考阈值就判别为面粉湿面筋没有完成洗涤，反之就判别为面粉湿面筋完成洗涤，其中边缘检测使用改进的Laplace边缘检测算法。

所述的面粉湿面筋自动检测的面粉湿面筋自动检测装置，包括：工业控制计算机、所述的工业控制计算机上连接光照度测控电路、液晶屏、触摸屏、打印机，所述的光照度测控电路连接摄像装置。

所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的摄像装置包括摄像头，所述的摄像头上装有具有无闪烁的高亮白色发光二极管的照明光源和镜头；所述的摄像头为MV300UC型彩色工业级摄像头，所述的摄像头最高分辨率为2048×1536，最大支持每秒38帧的拍摄速度，信噪比大于43dB，直接通过USB接口供电，功耗小于1W，所述的照明光源为内8颗和外8颗的双环型阵列结构。

所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的工业控制计算机为3.5英寸单板工业控制计算机，所述的3.5英寸单板工业控制计算机采用具有1GB内存的芯片组AMDLX800CPU、AMDLX800+CS5536，提供一个插槽DDR SO-DIMM最大可支持1GB；所述的3.5英寸单板工业控制计算机的音频支持解码Realtek ALC203 with AC97，所述的3.5英寸单板工业控制计算机的网络提供1个10/100Mbps Single RTL8100C 网络芯片组，所述的网络芯片组具有PC/104 、ISA 总线、扩展槽和看门狗；所述的3.5英寸单板工业控制计算机的主板端口包括Digital IO端口7个 RS-232、I/O接口1个 RS-232/422/485、显示接口4个 USB 2.0和I/O接口1个 IDE，所述的显示接口包括一个18-bit 单通道 LVDS和一个24-bit TTL 端口，所述的主板为8层印刷电路板，所述的印刷电路板采用AT/ATX电源，单5V供电。

所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的触摸屏为模拟电阻式、分辨率4096*4096、响应时间<10ms、表面硬度3H、点击寿命250克力度、1000万次、笔划寿命250克力度、100万次、透光率81%、通讯端口为USB接口、所述的USB接口可在-10℃到+60℃的环境下正常工作。

所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的触摸屏为模拟电阻式、分辨率4096*4096、响应时间<10ms、表面硬度3H、点击寿命250克力度、1000万次、笔划寿命250克力度、100万次、透光率81%、通讯端口为USB接口、所述的USB接口可在-10℃到+60℃的环境下正常工作。

所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的液晶显示屏为6.4或8.1英寸双灯亮度工业彩色液晶屏、接口方式LVDS，显示器外壳采用铝合金、牢固轻便、屏嵌入防暴强化玻璃、具有表面防水功能、屏处于全密封的结构状态、分辨率为640*480。

有益效果：

1.本发明的光照度测控电路可实现光照度信号的转换、放大、采集以及光照度大小的控制，使光照度处在一个合理的范围内，使拍摄图像分割阈值和特征的提取更为准确，减小光照度过高或过低都会使颜色的识别发生的偏差，摄像头支持图像尺寸、曝光时间、白平衡、黑电平等特性可编程，控制方式非常灵活方便；摄像头的照明光源具有急速、灵敏度高、性能稳定、功耗低、无闪烁的高亮白色发光二极管用来图像采集。

2.本发明的A/D转换芯片比其它ADC转换电压范围要宽；它的精度达到16位，转换速度最高可达到200ksps，足以满足系统对精度和速度的要求，新型ADC芯片AD974与一般ADC芯片相比，仅需单一+5V供电，同时支持内部基准电压和外部基准电压，其外围电路简单，因而可简化电路设计；同时，AD974支持标准SPI接口也易于与单板工业控制计算机连接使用。

