[發明專利]基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202110919468.0
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113686803A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 邵春雨;鄭圣豪;鄒麗敏;劉永猛;孫傳智
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/359;G06K9/46
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

1.一種基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置，其特征在于，包括：裝置機殼、光學設備和配套軟件，其中，

所述裝置機殼包括基座、后殼、卡口結構、手機上下擋板及外脹緊套，所述后殼安裝與所述基座的背面，所述卡口結構嵌入所述后殼，且與預設智能手機的攝像頭對準，所述手機上下擋板安裝在所述基座正面的上方和下方，所述外脹緊套套在所述卡口結構外圍；

所述光學設備包括光學測頭、近紅外激光二極管光源、開關組合及控制電路，所述光學測頭與所述卡口結構旋合，所述近紅外激光二極管光源安裝在所述光學測頭內部，且通過所述控制電路與所述開關組合連接；

所述配套軟件安裝至所述預設智能手機中。

2.根據權利要求1所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置，其特征在于，所述光學測頭上裝有黑色軟橡膠墊，以減少蘋果測點形狀各異而與測頭間存在間隙測頭間存在間隙。

3.根據權利要求1所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置，其特征在于，所述近紅外激光二極管光源包括四種不同波長且并聯的近紅外激光二極管，其中，波長分別為：830nm、850nm、905nm和980nm。

4.根據權利要求1所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置，其特征在于，所述光學測頭采用階梯孔設計放置所述近紅外激光二極管光源，以對四種近紅外激光二極管進行限位，保證四種近紅外激光二極管相對所述光學測頭整體位置不變。

5.根據權利要求1所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置，其特征在于，所述開關組合包括四個按鍵，每個按鍵分別控制四種不同波長的近紅外激光二極管，用戶通過依次按下四個按鍵，完成四個波長下漫反射圖像的采集。

6.根據權利要求1所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置，其特征在于，所述光學設備還包括：

4.5V供電設備，安裝于所述后殼上，用于為所述近紅外激光二極管光源提供電能。

7.一種基于智能手機的蘋果糖度無損測量方法，其特征在于，基于權利要求1-6中任一項所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量裝置，包括以下步驟：

步驟S1，使用所述預設智能手機下載配套軟件，再將所述預設智能手機放置在所述裝置機殼中，其中，所述預設智能手機的攝像頭對準所述卡口結構；

步驟S2，準備多個同品種蘋果，并分別標記所述多個同品種蘋果的樣本點；

步驟S3，將所述光學測頭分別對準樣本點，并依次按下所述四個按鍵，使四種近紅外激光二極管依次照射樣本點，同時使攝像頭依次拍攝四種波長多光譜圖像；

步驟S4，將所述四種波長上傳至所述配套軟件中進行處理，得到蘋果糖度值。

8.根據權利要求7所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量方法，其特征在于，所述配套軟件中包括圖像處理模塊和糖度預測模型，其中，

所述圖像處理模塊，用于處理樣本點的四種波長原始圖像，得到圖像亮斑灰度值平均值；

所述糖度預測模型，用于根據所述圖像亮斑灰度值平均值預測所述樣本點的蘋果糖度值。

9.根據權利要求8所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量方法，其特征在于，所述圖像處理模塊的工作過程為：

對所述四種波長多光譜圖像進行灰度處理，得到灰度圖像；

利用大津法對所述灰度圖像進行閾值計算，以對所述灰度圖像進行二值化處理，得到亮斑外輪廓；

對所述亮斑外輪廓進行填充，并將填充后的圖像二值化，遍歷圖像所有像素點，提取其中為填充色的像素點，記錄其坐標；

根據所述坐標提取對應的原圖上的灰度值，求和后計算平均值，得到圖像亮斑灰度值平均值。

10.根據權利要求8所述的基于智能手機的蘋果糖度無損測量方法，其特征在于，采用現有有損糖度檢測儀對樣本點的糖度值進行檢測，獲得已知糖度值；將所述圖像處理模塊會的四個灰度值與所述已知糖度值構建成樣本點數據集，使用全連接神經網絡對所述樣本點數據集進行擬合，獲得所述糖度預測模型。