[发明专利]一种基于多波段LED阵列的谷粒分类方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及了多光谱检测领域，特别涉及了一种基于多波段LED阵列的谷粒分类方法及系统，利用多光谱技术检测目标物内部成分含量，属于光学无损检测技术领域。

背景技术

玉米作为禾本科、玉蜀黍属一年生高大草本，是世界上分布最广泛的粮食作物之一，种植面积仅次于小麦和水稻而居第三位，是人类社会生存和发展的重要粮食作物和重要饲料来源，也是全世界总产量最高的粮食作物。玉米被广泛用于口粮消费、牲畜饲料的原料、化学产品的原材料。

近年来，优良的杂交玉米品种越来越得到人们的重视，而与此同时，伴随着假玉米种子坑农、害农事件的不断发生，玉米品种的鉴别成为了保障农业生产的一个重要问题。另外，品种鉴别对新品种的培育也起着积极的作用。所以对玉米的品质品种进行准确、无损、高效的检测分类是十分有必要的。

现有多光谱的研究和应用最多的是近红外光谱分析，其原理是不同基团产生的光谱在吸收峰位置和强度都有显著差异，并随样品组成的变化其光谱特征也发生变化。而粮食中含有蛋白质、脂肪、糖、淀粉和纤维等有机成分，他们在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定的吸收特征，这些吸收特征为近红外光谱定量分析提供了依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多波段LED阵列的谷粒分类方法及系统，使用多波段LED阵列作为光源，可用于不同检测目标及检测成分谷粒的分类。

本发明采用如下技术方案：

一、一种基于多波段LED阵列的谷粒分类方法，包括如下步骤：

向在输送中的谷粒发射多次入射光，经谷粒漫反射后通过硅光电池接收光信号并转换为电信号，获得不同波长下的光强电压信号，将光强电压信号通过通过预设的分类模型处理转换为该谷粒的分类结果，根据分类结果对被测谷粒进行分类。

所述发射多次入射光为依次发射不同峰值波长的光。

所述的光强电压信号是由硅光电池通过光电效应生成的光电流经集成运算放大器的比例放大转换获得，集成运算放大器可采用如图4所示的电路。

所述的入射光的各个峰值波长均在硅光电池的相对光谱灵敏度范围内，使得硅光电池在所有使用的LED波长下均有光电效应。

所述不同峰值波长需根据谷粒检测目标的不同和谷粒检测成分的不同而定。

所述集成运算放大器的比例放大电路的放大倍数需要根据硅光电池对反射光的响应灵敏度进行选择，使得放大后的电压在一个适宜的区间。

所述分类模型的建立方法以及分类参数的选择需根据不同建模方法的实际效果进行选择和使用。

二、一种基于多波段LED阵列的谷粒分类系统：

包括传送机构，用于输送谷粒至分类操作机械机构上方；传送机构包括输送带、直流减速电机和固定台，固定台上开有一道矩形槽，输送带安装在矩形槽内，输送带的主动轮连接直流减速电机的输出轴，由直流减速电机带动输送带运动，分类操作机械机构位于输送带出口处的矩形槽正下方；

包括光强检测采集装置，位于传送机构正上方，向谷粒发射光并将采集获得谷粒反射的光强电压信号传送到单片机；

包括单片机，光强检测采集装置经单片机连接分类操作机械机构，将谷粒反射的光强电压信号处理转换为谷粒的分类信号；

包括分类操作机械机构，由单片机传送来的分类信号对传送机构传送来的谷粒执行谷粒分类操作，进行分拣；分类操作机械机构包括舵机和分向板，舵机的输出轴与分向板连接，分向板位于输送带出口处的矩形槽的正下方。

光强检测采集装置包括多波段LED阵列、印刷电路板和反射光强信号采集系统，多波段LED阵列和反射光强信号采集系统均安装在印刷电路板的底面，印刷电路板位于传送机构的输送带正上方，反射光强信号采集系统位于多波段LED阵列的中心。

多波段LED阵列和反射光强信息采集系统均焊接在印刷电路板上，然后安装在检测平台顶部，同时需将印刷电路板围起形成暗室环境，消除环境光对检测过程的干扰；输送带用于将被测目标从暗室环境外送至暗室内的聚焦镜头下，输送带及镜头视野内背景选择黑色，以此来减少背景反射光的干扰并降低反射光信号的噪音干扰。

反射光强信息采集系统包括硅光电池、聚焦镜头和集成运算放大器，聚焦镜头竖直向下安装，并使聚焦镜头的焦点位于硅光电池的照射敏感区，硅光电池固定在印刷电路板底面，硅光电池经集成运算放大器连接单片机，集成运算放大器可采用如图4所示的电路。