面粉麸星自动检测装置 所属技术领域
本发明涉及一种面粉麸星的自动检测装置，尤其是一种放置于面粉生产线上的，或者面粉厂质量监测室内的，用于面粉麸星的实时或快速自动装置。
背景技术
面粉麸星是指成品面粉中可见的(用肉眼能识别的)颜色明显黑于面粉的斑点，其主要成分是小麦加工面粉过程中未分离出去的小麦麸皮，也有未清理干净的荞麦皮、草籽皮，甚至还有大小、比重与小麦相近的黑石块、煤渣等。面粉麸星的单个大小和数量多少不但影响面粉的纯度与白度，也将影响面粉生产工艺过程其他相关指标如：出粉率、粉中含麸率、面粉等级等。更可衡量面粉生产过程中清理是否干净、磨粉机搭配调整是否得当、筛理匹配是否合理等。从中还可得出小麦制粉工艺及设备是否先进、操作是否合理等。由于我国的面粉食用是以蒸煮为主，消费者也十分在意面粉麸星的单个大小和数量多少。面粉中麸星的含量多少是面粉质量等级评定的一个重要指标，也是反映面粉生产工艺水平的重要指标。
由于面粉麸星的面积虽然小、数量多，在白色的面粉中十分明显，特别是在蒸好的馒头中更是清晰可见，但我们却很难将其准确数量化。我们只能评价哪种面粉的麸星(如特一粉、特二粉、标准粉)高中低、多和少，至于高是多少、低是多少都很难将其准确定量表述。全国各地的面粉厂和面粉检验机构都是用国家粮食检验方面的专家每年(或半年)凭感官评出(只有面粉麸星凭感官，其他参数都有国家标准、检验方法、检验设备等详细要求)的等级面粉小样与要检验的面粉进行比较，给出某种面粉麸星是否超标而定该面粉的质量和等级，速度慢、误差较大。
“面粉麸星自动检测装置”是基于计算机视觉技术的实时、快速、自动检测面粉麸星含量的仪器。可用于面粉生产企业的在线监测，使其能实时监测面粉生产情况，同时也可以做为面粉检测机构的检测仪器，用于检测送检面粉样品的麸星含量。
麸星的识别和测量是建立在数字图像处理和模式识别相关理论基础上的。用摄像头实时或快速拍摄面粉图像，面粉图像经图像采集卡转换成数码图片送入计算机，经过面粉麸星识别与计算软件系统计算出面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小等。面粉麸星识别与计算软件系统的实现算法主要包括面粉图像的预处理和麸星的识别与测量算法。图像的预处理中首先将CCD摄像头采集的RGB真彩色面粉麸星图像转换为灰度图像，然后采用了中值滤波、高斯滤波、形态学滤波、拉普拉斯锐化、边缘检测等算法对图像处理的影响，最终采用高斯平滑滤波加上拉普拉斯锐化的处理算法。在预处理的基础上对图像中的麸星进行检测，采用包括投影法，差影法、模板匹配法、线性判别法、K均值聚类法等各种方法。最后借鉴阈值分割和模板匹配法的思路，利用麸星与面粉灰度值不同的特点，采用将面粉图像分成多个小块的方法，对单个小块计算灰度值求得图像的最佳阈值，计算图像中麸星的数目和大小。在此基础上，对图像进行对比度分析，完成麸星相关信息获取工作，在显示设备上显示获得的数据，完成了麸星的定量检测工作。
该系统主要从三个方面检测面粉的质量：面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小。
【发明内容】
本发明的目的是要解决实时或快速定量检测面粉中的麸星含量的问题，提供一种直接显示面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小的装置，让面粉厂随时掌握面粉质量情况、生产工艺、设备及操作是否正常等。同时也可用于面粉厂质量监测室或面粉质量检测机构快速检测面粉麸星含量。