3.本发明的液晶显示屏可在户外阳光直射下清晰显示图像、可在-20℃到+60℃的环境下正常工作、显示器的铝合金外壳牢固轻便、屏嵌入防暴强化玻璃、具有表面防水功能。

4. 本发明能实时、科学、准确地判断面粉湿面筋是否完成洗涤，解决依靠人眼观察感觉判断湿面筋挤出液与碘液反应的颜色变化受人的主观因素影响的问题，并且提出了一种新的颜色快速识别和归一化的算法，更为科学准确地为食品加工企业或检测机构快速检测湿面筋中淀粉含量情况提供依据，也可以让科研机构和食品加工企业随时掌握湿面筋制作情况、生产工艺、设备及操作是否正常。

5. 本发明的应用软件还能够对所有使用人员的身份信息进行智能化管理，软件每次使用后都可以生成带有使用者身份信息和检测结果信息的报告单，非常便于存储、记录以及打印等人性化的管理。

6.本发明解决了依靠人眼观察感觉判断湿面筋挤出液与碘液反应的颜色变化受人的主观因素影响的问题，使检测湿面筋是否完成洗涤的过程更为科学合理。

7.本发明基于计算机视觉技术及图像处理可实时、快速、自动检测面粉湿面筋是否完成洗涤的仪器。解决依靠人眼观察感觉判断湿面筋挤出液与碘液反应的颜色变化受人的主观因素影响的问题，更为科学准确地为食品加工企业或检测机构快速检测湿面筋中淀粉含量情况提供依据，也可以让科研机构和食品加工企业随时掌握湿面筋制作情况、生产工艺、设备及操作是否正常。

附图说明：

附图1是本产品的结构示意图。

附图2是附图1中摄像头与图像采集的照明光源位置示意图。

    附图3为本产品所使用的图像处理和模式识别算法示意图。

    附图4为本产品的系统主程序流程图。

    附图5为本产品的光照度采集子程序流程图。

    附图6为本产品的颜色快速识别和归一化分析程序流程图。

具体实施方式：

实施例1：

本发明的监测方法使用的面粉湿面筋自动检测装置，其组成包括：工业控制计算机1，所述的工业控制计算机连接光照度测控电路2、液晶屏3、触摸屏4、打印机5，所述的光照度测控电路连接摄像装置6。

实施例2：

实施例1所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的摄像装置包括摄像头7，所述的摄像头连接具有无闪烁的高亮白色发光二极管的照明光源8和镜头9；所述的摄像头为MV300UC型彩色工业级摄像头，所述的摄像头最高分辨率为2048×1536，最大支持每秒38帧的拍摄速度，信噪比大于43dB，可直接通过USB接口供电，功耗小于1W，支持图像尺寸、曝光时间、白平衡、黑电平等特性可编程，控制方式非常灵活方便，所述的照明光源为内8颗和外8颗的双环型阵列结构。

实施例3：

实施例1所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的工业控制计算机为3.5英寸单板工业控制计算机，所述的3.5英寸单板工业控制计算机采用具有1GB内存的芯片组AMDLX800CPU、AMDLX800+CS5536，提供一个插槽DDR SO-DIMM最大可支持1GB；所述的3.5英寸单板工业控制计算机的音频支持解码Realtek ALC203 with AC97，所述的3.5英寸单板工业控制计算机的网络提供1个10/100Mbps Single RTL8100C 网络芯片组，所述的网络芯片组具有PC/104 、ISA 总线、扩展槽和看门狗；所述的3.5英寸单板工业控制计算机的主板端口包括Digital IO端口7个 RS-232、I/O接口1个 RS-232/422/485、显示接口4个 USB 2.0和I/O接口1个 IDE，所述的显示接口包括一个18-bit 单通道 LVDS和一个24-bit TTL 端口，所述的主板为8层印刷电路板，所述的印刷电路板采用AT/ATX电源，单5V供电。

实施例4：

实施例1所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的光照度测控电路选用ADI公司的高精度A/D转换芯片AD974作为转换器件，可选用0V~+4V或0V~+5V或±10V三种可选转换电压范围，比其它ADC转换电压范围要宽；它的精度达到16位，转换速度最高可达到200ksps，足以满足系统对精度和速度的要求，新型ADC芯片AD974与一般ADC芯片相比，仅需单一+5V供电，同时支持内部基准电压和外部基准电压，其外围电路简单，因而可简化电路设计。同时，AD974支持标准SPI接口也易于与单板工业控制计算机连接。

