基于光學傳感器的茶葉色選機應用技術分析

任曉娜（成都紡織高等?？茖W校，四川成都610000）

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基于光學傳感器的茶葉色選機應用技術分析

任曉娜
（成都紡織高等?？茖W校，四川成都610000）

摘要：茶葉色選機是指利用茶葉相關的光學傳感器成像信息技術從中得到的像素，對相關種類的茶葉不良品實施去除的一系列功能的綜合性集成設備。當前，已經(jīng)普遍推廣應用到農業(yè)產業(yè)與食品產業(yè)中。伴隨著我國市場經(jīng)濟發(fā)展日益成熟，勞動力的價格呈現(xiàn)出了極大地增幅，原本就匱乏茶葉不良品去除、分離的勞動力也更少，茶葉生產人力的價格更高，有鑒于此，基于光學傳感器的茶葉色選機就應勢而起。

關鍵詞：茶葉色選機；光學傳感器；技術分析

茶葉色選機技術具備非接觸式、時效性更強的優(yōu)勢，在進行不良品檢驗、剔除等全方位的領域都極大地發(fā)揮了非常出眾的水平，獲得了當前市場的充分肯定。并且其應用范圍也越來越廣，前景愈發(fā)令人期待，近些年已經(jīng)向我國的工業(yè)產業(yè)發(fā)展。由于我國一二線城市的勞動力成本的上升，企業(yè)的很多機械設備已經(jīng)正在悄然的取代了人力成本，光學傳感器技術作為一種現(xiàn)代化檢測技術，可以顯著地減少人力成本，進而提高生產效率，明確每一產品的等級，提高品質與效益，最終確保產品的安全性。

1　光學傳感器技術下茶葉色選機的應用概述

光學傳感器技術下的色選機在開始進行工作之前，就必然會首先明確這一種類茶的屬性及其不良品的類型、標準，最終設計與之相對應的色選標準剔除的效率。把需要進行剔除檢測的茶葉全部放到系統(tǒng)中，等待剔除的茶葉分離成為獨立個體送到機器的滑槽內。在這過程中，茶葉本身會通過滑槽的存在，下滑生成茶葉流。當茶葉經(jīng)過CCD的掃描范圍，所有茶葉就都會被檢測，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，實施技術算法與甄別，最終利用控制執(zhí)行系統(tǒng)中的氣閥把不良茶葉剔除。如果對光學傳感器技術下茶葉色選機所篩選之后的茶葉質量仍不滿意或未達到符合的標準，可實施再一次篩選，以達到符合的要求。

2　光學傳感器技術下茶葉色選機的性能參數(shù)

2.1精度

色選機精度主要是包括不良品的初始狀態(tài)茶葉，利用光學傳感器技術下的色選機色選后的質量比。通常是最為關鍵的檢測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直接關系到茶葉質量與售出價格。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產量

色選機產量是指色選機在每小時工作內所能處理的茶葉數(shù)量，其單位為t/h。而色選機產量，往往和滑槽的數(shù)量、形狀息息相關。毋庸置疑，機器滑槽的數(shù)量多，所出的產量無疑就也會隨之增多，也因此，機器所需要用到篩選模塊這類硬件設施也需要相應地增加。值得注意的是，滑槽本身也是影響產量的重要因素，例如V型槽的產量就最低。此外，在產量上，滑槽裝置角度也在一定程度上會影響到產量，但是只要通過測試后，角度也可自主的選擇一個合適的點。毋庸置疑，原料本身的質量、精度，都和產量有著緊密的關系。茶葉的雜質含量愈少、質量愈好，其產量必然就會更大。由此可見，原料原本的質量就不高，不良雜質多，也會進一步使得檢驗的時效性大打折扣，最終加工產量也不會太高。

2.3帶出比

在茶葉色選機色選階段，無法規(guī)避的會在一定程度上、在剔除殘次茶葉的過程中，將質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；二是茶葉中雜質所占比；三是色選精度。因此，對帶出比的計算必須要經(jīng)過實驗開展綜合評價。

3　光學傳感器技術下茶葉色選機的應用技術選擇

3.1光源選擇

茶葉色選機的檢測系統(tǒng)由光學傳感器、光源、背景、FPGA（Field-Programmable Gate Array）構成。這里面，光源和背景是左右檢測精度的關鍵硬件條件。因而，在擇取光源和背景的相關采購上，檢驗人員更應當十分注意。

