[发明专利]一种基于硅基多光谱芯片的水果糖度无损检测装置及方法

说明书

本发明一种基于硅基多光谱芯片的水果糖度无损检测装置及方法，涉及苹果糖度无损检测技术领域。检测装置上方设置水果支架，可放置待测水果样品,检测装置内部设置光源、采用硅基多光谱芯片的多光谱相机、检测模块，多光谱相机与检测模块连接并与光源形成一个夹角，多光谱相机采集待测水果样品后的散射多光谱图像数据并输入检测模块，检测模块根据接收的多光谱图像数据检测待测水果样品的糖度。本发明采用的硅基多光谱芯片由硅基晶元制成，具有体积小、重量轻、结构简单、成本低等优点，糖度检测装置操作更为便捷、检测速度更快。本发明的水果糖度检测方法，无需复杂的数学模型和长时间的运算，即可对水果糖度进行相对可靠的分级。

技术领域

本发明涉及苹果糖度无损检测技术领域，尤其涉及一种基于硅基多光谱芯片的水果糖度无损检测装置及方法。

背景技术

我国是世界果树种植大国，很多品种水果产量位居世界前列。随着我国水果消费层次的提高，人们对鲜果质量要求越来越高，不仅要求果实外观好看，还要求内在质量，其中糖度是判断内在质量的一个重要指标。对于水果糖度的检测分为内部检测与外部检测两种方法，其中，内部检测主要依靠化学分析的方法，利用破坏性的方法检测，这种方法更为准确，但耗时、费力且成本高，难以满足快速分级的市场需求；外部检测主要通过肉眼观察的方式看水果的大小、颜色和表皮缺陷等，但这种辨别方法因人而异，缺乏科学性。

可见/近红外光谱技术作为一种无损的检测手段，已被很多研究人员尝试应用于水果质量的检测中：[高荣杰，水果糖度可见/近红外光谱在线检测方法研究[M]，2011]、中国专利文献CN103487396B公开了一种光照参数可调的近红外水果糖度无损检测装置，中国专利文献CN111220568A公开了一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置及方法，并从大量不同质量样品的可见/近红外光谱中进行特征提取，构建模型，实现对水果糖度的无损检测。文献[徐惠荣，基于可见/近红外光谱的水果糖度检测模型优化及应用研究[M]，2010]、[郎雷，水果糖度可见/近红外光谱检测仪的研发[M]，2016]、[温馨，基于深度学习的水果糖度可见/近红外光谱无损检测方法研究]、中国专利文献CN109540836A基于BP人工神经网络的近红外光谱糖度检测方法及系统等。这些检测方法和装置中，核心仪器均为传统光谱仪，导致测试系统具有体积庞大，造价昂贵，另外由于建模需要大量样本，导致检测速度较慢，测试样品范围窄等缺点，不易于广泛推广。

近年来，多光谱图像/高光谱图像的检测方法也在水果糖度检测方面得到的一定的应用：中国专利文献CN105158178B基于高光谱透射技术谱峰面积的脐橙糖度检测快速建模法、中国专利文献CN103472031A一种基于高光谱成像技术的脐橙糖度检测方法、中国专利文献CN101832941A一种基于多光谱图像的水果品质评价装置，这里所谓的高光谱图像技术仍是利用光谱仪与CCD相结合或高光谱成像仪完成，仪器工艺复杂，仍然避免不了高成本的弊端，而多光谱图像技术是采用光谱范围包含可见、红外波段的CCD相机加装带有窄带滤光片轮盘镜头来完成，光谱信息收到硬件局限，且这种检测仪器操作起来也不够便捷。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于硅基多光谱芯片的水果糖度无损检测装置及方法，利用厚度为微米量级的硅基光谱芯片构成多光谱相机，实现水果糖度的快速、无损、高效检测，以解决现有技术的不足。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于硅基多光谱芯片的水果糖度无损检测装置，所述检测装置上方设置水果支架，可放置待测水果样品；检测装置内部设置光源、采用硅基多光谱芯片的多光谱相机、检测模块，所述的多光谱相机与所述检测模块连接；

所述多光谱相机以所述水果支架放置的待测水果样品为原点，多光谱相机与所述光源形成一个夹角；

所述多光谱相机采集经光源照射待测水果样品后的散射多光谱图像数据并输入检测模块，所述检测模块根据接收的多光谱图像数据检测待测水果样品的糖度。