基于光学传感器的茶叶色选机应用技术分析

任晓娜（成都纺织高等专科学校，四川成都610000）



基于光学传感器的茶叶色选机应用技术分析

任晓娜
（成都纺织高等专科学校，四川成都610000）

摘要：茶叶色选机是指利用茶叶相关的光学传感器成像信息技术从中得到的像素，对相关种类的茶叶不良品实施去除的一系列功能的综合性集成设备。当前，已经普遍推广应用到农业产业与食品产业中。伴随着我国市场经济发展日益成熟，劳动力的价格呈现出了极大地增幅，原本就匮乏茶叶不良品去除、分离的劳动力也更少，茶叶生产人力的价格更高，有鉴于此，基于光学传感器的茶叶色选机就应势而起。

关键词：茶叶色选机；光学传感器；技术分析

茶叶色选机技术具备非接触式、时效性更强的优势，在进行不良品检验、剔除等全方位的领域都极大地发挥了非常出众的水平，获得了当前市场的充分肯定。并且其应用范围也越来越广，前景愈发令人期待，近些年已经向我国的工业产业发展。由于我国一二线城市的劳动力成本的上升，企业的很多机械设备已经正在悄然的取代了人力成本，光学传感器技术作为一种现代化检测技术，可以显著地减少人力成本，进而提高生产效率，明确每一产品的等级，提高品质与效益，最终确保产品的安全性。

1　光学传感器技术下茶叶色选机的应用概述

光学传感器技术下的色选机在开始进行工作之前，就必然会首先明确这一种类茶的属性及其不良品的类型、标准，最终设计与之相对应的色选标准剔除的效率。把需要进行剔除检测的茶叶全部放到系统中，等待剔除的茶叶分离成为独立个体送到机器的滑槽内。在这过程中，茶叶本身会通过滑槽的存在，下滑生成茶叶流。当茶叶经过CCD的扫描范围，所有茶叶就都会被检测，然后发现存在的不良品，并将不良品的数据传到芯片，实施技术算法与甄别，最终利用控制执行系统中的气阀把不良茶叶剔除。如果对光学传感器技术下茶叶色选机所筛选之后的茶叶质量仍不满意或未达到符合的标准，可实施再一次筛选，以达到符合的要求。

2　光学传感器技术下茶叶色选机的性能参数

2.1精度

色选机精度主要是包括不良品的初始状态茶叶，利用光学传感器技术下的色选机色选后的质量比。通常是最为关键的检测茶叶性能是否为正常品的整体参数，部分不良茶叶及茶叶梗将会直接关系到茶叶质量与售出价格。因此，这也就必然要求茶叶中包含的残次品的数量越少越好。一般意义上来说，按茶叶通常所要求的精度至少要超过85％，换言之，茶叶中残次品的数量要小于15％。

2.2产量

色选机产量是指色选机在每小时工作内所能处理的茶叶数量，其单位为t/h。而色选机产量，往往和滑槽的数量、形状息息相关。毋庸置疑，机器滑槽的数量多，所出的产量无疑就也会随之增多，也因此，机器所需要用到筛选模块这类硬件设施也需要相应地增加。值得注意的是，滑槽本身也是影响产量的重要因素，例如V型槽的产量就最低。此外，在产量上，滑槽装置角度也在一定程度上会影响到产量，但是只要通过测试后，角度也可自主的选择一个合适的点。毋庸置疑，原料本身的质量、精度，都和产量有着紧密的关系。茶叶的杂质含量愈少、质量愈好，其产量必然就会更大。由此可见，原料原本的质量就不高，不良杂质多，也会进一步使得检验的时效性大打折扣，最终加工产量也不会太高。

2.3带出比

在茶叶色选机色选阶段，无法规避的会在一定程度上、在剔除残次茶叶的过程中，将质量好的茶叶也连带着剔除出去，而剔除出去的量也就是带出比。影响带出比程度的因素是多方面的：一是源于茶叶自身存在的类型特性，茶叶自身连接性低，带出比也就更少；二是茶叶中杂质所占比；三是色选精度。因此，对带出比的计算必须要经过实验开展综合评价。

3　光学传感器技术下茶叶色选机的应用技术选择

3.1光源选择

茶叶色选机的检测系统由光学传感器、光源、背景、FPGA（Field-Programmable Gate Array）构成。这里面，光源和背景是左右检测精度的关键硬件条件。因而，在择取光源和背景的相关采购上，检验人员更应当十分注意。

首先，检测人员需要研究不同种类被扫描到的被检验品的像素属性，以及被检验品在不同环境下所形成的被检验特性的不同。

其次，光源是机器中非常重要的构成单元之一。不管是光色、强弱，抑或是其他的因素，都很可能在很大程度上左右应用信号的具体数值的真实性，特别是在实施灰度图像的测试里，更有可能致使原始的茶色值出现失真。

