[发明专利]大曲品质检测嵌入式高光谱智慧型测控系统

说明书

本发明申请属于机器视觉技术领域，具体公开了一种大曲品质检测嵌入式高光谱智慧型测控系统，包括SOCFPGA嵌入式设备、标定板数据库、离线主机、无线通讯模块、高光谱相机、光源、数据存储(DDR)模块、现场主控制器、现场分控制器、现场执行机构。本方案主要应用在固态酿造中对大曲发酵的监测控制过程中，解决了传统上依赖人工经验进行判断大曲发酵过程的测控方法存在现场工作环境恶劣、数据采集慢、检测速度慢、检测精度差、无法实时检测、控制时机不准确的问题。

技术领域

本发明属于机器视觉领域，具体涉及ARM+FPGA的SOCFPGA智能嵌入式系统、深度学习算法-YOLOV4对固态酿造中曲房大曲高光谱数据采集与加速处理系统。

背景技术

大曲在我国酿酒行业特别是固态酿造扮演着重要作用，大曲发酵的质量好坏直接影响了成品酒的品质。大曲的发酵过程是一个多阶段的复杂过程，不同的发酵阶段需要不同的发酵环境，而大曲在不同的发酵阶段会发生菌落、水分含量、气味等的变化，并且目前大曲发酵过程的控制主要以人工为主导，有经验的工人师傅每隔一段时间进入大曲发酵曲房，通过查看大曲外观和闻大曲气味来判断大曲发酵阶段，并以此为依据做出相应控制决策改变大曲发酵环境。

随着科学技术进步与发展，食品行业也在向着规模化、规范化、先进化发展，这种高度依赖人工经验的大曲发酵过程测控方法存在现场工作环境恶劣、数据采集慢、检测速度慢、检测精度差、无法实时检测、控制时机不准确的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大曲品质检测嵌入式高光谱智慧型测控系统，以解决传统上依赖人工经验进行判断大曲发酵过程的测控方法存在现场工作环境恶劣、数据采集慢、检测速度慢、检测精度差、无法实时检测、控制时机不准确的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

大曲品质检测嵌入式高光谱智慧型测控系统，包括SOCFPGA嵌入式设备、标定板数据库、离线主机、无线通讯模块、高光谱相机、光源、数据存储(DDR)模块、现场主控制器、现场分控制器、现场执行机构，高光谱相机与光源相连接，高光谱相机与SOCFPGA嵌入式设备相连接，SOCFPGA嵌入式设备通过无线通讯模块与离线主机相连接，离线主机与标定板数据库相连接，SOCFPGA嵌入式设备通过无线通讯模块与现场主控制器相连接，现场主控制器通过无线通讯模块与现场分控制器相连接，现场分控制器与现场执行机构相连接；

大曲高光谱数据利用SOCFPGA嵌入式设备加速处理的过程是通过在FPGA内编写处理高光谱数据的硬件电路来实现的，具体为：利用SOCFPGA嵌入式设备对三维小波聚类的算法进行加速设计，找出与大曲气味相关的特征波段，通过处理大曲光谱数据获取大曲气味的智能化气味识别，寻找特征波段的具体聚类过程如下：a、输入大曲高光谱数据；b、选择三个特征波段；c、运用三维小波聚类算法进行聚类；d、判断聚类结果是否将含特殊气味的大曲筛选为一类，结果未满足预期则重复执行b-d步骤，直至将特征气味大曲筛选为一类，此时筛选的特征波段为大曲气味的特征波段；通过YOLOV4网络在不同波段预测大曲发酵特征,利用YOLOV4网络预测大曲高光谱图像信息：a、通过标注训练得到能够在可见光波段图像信息中预测穿衣、火圈、裂纹特征的YOLOV4-0网络；b、在近红外波段图像信息的数据标注过程中，通过可视化云图的方式记录大曲中水分含量、酸度和微生物的分布位置和大小信息，进行样本标注和训练，得到能够识别定位高光谱近红外波段图像数据中预测水分含量、酸度等特征的YOLOV4-1网络，通过SOCFPGA嵌入式设备加速YOLOV4-0、YOLOV4-1两个网络，同时对大曲高光谱图像信息进行处理，预测大曲的发酵特征；

高光谱相机通过千兆网线与SOCFPGA嵌入式设备相连接，通过SOCFPGA嵌入式设备执行软触发方式控制高光谱相机采集大曲高光谱数据；

数据存储模块与数据先入先出缓冲电路模块相连接，数据先入先出缓冲电路模块与SOCFPGA嵌入式设备相连接，大曲高光谱数据存储在存储模块中，由数据先入先出缓冲电路逐行送入SOCFPGA嵌入式设备中的FPGA芯片中进行运算处理；