实施例5：

实施例1所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的触摸屏为模拟电阻式、分辨率4096*4096、响应时间<10ms、表面硬度3H、点击寿命250克力度、1000万次、笔划寿命250克力度、100万次、透光率81%、通讯端口为USB接口、所述的USB接口可在-10℃到+60℃的环境下正常工作。

实施例6：

实施例1所述的面粉湿面筋自动检测装置，所述的液晶显示屏为6.4或8.1英寸双灯亮度工业彩色液晶屏、接口方式LVDS，可在户外阳光直射下清晰显示图像、可在-20℃到+60℃的环境下正常工作、显示器外壳采用铝合金、牢固轻便、屏嵌入防暴强化玻璃、具有表面防水功能、屏处于全密封的结构状态、分辨率为640*480。

实施例7：

一种面粉湿面筋自动检测方法，控制摄像头拍摄湿面筋挤出液与碘液反应后的溶液，拍摄的数码图片传入到3.5英寸单板工业控制计算机，经计算机应用软件中基于图像处理和模式识别技术的分析程序定性计算湿面筋中淀粉含量、准确识别湿面筋是否完成洗涤，在触摸屏上进行参数设置和功能操作，在彩色液晶屏上显示计算后的数据，并通过打印机输出这些数据。

实施例8：

实施例7所述的面粉湿面筋自动检测方法，带有可以实现快速连续拍照、颜色快速准确检测、人员信息及检测信息智能管理的计算机应用软件；应用软件主要包括主控程序、拍摄光照度检测及控制程序、摄像头驱动模块程序、溶液颜色快速识别和归一化分析程序和人员信息管理模块程序。

实施例9：

实施例7或8所述的面粉湿面筋自动检测方法，在拍摄光照度检测及控制程序中采用BP神经网络来实现A/D采样数据与标准光照度值之间的数据拟合实现光照度信号的转换、放大、采集以及光照度大小的控制，使光照度处在一个合理的范围内，使拍摄图像分割阈值和特征的提取更为准确，减小光照度过高或过低都会使颜色的识别发生的偏差。

实施例10：

实施例7或8所述的面粉湿面筋自动检测方法，在溶液颜色快速识别和归一化分析程序中首先将图像进行灰度处理，采用对RGB三分量进行加权平均的方法将彩色图像转换成为灰度图像。然后将灰度图像变换成二值图像，采用了最大熵法来对灰度图像进行二值化处理。接下来进行图像滤波去除图像中的噪声，首先对图像进行纹理分析，然后根据纹理分析的结果决定Nagao滤波器采用何种模板（包括线形模板和矩形模板）在何种方向进行自适应滤波。最后进行图像的识别与检测，先把对标准图像进行非典型二值化处理时记录下分割阈值，将该阈值乘以灵敏度因子之后作为参考阈值备用，然后对图像进行边缘检测找出灰度值发生跃变的像素点，用该像素点的灰度值与参考阈值作比较，如果灰度值小于参考阈值就判别为面粉湿面筋没有完成洗涤，反之就判别为面粉湿面筋完成洗涤，其中边缘检测使用改进的Laplace边缘检测算法。