3.2光学传感器

现阶段，茶叶色选机所应用到的光电传感器主要都是由各个感光元件所构建而成。因此，光源发射的光一旦照射在被检品上，通过一定透射，使得和被检品之间形成与之相对的电流。然后，机器再去检测电流（抑或电压），就能够很好地甄别出被检品及其种类最初的图像情况。最近几年，国内外的图像处理科技取得了空前的进步，大家对这一类设施的效率和专业的标准也极大地提升了，期待也更强。这就直接使得当前市场对新兴的运用于茶叶色选机的光学传感器的研发更加多样，随着CCD传感器的诞生，也直接让这一领域的技术取得了跨越性的提升。

CCD主要是通过现代化的半导体所创设而成，再利用光源产生与之相对应的电荷。相较于其技术来说，集成度明显会更高，并且体积也更小，再加之对所被检品的扫描速率明显等一系列优势，得到很多处理者的认可。如此，其已大面积被应用在茶叶色选机图像扫描等采集设施中。

比较原始的茶叶色选机光电设备大多数都是以电压、电流为信号，但CCD和传统意义上的光电设备并不一样，其主要是通过电荷为功能，展示出被检品的图像状态。处理人员只需要利用时序脉冲（timing pulse），就能够获取到一系列电荷；人们对此类电荷系列实施采集，且附以相应的算法，就可以取得所需要的图像属性。

CCD作为集成电路，和其他的集成电路都有着明显的不同。CCD具备非常优异的处理水平，可以按各种形式、各种类型，进行针对性的实施相关的技术配置，从而可以进一步强化响应度，弱化畸变。不仅如此，也具有大于一般意义上的像素，灵敏度很高。可以构成高性能的系统，也能够在不同环境中不断地使用。因而已经广泛地应用在工业、医学、科研等领域，当然，也包括茶叶色选机。光学传感器技术下茶叶色选机应用的最多的还是线阵CCD，线阵CCD是通过光敏元件均匀排列而成，且通过一次性的扫描办法可以得到茶图像。假设，选择了红、黑、绿、黄等四种信息，就需要进行扫描四次，每一次各对应一种颜色。值得一提的是，因为CCD本质上是通过大量的感光元件（Chargecoupled Device）个体所分布而成的，因此，人们能够按照现实的状况，定做适合自身CCD传感器。光学传感器技术下茶叶色选机的优势就是扫描速度非常快，单线像素数量多，并且对光线的强弱要求不高，价格也更为便宜。有鉴于此，当前应用场合往往是在高速产品分类等，其不足处在于无法获取到二维图像，因此，如果处理人员需要用到二维图像，就一定要搭配运动模式，通过扫描，最后让图像还原。

3.3LVDS技术

LVDS数据传输技术是一种以ANSI/TIA.ELA-644通用接口，可以实现当前高水平的数据传输现代化技术。LVDS技术通在理论上，最大传输速率可以实现2. 5 Gbps。在这过程中，LVDS技术差分电压不需要依靠某种特定的值，可以明显的制约机器产生的功耗，对其系统降噪状态具备优异的抗干扰训练。就本质上来说，LVDS技术原本就不存在什么噪声，又因为利用两条差分信号线，进一步让噪声以共模的办法电祸合至两条线上，再通过差值的计算而抵消。能够肯定的是，其在传输的过程中电磁辐射也不强。另外，LVDS技术还广泛地应用在各终端上。

有鉴于此，采集者可以通过光电技术解决图像的传输问题。这一技术下的相机可以轻松涵括2048*1536扫描，像素单个尺寸为14*14μm，并且可完成每秒1OOM像素的传输。CCD信号采集处理板的电路设计包括了：电源管理电路、线阵CCD接口电路设计、通信接口电路设计。

4　结束语

综上所述，茶叶由于其种类的丰富和每一种类发酵的形式皆不尽相同，一直以来，剔除杂质的工作都是通过人力的检验所完成。但是，由于茶量的庞大，这种人工的方式不仅操作复杂，且效率也十分低下。伴随我国农业机械化发展速度的持续化深入与快速提升，以机械取代人力的技术发展已是目前发展的趋势。基于光学传感器技术非常强大的DSP计算力，再进一步复合图像采集、辨识的分析与应用，得知这一茶种类的自然属性，能够设计一整套规范的且拥有智能化水平控制策略的检验系统。可以确保一整套光学传感器技术系统在大数据量背景下的运行效率，进一步的精简化算法，确保这一技术系统在实时性的处理被检品时的精准性，利用不断加大对光学传感器技术的研究，使先进的现实技术理论和现实算法进行完美的结合，必定可以让企业在市场竞争中占据优势，获得空前成功。

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作者简介：任晓娜（1979-），女，四川成都人，硕士，讲师，研究方向：自动化与传感器检测。