任曉娜（成都紡織高等專科學(xué)校，四川成都610000）

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基于光學(xué)傳感器的茶葉色選機(jī)應(yīng)用技術(shù)分析

任曉娜
（成都紡織高等?？茖W(xué)校，四川成都610000）

摘要：茶葉色選機(jī)是指利用茶葉相關(guān)的光學(xué)傳感器成像信息技術(shù)從中得到的像素，對(duì)相關(guān)種類的茶葉不良品實(shí)施去除的一系列功能的綜合性集成設(shè)備。當(dāng)前，已經(jīng)普遍推廣應(yīng)用到農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)與食品產(chǎn)業(yè)中。伴隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展日益成熟，勞動(dòng)力的價(jià)格呈現(xiàn)出了極大地增幅，原本就匱乏茶葉不良品去除、分離的勞動(dòng)力也更少，茶葉生產(chǎn)人力的價(jià)格更高，有鑒于此，基于光學(xué)傳感器的茶葉色選機(jī)就應(yīng)勢(shì)而起。

關(guān)鍵詞：茶葉色選機(jī)；光學(xué)傳感器；技術(shù)分析

茶葉色選機(jī)技術(shù)具備非接觸式、時(shí)效性更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行不良品檢驗(yàn)、剔除等全方位的領(lǐng)域都極大地發(fā)揮了非常出眾的水平，獲得了當(dāng)前市場(chǎng)的充分肯定。并且其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，前景愈發(fā)令人期待，近些年已經(jīng)向我國(guó)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。由于我國(guó)一二線城市的勞動(dòng)力成本的上升，企業(yè)的很多機(jī)械設(shè)備已經(jīng)正在悄然的取代了人力成本，光學(xué)傳感器技術(shù)作為一種現(xiàn)代化檢測(cè)技術(shù)，可以顯著地減少人力成本，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，明確每一產(chǎn)品的等級(jí)，提高品質(zhì)與效益，最終確保產(chǎn)品的安全性。

1　光學(xué)傳感器技術(shù)下茶葉色選機(jī)的應(yīng)用概述

光學(xué)傳感器技術(shù)下的色選機(jī)在開始進(jìn)行工作之前，就必然會(huì)首先明確這一種類茶的屬性及其不良品的類型、標(biāo)準(zhǔn)，最終設(shè)計(jì)與之相對(duì)應(yīng)的色選標(biāo)準(zhǔn)剔除的效率。把需要進(jìn)行剔除檢測(cè)的茶葉全部放到系統(tǒng)中，等待剔除的茶葉分離成為獨(dú)立個(gè)體送到機(jī)器的滑槽內(nèi)。在這過程中，茶葉本身會(huì)通過滑槽的存在，下滑生成茶葉流。當(dāng)茶葉經(jīng)過CCD的掃描范圍，所有茶葉就都會(huì)被檢測(cè)，然后發(fā)現(xiàn)存在的不良品，并將不良品的數(shù)據(jù)傳到芯片，實(shí)施技術(shù)算法與甄別，最終利用控制執(zhí)行系統(tǒng)中的氣閥把不良茶葉剔除。如果對(duì)光學(xué)傳感器技術(shù)下茶葉色選機(jī)所篩選之后的茶葉質(zhì)量仍不滿意或未達(dá)到符合的標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)施再一次篩選，以達(dá)到符合的要求。

2　光學(xué)傳感器技術(shù)下茶葉色選機(jī)的性能參數(shù)

2.1精度

色選機(jī)精度主要是包括不良品的初始狀態(tài)茶葉，利用光學(xué)傳感器技術(shù)下的色選機(jī)色選后的質(zhì)量比。通常是最為關(guān)鍵的檢測(cè)茶葉性能是否為正常品的整體參數(shù)，部分不良茶葉及茶葉梗將會(huì)直接關(guān)系到茶葉質(zhì)量與售出價(jià)格。因此，這也就必然要求茶葉中包含的殘次品的數(shù)量越少越好。一般意義上來(lái)說，按茶葉通常所要求的精度至少要超過85％，換言之，茶葉中殘次品的數(shù)量要小于15％。