实施例11：

上述实施例所述的面粉湿面筋自动检测装置，附图1所示的硬件结构，检测装置以3.5英寸单板工业计算机为主控CPU，由它负责整个检测过程的控制和计算。单板计算机采用AMDLX800CPU、AMDLX800+CS5536芯片组设计，最大支持1GB内存，提供一个DDR SO-DIMM插槽最大可支持1GB。音频部分支持Realtek ALC203 with AC97 解码，网络部分提供1个10/100Mbps Single RTL8100C 网络芯片组，具有PC/104 (ISA 总线)扩展槽和看门狗。该主板端口包括Digital IO端口、I/O接口和显示接口，I/O接口： 7个 RS-232，1个 RS-232/422/485，4个 USB 2.0，1个 IDE，显示接口包括一个18-bit 单通道 LVDS和一个24-bit TTL 端口，该主板为8层印刷电路板，采用AT/ATX电源，单5V供电。拍摄图像的摄像头采用MV300UC型彩色工业级摄像头，该摄像头的最高分辨率为2048×1536，最大支持每秒38帧的拍摄速度，信噪比大于43dB，可直接通过USB接口供电，功耗小于1W，支持图像尺寸、曝光时间、白平衡、黑电平等特性可编程，控制方式非常灵活方便。并将急速灵敏度高、性能稳定、功耗低、无闪烁的高亮白色发光二极管作为图像采集的照明光源，为配合摄像头镜头为圆形的特点，设计照明光源为内8颗和外8颗的双环型阵列结构。光照度测控电路选用ADI公司的高精度A/D转换芯片AD974作为转换器件，可选用0V~+4V或0V~+5V或±10V三种可选转换电压范围，比其它ADC转换电压范围要宽；它的精度达到16位，转换速度最高可达到200ksps，足以满足系统对精度和速度的要求，新型ADC芯片AD974与一般ADC芯片相比，仅需单一+5V供电，同时支持内部基准电压和外部基准电压，其外围电路简单，因而可简化电路设计。同时，AD974支持标准SPI接口也易于与单板工业控制计算机连接。可在触摸屏上进行参数设置和功能操作，触摸屏为模拟电阻式、分辨率4096*4096、响应时间<10ms、表面硬度3H、点击寿命250克力度、1000万次、笔划寿命250克力度、100万次、透光率81%以上、通讯端口USB接口、可在-10℃到+60℃的环境下正常工作。在液晶显示器上显示所得结果，并可通过打印机打印出结果。

实施例12：

上述实施例所述的面粉湿面筋自动检测方法，应用软件主要包括主控程序、拍摄光照度检测及控制程序、摄像头驱动模块程序、溶液颜色快速识别和归一化分析程序和人员信息管理模块程序。在拍摄光照度检测及控制程序中研究发明了改进BP神经网络来实现A/D采样数据与标准光照度值之间的数据拟合。可实现光照度信号的转换、放大、采集以及光照度大小的控制，使光照度处在一个合理的范围内、拍摄图像分割阈值和特征的提取更为准确，减小光照度过高或过低都会使颜色的识别发生的偏差。对图像灰度化、二值化、平滑滤波、纹理分析、边缘检测等多种数字图像处理技术进行了综合的比较研究，并参考模式识别的相关理论，提出了一种新的颜色快速识别和归一化的算法。首先将图像进行灰度处理，把彩色图像转换成为灰度图像，采用对RGB三分量进行加权平均得到灰度图像。然后将灰度图像变换成二值图像，采用了最大熵法来对灰度图像进行二值化处理。接下来进行图像滤波去除图像中的噪声，本发明在Nagao滤波器的基础上，提出一种基于纹理分析的图像自适应滤波方法。该方法首先对图像进行纹理分析，然后根据纹理分析的结果决定Nagao滤波器采用何种模板（包括线形模板和矩形模板）在何种方向进行自适应滤波。最后进行图像的识别与检测，本发明提出一种新的快速而有效的溶液颜色识别方法。首先，在对标准图像进行非典型二值化处理时记录下分割阈值，将该阈值乘以灵敏度因子之后作为参考阈值备用；然后，对图像进行边缘检测找出灰度值发生跃变的像素点，用该像素点的灰度值与参考阈值作比较，如果灰度值小于参考阈值就判别为面粉湿面筋没有完成洗涤，否则就判别为面粉湿面筋完成洗涤，其中边缘检测使用改进的Laplace边缘检测算法。此外，该应用软件还能够对所有使用人员的身份信息进行智能化管理，软件每次使用后都可以生成带有使用者身份信息和检测结果信息的报告单，非常便于存储、记录以及打印等人性化的管理。