基于太赫兹时域透射成像技术的葵花籽内部品质无损检测研究
发布时间：2021-10-22 06:27
葵花籽壳内籽仁的品质直接影响产出食用油的质量,利用太赫兹时域透射成像技术,结合形态学滤波和K-均值图像分割的方法,对葵花籽破损粒、虫蚀粒、空壳粒三种异常样本进行带壳无损检测,实现对葵花籽壳内品质的探索研究。参考国家标准和前人经验制备破损粒、虫蚀粒和空壳粒三种带壳葵花籽样本,利用太赫兹时域光谱仪TeraPulse 4000及透射成像附件,以0.2 mm的分辨率分别采集上述三种异常样本的光谱图像,并采集一颗正常葵花籽的光谱图像作为参照,以峰峰值成像的方式对四种葵花籽太赫兹图像进行重构。通过太赫兹图像可初步判断壳内籽仁的形态,但仍存在对比度低、边缘信息模糊等问题,需要进一步优化处理。采用形态学滤波算法对葵花籽的太赫兹图像进行滤波,选择边长为3的平坦型菱形结构元素作为核对图像进行一次膨胀,再计算图像的外部梯度,完成对图像的滤波处理;将形态学滤波结果分别与中值滤波、均值滤波和非局部均值滤波结果进行比较,对比发现,形态学滤波不仅保证了图像的清晰度,保留了边缘信息,同时能使葵花籽样本与背景之间存在明显界限,有利于后续进行图像分割处理。为了更加准确的检测葵花籽籽仁的形态,对滤波后图像进行图像分割。采用...
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(11)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
葵花籽样品图
实验仪器采用剑桥Tera View公司生产的太赫兹时域脉冲光谱仪, 型号为TeraPulse 4000, 如图2(a)所示, 成像方式为脉冲成像, 可发射频率从60 GHz到4 THz(2～133 cm-1)的太赫兹波, 信噪比最高可达到70 dB。 图像数据采集部分利用太赫兹透射成像附件进行, 如图2(b)所示, 其扫描范围为20 mm×20 mm。1.3 光谱图像采集
太赫兹图像不仅包含样品的空间信息, 也包括样品时间轴上的信息, 图像中的每个像素点代表一条光谱。 通过太赫兹透射成像附件扫描所得样本的太赫兹图像如图3所示, 观察葵花籽的太赫兹图像可发现, 葵花籽内部籽仁的形态可初步分辨, 但仍存在分辨率较低, 边缘不明确的问题。此外, 葵花籽的不同位置成像后颜色不同, 以虫蚀粒为例, 对比籽仁部分和外壳部分太赫兹光谱可以发现有明显区别, 如图4所示。 籽仁主要成分为脂肪和蛋白质, 所得太赫兹光谱曲线图有明显的两个峰, 并且籽仁部分相比空壳部分较厚, 对太赫兹波的吸收较强, 因此太赫兹信号的强度最大只达到2左右; 空壳部分为干燥的木质化外壳, 对太赫兹信号吸收较少, 太赫兹信号的强度最大可达到5左右。 由于不同位置物质不同, 对太赫兹光的吸收强度不同, 太赫兹光透射率不同, 最终探测到返回的信号强度不同, 使得重构后图像的不同位置有明显的颜色差异。 因此, 通过对葵花籽的太赫兹图像进行分析处理, 实现对葵花籽品质的带壳无损检测是可行的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]形态学滤波和改进PCNN的NSST域多光谱与全色图像融合[J]. 焦姣,吴玲达. 中国图象图形学报. 2019(03)
[2]Lab空间的改进k-means算法彩色图像分割[J]. 霍凤财,孙雪婷,任伟建,杨迪,于涛. 吉林大学学报(信息科学版). 2019(02)
[3]利用太赫兹时域光谱定性鉴别不同品种的苜蓿的研究（英文）[J]. 王芳,郭帅,赵景峰,夏红岩,宝日玛,詹洪磊,王嘉妮. 光谱学与光谱分析. 2018(11)
[4]基于太赫兹透射谱的中药材特征提取方案[J]. 赵峰,李静玲,袁敏杰,叶佳声,张岩,忻向军. 太赫兹科学与电子信息学报. 2018(02)
[5]室内人体隐匿物被动太赫兹成像研究进展[J]. 丁丽,丁茜,叶阳阳,朱亦鸣. 中国光学. 2017(01)
[6]葵花主产国葵花籽及其油脂质量探讨[J]. 罗寅,杜宣利,杨帆,徐振山,张羽霄,唐佳芮. 粮食加工. 2017(01)