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

其次，光源是機器中非常重要的構成單元之一。不管是光色、強弱，抑或是其他的因素，都很可能在很大程度上左右應用信號的具體數(shù)值的真實性，特別是在實施灰度圖像的測試里，更有可能致使原始的茶色值出現(xiàn)失真。

3.2光學傳感器

現(xiàn)階段，茶葉色選機所應用到的光電傳感器主要都是由各個感光元件所構建而成。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的電流。然后，機器再去檢測電流（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，國內外的圖像處理科技取得了空前的進步，大家對這一類設施的效率和專業(yè)的標準也極大地提升了，期待也更強。這就直接使得當前市場對新興的運用于茶葉色選機的光學傳感器的研發(fā)更加多樣，隨著CCD傳感器的誕生，也直接讓這一領域的技術取得了跨越性的提升。

CCD主要是通過現(xiàn)代化的半導體所創(chuàng)設而成，再利用光源產生與之相對應的電荷。相較于其技術來說，集成度明顯會更高，并且體積也更小，再加之對所被檢品的掃描速率明顯等一系列優(yōu)勢，得到很多處理者的認可。如此，其已大面積被應用在茶葉色選機圖像掃描等采集設施中。

比較原始的茶葉色選機光電設備大多數(shù)都是以電壓、電流為信號，但CCD和傳統(tǒng)意義上的光電設備并不一樣，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序脈沖（timing pulse），就能夠獲取到一系列電荷；人們對此類電荷系列實施采集，且附以相應的算法，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，進行針對性的實施相關的技術配置，從而可以進一步強化響應度，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?？梢詷嫵筛咝阅艿南到y(tǒng)，也能夠在不同環(huán)境中不斷地使用。因而已經(jīng)廣泛地應用在工業(yè)、醫(yī)學、科研等領域，當然，也包括茶葉色選機。光學傳感器技術下茶葉色選機應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，選擇了紅、黑、綠、黃等四種信息，就需要進行掃描四次，每一次各對應一種顏色。值得一提的是，因為CCD本質上是通過大量的感光元件（Chargecoupled Device）個體所分布而成的，因此，人們能夠按照現(xiàn)實的狀況，定做適合自身CCD傳感器。光學傳感器技術下茶葉色選機的優(yōu)勢就是掃描速度非?？?，單線像素數(shù)量多，并且對光線的強弱要求不高，價格也更為便宜。有鑒于此，當前應用場合往往是在高速產品分類等，其不足處在于無法獲取到二維圖像，因此，如果處理人員需要用到二維圖像，就一定要搭配運動模式，通過掃描，最后讓圖像還原。

3.3LVDS技術

LVDS數(shù)據(jù)傳輸技術是一種以ANSI/TIA.ELA-644通用接口，可以實現(xiàn)當前高水平的數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)代化技術。LVDS技術通在理論上，最大傳輸速率可以實現(xiàn)2. 5 Gbps。在這過程中，LVDS技術差分電壓不需要依靠某種特定的值，可以明顯的制約機器產生的功耗，對其系統(tǒng)降噪狀態(tài)具備優(yōu)異的抗干擾訓練。就本質上來說，LVDS技術原本就不存在什么噪聲，又因為利用兩條差分信號線，進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。另外，LVDS技術還廣泛地應用在各終端上。

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

4　結束語

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，剔除雜質的工作都是通過人力的檢驗所完成。但是，由于茶量的龐大，這種人工的方式不僅操作復雜，且效率也十分低下。伴隨我國農業(yè)機械化發(fā)展速度的持續(xù)化深入與快速提升，以機械取代人力的技術發(fā)展已是目前發(fā)展的趨勢?；诠鈱W傳感器技術非常強大的DSP計算力，再進一步復合圖像采集、辨識的分析與應用，得知這一茶種類的自然屬性，能夠設計一整套規(guī)范的且擁有智能化水平控制策略的檢驗系統(tǒng)?？梢源_保一整套光學傳感器技術系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)量背景下的運行效率，進一步的精簡化算法，確保這一技術系統(tǒng)在實時性的處理被檢品時的精準性，利用不斷加大對光學傳感器技術的研究，使先進的現(xiàn)實技術理論和現(xiàn)實算法進行完美的結合，必定可以讓企業(yè)在市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢，獲得空前成功。

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