本发明是采用如下方案实现的：用摄像头实时或快速拍摄面粉图像，为了使拍摄面粉图像不受其他光线影响，摄像头前自配LED图像采集照明灯，面粉图像经嵌入式图像采集卡(板卡符合PC/104-PLUS标准，尺寸为90*96毫米)转换成数码图片送入3.5英寸单板工业控制计算机，经过面粉麸星识别与计算软件系统计算出面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小等。面粉麸星识别与计算软件系统的实现算法主要包括面粉图像的预处理和麸星的识别与测量算法。图像的预处理中首先将CCD摄像头采集的RGB真彩色面粉麸星图像转换为灰度图像，然后采用了中值滤波、高斯滤波、形态学滤波、拉普拉斯锐化、边缘检测等算法对图像处理的影响，最终采用高斯平滑滤波加上拉普拉斯锐化的处理算法。在预处理的基础上对图像中的麸星进行检测，采用包括投影法，差影法、模板匹配法、线性判别法、K均值聚类法等各种方法。最后借鉴阈值分割和模板匹配法的思路，利用麸星与面粉灰度值不同的特点，采用将面粉图像分成多个小块的方法，对单个小块计算灰度值求得图像的最佳阈值，计算图像中麸星的数目和大小。在此基础上，对图像进行对比度分析，完成麸星相关信息获取工作，在液晶显示屏上显示获得的数据，如面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小，最终完成了麸星的定量检测工作，同时也可由打印机输出这些数据。参数设置和功能操作均在触摸屏上实现。
上述摄像头采用50-150万像素工业摄像头，20-50帧/秒，最低照度为1LUX，8-16mm手动镜头，固定光圈，DC12V供电，视频输出。
上述LED图像采集照明灯为可调亮度的4LED白光灯，LED为大光斑(散光)型，位于摄像头前的镜头后，为摄像头提供5-50LUX的泛光照明。
上述嵌入式图像采集卡尺寸为90x 96毫米，插叠使用时两板间距为15毫米，有104针ISA总线和120针PCI总线，接口符合PC/104-PLUS标准，有双路视频和音频输入，图像采采集速度25帧/秒，最高精度为768x 576。可在Windows和Linux运行。
上述3.5英寸单板工业控制计算机采用AMD LX800CPU，采用VIACLE266+VT8235芯片组设计。板载256MB内存，提供一个DDR SO-DIMM插槽，支持DDR266/200(PC2100/1600)内存，最大容量达512MB。采用AC97音频芯片，支持AC97音频解码和兼容AC972.1，提供1个板载10MBaseT/100MBase TX网卡，支持扩展的USB2.0(Universal Serial Bus Specification Revision 2.0)，USB2.0提供比USB 1.1更高的带宽。该主板集成了一整套的I/O端口，包括一个MINI IDE接口，一个CF插槽，一个PC104+接口，键盘和鼠标输入端口，四个串行端口，一个并行端口，一个LVDS 24-bit LCD端口、一个Digital IO端口、一个FIR红外端口和两个USB端口，集成AGP显示卡内建AGP4X高效能图形加速卡共享显存16/32/64MB，LCD最大分辨率1024x768，CRT最大分辨率1400x1050。该主板为8层印刷电路板，采用AT电源，单5V供电，主板尺寸为：165mm x 115mm x 34mm。
上述液晶显示屏为6.4或8.1英寸双灯高亮工业彩色液晶屏，接口方式LVDS。可在户外阳光直射下清晰显示图象，显示屏亮度可以达到1200nits，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640x 480。
上述触摸屏类型为八线模拟电阻式，分辨率4096x 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。
上述打印机为用户选配微型打印机，可配TP-POS58G、ZQ AB220K、EPSONTM220等通用串口打印机。
本发明的效果是：实时或快速检测面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小。为面粉厂质量监控产品质量或面粉质量检测机构快速检测面粉麸星含量提供依据。
【附图说明】
图1为本发明面粉麸星自动检测装置的系统方框图；
图2为本发明面粉麸星自动检测装置嵌入式图像采集卡方框图
图3为本发明面粉麸星自动检测装置3.5英寸单板工业控制计算机示意图；
图4为本发明的摄像头与LED图像采集照明灯安装示意图。
对各幅附图中的标号说明如下：
