[发明专利]基于红外热成像技术的脐橙表面烘干监控方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于红外热成像技术的脐橙表面烘干监控方法及装置，属农林产品产后处理控制技术领域。

背景技术

脐橙品质优良、无籽多汁、色泽鲜艳、营养丰富、含有人体所必需的各类营养成份，是世界各国竞相栽培的柑桔良种。脐橙生产对气候要求严格，全世界能生产脐橙的地方十分有限，主要集中在地中海气候类型的美国加州、欧洲的西班牙、南半球的南非和澳大利亚、中国的湘南—桂北—赣南等地。

脐橙在进入流通前，一般要进行科学的检测、严格的清洗、打蜡、烘干、筛选、分级、规范化包装等商品化处理手段，以提高外观质量和贮藏保鲜能力。事实上，科学的产后处理措施可以大大增强脐橙的市场竞争能力和适时销售的潜力。以我国著名脐橙——赣南脐橙为例，与美国脐橙相比，其可溶性固形物含量高1-2个百分点，与日本脐橙相比，其可溶性固形物含量高1-3个百分点，由于品质优良，风味浓郁，富有香气，深受欢迎。然而从香港的脐橙价格可以看出我国脐橙的价格劣势：2002年初，我国脐橙经过包装运输达到香港后大约为5.4元/公斤，而美国的脐橙到香港后达到10元/公斤以上。我国脐橙采后处理技术与世界水平还有相当大的差距，面对入世后国外水果的冲击，迫切需要提高我国柑桔类水果的产后处理技术，改善柑桔类水果表面质量，以提高产业竞争力。

目前在国内，水果产后处理手段相对落后。特别是在脐橙分选之前打蜡抛光后的表面烘干技术一直被人们忽视。目前常用到的烘干箱由于对箱体内部的水果缺乏有效的状态监控，常常造成部分水果表面出现过热损伤甚至出现异味现象，而部分水果表面却依旧有大量水分残留，蜡质层不完整继而引起腐烂，对脐橙日后的存储及销售造成极大的隐患。因此，对脐橙表面烘干进行实时精确监控是脐橙品质检测前一项很有必要的内容。

红外热成像技术对温度具有高敏感性，是一种非接触、不破坏、实时、快速检测监控方法，能检测小于0.1℃的温度变化。针对目前脐橙表面烘干过程中出现过热损伤或水分残留蜡质不全等现象，运用高分辨率的红外热像仪，快速准确测定脐橙表面温度变化，并同步监测环境因子(温度、气流)和脐橙表面烘干状况，及时发现异常区域，以调整环境因子，从而达到均匀无损伤的烘干目的。

本发明申请人曾公开了一种基于红外热成像技术的水果表面早期缺陷检测方法及装置(公开号CN101713747A)，该发明将水果表面信息转换为一维温度信息，并结合图像信息，能很好地实现水果表面早期缺陷的检测，为水果的精细分级创造了条件。

发明内容

本发明的目的是，根据现有的水果烘干设备在精确烘干及过程监控等方面的不足，本发明提供一种基于红外热成像技术的脐橙表面监控方法和装置，在两对带有螺旋槽且旋向相反的辊子带动下，脐橙一边翻滚一边受到外部热空气激励，采用红外热像仪获取脐橙表面的红外辐射信息，经过图像处理及曲线拟合后，由计算机精确调控驱动及加热装置，使待烘干样品表面温度更加均匀，以防止脐橙表面过热损伤或水分残留，有利于脐橙后续的标准化分级。

本发明的技术方案是，本发明方法通过基于红外热成像技术的水果近表缺陷在线检测装置来实现。

本发明所述的方法为：

(1)在两对带有螺旋槽且旋向相反的辊子带动下，脐橙一边翻滚一边受到外部热空气激励，在脐橙沿辊子边翻滚边被加热过程中，利用安置在辊子正上方的中红外热像仪获取脐橙表面特定区域的红外辐射信息，同时记录该区域的温度变化情况。

(2)对获取的脐橙热图像进行图像滤波、图像增强、图像分割后实现红外辐射异常区域的分离，对记录的特定点的温度值进行曲线拟合，得到脐橙圆周方向的温度轮廓曲线。

由于过热区域较正常区域的红外辐射强烈，反映在热图像上的特征是过热区的灰度明显偏大，可以通过图像滤波、图像增强、阈值分割来提取目标区域；反映到温度特征曲线上则是过热区域的温度值平均值、标准差值明显大于正常区域，由此在温度轮廓图上形成波峰。同理，水分残留区域由于处于欠烘干状态，其热图像的灰度稍低于正常区域，温度值也小于正常表面温度值，在温度轮廓线上容易形成波谷。

(3)由目标区域的热图像及温度轮廓线可以确定脐橙表面的烘干状态以及出现过热或欠烘干的区域大小和位置。

(4)计算机在识别脐橙表面热状态后，烘干箱内的温度调控是通过控制器调整辊子转速、电阻丝的电流以及鼓风机风速，使待烘干样品表面温度更加均匀，防止脐橙表面过热损伤或水分残留，最终达到均匀化烘干。