[7]太赫兹技术在文化遗产领域的应用进展[J]. 周萍,齐扬,李赜宇,李磊,周逊. 文物保护与考古科学. 2016(04)
[8]一种基于低场核磁共振技术的葵花籽品质快速鉴定方法[J]. 李艳茹,高兴盛,吴晶. 分析试验室. 2016(07)
[9]基于同态滤波和K均值聚类算法的杨梅图像分割[J]. 徐黎明,吕继东. 农业工程学报. 2015(14)
[10]在均匀颜色空间中实现彩色图像的颜色量化[J]. 任智斌,隋永新,杨英慧,杨怀江. 光学精密工程. 2002(04)
本文编号：3450554
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(11)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
葵花籽样品图
实验仪器采用剑桥Tera View公司生产的太赫兹时域脉冲光谱仪, 型号为TeraPulse 4000, 如图2(a)所示, 成像方式为脉冲成像, 可发射频率从60 GHz到4 THz(2～133 cm-1)的太赫兹波, 信噪比最高可达到70 dB。 图像数据采集部分利用太赫兹透射成像附件进行, 如图2(b)所示, 其扫描范围为20 mm×20 mm。1.3 光谱图像采集
太赫兹图像不仅包含样品的空间信息, 也包括样品时间轴上的信息, 图像中的每个像素点代表一条光谱。 通过太赫兹透射成像附件扫描所得样本的太赫兹图像如图3所示, 观察葵花籽的太赫兹图像可发现, 葵花籽内部籽仁的形态可初步分辨, 但仍存在分辨率较低, 边缘不明确的问题。此外, 葵花籽的不同位置成像后颜色不同, 以虫蚀粒为例, 对比籽仁部分和外壳部分太赫兹光谱可以发现有明显区别, 如图4所示。 籽仁主要成分为脂肪和蛋白质, 所得太赫兹光谱曲线图有明显的两个峰, 并且籽仁部分相比空壳部分较厚, 对太赫兹波的吸收较强, 因此太赫兹信号的强度最大只达到2左右; 空壳部分为干燥的木质化外壳, 对太赫兹信号吸收较少, 太赫兹信号的强度最大可达到5左右。 由于不同位置物质不同, 对太赫兹光的吸收强度不同, 太赫兹光透射率不同, 最终探测到返回的信号强度不同, 使得重构后图像的不同位置有明显的颜色差异。 因此, 通过对葵花籽的太赫兹图像进行分析处理, 实现对葵花籽品质的带壳无损检测是可行的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]形态学滤波和改进PCNN的NSST域多光谱与全色图像融合[J]. 焦姣,吴玲达. 中国图象图形学报. 2019(03)
[2]Lab空间的改进k-means算法彩色图像分割[J]. 霍凤财,孙雪婷,任伟建,杨迪,于涛. 吉林大学学报(信息科学版). 2019(02)
[3]利用太赫兹时域光谱定性鉴别不同品种的苜蓿的研究（英文）[J]. 王芳,郭帅,赵景峰,夏红岩,宝日玛,詹洪磊,王嘉妮. 光谱学与光谱分析. 2018(11)
[4]基于太赫兹透射谱的中药材特征提取方案[J]. 赵峰,李静玲,袁敏杰,叶佳声,张岩,忻向军. 太赫兹科学与电子信息学报. 2018(02)
[5]室内人体隐匿物被动太赫兹成像研究进展[J]. 丁丽,丁茜,叶阳阳,朱亦鸣. 中国光学. 2017(01)
[6]葵花主产国葵花籽及其油脂质量探讨[J]. 罗寅,杜宣利,杨帆,徐振山,张羽霄,唐佳芮. 粮食加工. 2017(01)
[7]太赫兹技术在文化遗产领域的应用进展[J]. 周萍,齐扬,李赜宇,李磊,周逊. 文物保护与考古科学. 2016(04)
[8]一种基于低场核磁共振技术的葵花籽品质快速鉴定方法[J]. 李艳茹,高兴盛,吴晶. 分析试验室. 2016(07)
[9]基于同态滤波和K均值聚类算法的杨梅图像分割[J]. 徐黎明,吕继东. 农业工程学报. 2015(14)
[10]在均匀颜色空间中实现彩色图像的颜色量化[J]. 任智斌,隋永新,杨英慧,杨怀江. 光学精密工程. 2002(04)
本文编号：3450554
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