1-面粉铰龙或面粉样品；2-摄像头；3-可调亮度的LED图像采集照明灯；4-嵌入式图像采集卡；5-3.5英寸单板工业控制计算机；6-面粉麸星识别与计算软件系统；7-液晶显示屏；8-触摸屏；9-打印机；10-透明玻璃；11-摄像头镜头；12-LED图像采集照明灯亮度控制器。
具体实施方案：
下面根据附图对本面粉麸星自动检测装置的具体内容做详细介绍。
如图1中所示，用摄像头3通过透明玻璃10实时或快速拍摄面粉铰龙或面粉样品1形成面粉图像，为了使拍摄面粉图像不受其他光线影响，摄像头前自配带有LED图像采集照明灯亮度控制器12的LED图像采集照明灯3，面粉图像经尺寸为90x 96毫米、插叠使用时两板间距为15毫米、有104针ISA总线和120针PCI总线、接口符合PC/104-PLUS标准、有双路视频和音频输入、图像采采集速度25帧/秒，最高精度为768x 576、可在Windows和Linux运行的嵌入式图像采集卡4转换成数码图片送入采用AMD LX800CPU、采用VIA CLE266+VT8235芯片组设计、板载256MB内存、提供一个DDR SO-DIMM插槽、支持DDR266/200(PC2100/1600)内存、最大容量达512MB、采用AC97音频芯片、支持AC97音频解码和兼容AC972.1、提供1个板载10MBaseT/100MBase TX网卡、支持扩展的USB2.0(Universal Serial Bus Specification Revision 2.0)、该主板集成了一整套的I/O端口、包括一个MINI IDE接口、一个CF插槽、一个PC104+接口、键盘和鼠标输入端口、四个串行端口、一个并行端口、一个LVDS 24-bit LCD端口、一个Digital IO端口、一个FIR红外端口和两个USB端口、集成AGP显示卡内建AGP4X高效能图形加速卡共享显存16/32/64MB、LCD最大分辨率1024x768、CRT最大分辨率1400x1050、该主板为8层印刷电路板、采用AT电源、单5V供电、主板尺寸为：165mm x 115mm x 34mm的3.5英寸单板工业控制计算机5，经过面粉麸星识别与计算软件系统6计算出面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小等。面粉麸星识别与计算软件系统的实现算法主要包括面粉图像的预处理和麸星的识别与测量算法。图像的预处理中首先将CCD摄像头采集的RGB真彩色面粉麸星图像转换为灰度图像，然后采用了中值滤波、高斯滤波、形态学滤波、拉普拉斯锐化、边缘检测等算法对图像处理的影响，最终采用高斯平滑滤波加上拉普拉斯锐化的处理算法。在预处理的基础上对图像中的麸星进行检测，采用包括投影法，差影法、模板匹配法、线性判别法、K均值聚类法等各种方法。最后借鉴阈值分割和模板匹配法的思路，利用麸星与面粉灰度值不同的特点，采用将面粉图像分成多个小块的方法，对单个小块计算灰度值求得图像的最佳阈值，计算图像中麸星的数目和大小。在此基础上，对图像进行对比度分析，完成麸星相关信息获取工作，在6.4或8.1英寸双灯高亮工业彩色液晶屏、接口方式LVDS、可在户外阳光直射下清晰显示图象、显示屏亮度可以达到1200nits、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640x 480的液晶显示屏7上显示获得的数据，如面粉中麸星的数目、麸星所占面粉的比例、面粉中各个麸星的大小，最终完成了麸星的定量检测工作，同时也可由打印机9输出这些数据。参数设置和功能操作均在八线模拟电阻式、分辨率4096x 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接口的触摸屏8上实现。
图2为本发明面粉麸星自动检测装置嵌入式图像采集卡方框图
图3为本发明面粉麸星自动检测装置3.5英寸单板工业控制计算机示意图；
如图4所示，LED图像采集照明灯亮度控制通过LED图像采集照明灯亮度控制器12调节4个LED白光灯的亮度，LED为大光斑(散光)型，位于摄像头前镜头后，为摄像头提供亮度可调的泛光照明。