2.2產(chǎn)量

色選機(jī)產(chǎn)量是指色選機(jī)在每小時(shí)工作內(nèi)所能處理的茶葉數(shù)量，其單位為t/h。而色選機(jī)產(chǎn)量，往往和滑槽的數(shù)量、形狀息息相關(guān)。毋庸置疑，機(jī)器滑槽的數(shù)量多，所出的產(chǎn)量無(wú)疑就也會(huì)隨之增多，也因此，機(jī)器所需要用到篩選模塊這類硬件設(shè)施也需要相應(yīng)地增加。值得注意的是，滑槽本身也是影響產(chǎn)量的重要因素，例如V型槽的產(chǎn)量就最低。此外，在產(chǎn)量上，滑槽裝置角度也在一定程度上會(huì)影響到產(chǎn)量，但是只要通過測(cè)試后，角度也可自主的選擇一個(gè)合適的點(diǎn)。毋庸置疑，原料本身的質(zhì)量、精度，都和產(chǎn)量有著緊密的關(guān)系。茶葉的雜質(zhì)含量愈少、質(zhì)量愈好，其產(chǎn)量必然就會(huì)更大。由此可見，原料原本的質(zhì)量就不高，不良雜質(zhì)多，也會(huì)進(jìn)一步使得檢驗(yàn)的時(shí)效性大打折扣，最終加工產(chǎn)量也不會(huì)太高。

2.3帶出比

在茶葉色選機(jī)色選階段，無(wú)法規(guī)避的會(huì)在一定程度上、在剔除殘次茶葉的過程中，將質(zhì)量好的茶葉也連帶著剔除出去，而剔除出去的量也就是帶出比。影響帶出比程度的因素是多方面的：一是源于茶葉自身存在的類型特性，茶葉自身連接性低，帶出比也就更少；二是茶葉中雜質(zhì)所占比；三是色選精度。因此，對(duì)帶出比的計(jì)算必須要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)開展綜合評(píng)價(jià)。

3　光學(xué)傳感器技術(shù)下茶葉色選機(jī)的應(yīng)用技術(shù)選擇

3.1光源選擇

茶葉色選機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)由光學(xué)傳感器、光源、背景、FPGA（Field-Programmable Gate Array）構(gòu)成。這里面，光源和背景是左右檢測(cè)精度的關(guān)鍵硬件條件。因而，在擇取光源和背景的相關(guān)采購(gòu)上，檢驗(yàn)人員更應(yīng)當(dāng)十分注意。

首先，檢測(cè)人員需要研究不同種類被掃描到的被檢驗(yàn)品的像素屬性，以及被檢驗(yàn)品在不同環(huán)境下所形成的被檢驗(yàn)特性的不同。

其次，光源是機(jī)器中非常重要的構(gòu)成單元之一。不管是光色、強(qiáng)弱，抑或是其他的因素，都很可能在很大程度上左右應(yīng)用信號(hào)的具體數(shù)值的真實(shí)性，特別是在實(shí)施灰度圖像的測(cè)試?yán)?，更有可能致使原始的茶色值出現(xiàn)失真。

3.2光學(xué)傳感器

現(xiàn)階段，茶葉色選機(jī)所應(yīng)用到的光電傳感器主要都是由各個(gè)感光元件所構(gòu)建而成。因此，光源發(fā)射的光一旦照射在被檢品上，通過一定透射，使得和被檢品之間形成與之相對(duì)的電流。然后，機(jī)器再去檢測(cè)電流（抑或電壓），就能夠很好地甄別出被檢品及其種類最初的圖像情況。最近幾年，國(guó)內(nèi)外的圖像處理科技取得了空前的進(jìn)步，大家對(duì)這一類設(shè)施的效率和專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)也極大地提升了，期待也更強(qiáng)。這就直接使得當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)新興的運(yùn)用于茶葉色選機(jī)的光學(xué)傳感器的研發(fā)更加多樣，隨著CCD傳感器的誕生，也直接讓這一領(lǐng)域的技術(shù)取得了跨越性的提升。

CCD主要是通過現(xiàn)代化的半導(dǎo)體所創(chuàng)設(shè)而成，再利用光源產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的電荷。相較于其技術(shù)來(lái)說，集成度明顯會(huì)更高，并且體積也更小，再加之對(duì)所被檢品的掃描速率明顯等一系列優(yōu)勢(shì)，得到很多處理者的認(rèn)可。如此，其已大面積被應(yīng)用在茶葉色選機(jī)圖像掃描等采集設(shè)施中。

比較原始的茶葉色選機(jī)光電設(shè)備大多數(shù)都是以電壓、電流為信號(hào)，但CCD和傳統(tǒng)意義上的光電設(shè)備并不一樣，其主要是通過電荷為功能，展示出被檢品的圖像狀態(tài)。處理人員只需要利用時(shí)序脈沖（timing pulse），就能夠獲取到一系列電荷；人們對(duì)此類電荷系列實(shí)施采集，且附以相應(yīng)的算法，就可以取得所需要的圖像屬性。

CCD作為集成電路，和其他的集成電路都有著明顯的不同。CCD具備非常優(yōu)異的處理水平，可以按各種形式、各種類型，進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)施相關(guān)的技術(shù)配置，從而可以進(jìn)一步強(qiáng)化響應(yīng)度，弱化畸變。不僅如此，也具有大于一般意義上的像素，靈敏度很高。可以構(gòu)成高性能的系統(tǒng)，也能夠在不同環(huán)境中不斷地使用。因而已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域，當(dāng)然，也包括茶葉色選機(jī)。光學(xué)傳感器技術(shù)下茶葉色選機(jī)應(yīng)用的最多的還是線陣CCD，線陣CCD是通過光敏元件均勻排列而成，且通過一次性的掃描辦法可以得到茶圖像。假設(shè)，選擇了紅、黑、綠、黃等四種信息，就需要進(jìn)行掃描四次，每一次各對(duì)應(yīng)一種顏色。值得一提的是，因?yàn)镃CD本質(zhì)上是通過大量的感光元件（Chargecoupled Device）個(gè)體所分布而成的，因此，人們能夠按照現(xiàn)實(shí)的狀況，定做適合自身CCD傳感器。光學(xué)傳感器技術(shù)下茶葉色選機(jī)的優(yōu)勢(shì)就是掃描速度非?？欤瑔尉€像素?cái)?shù)量多，并且對(duì)光線的強(qiáng)弱要求不高，價(jià)格也更為便宜。有鑒于此，當(dāng)前應(yīng)用場(chǎng)合往往是在高速產(chǎn)品分類等，其不足處在于無(wú)法獲取到二維圖像，因此，如果處理人員需要用到二維圖像，就一定要搭配運(yùn)動(dòng)模式，通過掃描，最后讓圖像還原。

3.3LVDS技術(shù)

LVDS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是一種以ANSI/TIA.ELA-644通用接口，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前高水平的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)代化技術(shù)。LVDS技術(shù)通在理論上，最大傳輸速率可以實(shí)現(xiàn)2. 5 Gbps。在這過程中，LVDS技術(shù)差分電壓不需要依靠某種特定的值，可以明顯的制約機(jī)器產(chǎn)生的功耗，對(duì)其系統(tǒng)降噪狀態(tài)具備優(yōu)異的抗干擾訓(xùn)練。就本質(zhì)上來(lái)說，LVDS技術(shù)原本就不存在什么噪聲，又因?yàn)槔脙蓷l差分信號(hào)線，進(jìn)一步讓噪聲以共模的辦法電禍合至兩條線上，再通過差值的計(jì)算而抵消。能夠肯定的是，其在傳輸?shù)倪^程中電磁輻射也不強(qiáng)。另外，LVDS技術(shù)還廣泛地應(yīng)用在各終端上。

有鑒于此，采集者可以通過光電技術(shù)解決圖像的傳輸問題。這一技術(shù)下的相機(jī)可以輕松涵括2048*1536掃描，像素單個(gè)尺寸為14*14μm，并且可完成每秒1OOM像素的傳輸。CCD信號(hào)采集處理板的電路設(shè)計(jì)包括了：電源管理電路、線陣CCD接口電路設(shè)計(jì)、通信接口電路設(shè)計(jì)。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，茶葉由于其種類的豐富和每一種類發(fā)酵的形式皆不盡相同，一直以來(lái)，剔除雜質(zhì)的工作都是通過人力的檢驗(yàn)所完成。但是，由于茶量的龐大，這種人工的方式不僅操作復(fù)雜，且效率也十分低下。伴隨我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展速度的持續(xù)化深入與快速提升，以機(jī)械取代人力的技術(shù)發(fā)展已是目前發(fā)展的趨勢(shì)?；诠鈱W(xué)傳感器技術(shù)非常強(qiáng)大的DSP計(jì)算力，再進(jìn)一步復(fù)合圖像采集、辨識(shí)的分析與應(yīng)用，得知這一茶種類的自然屬性，能夠設(shè)計(jì)一整套規(guī)范的且擁有智能化水平控制策略的檢驗(yàn)系統(tǒng)。可以確保一整套光學(xué)傳感器技術(shù)系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)量背景下的運(yùn)行效率，進(jìn)一步的精簡(jiǎn)化算法，確保這一技術(shù)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性的處理被檢品時(shí)的精準(zhǔn)性，利用不斷加大對(duì)光學(xué)傳感器技術(shù)的研究，使先進(jìn)的現(xiàn)實(shí)技術(shù)理論和現(xiàn)實(shí)算法進(jìn)行完美的結(jié)合，必定可以讓企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，獲得空前成功。

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作者簡(jiǎn)介：任曉娜（1979-），女，四川成都人，碩士，講師，研究方向：自動(dòng)化與傳感器檢測(cè)。