透光性液体的检测装置和方法、远程处理装置和方法与流程

本发明涉及液体检测领域，尤其涉及一种透光性液体的检测装置和检测方法、用于透光性液体检测的远程处理装置和远程处理方法。

背景技术：

随着人类社会的发展，社会分工越来越细。每一个人都需要从其他人那里购买所需要的产品。但在此过程中，产品的质量问题一直是一个广受消费者关注的问题。近年来，发生了多起食品安全事故，引起了人们对产品质量问题的广泛讨论。

现有的产品质量检测方法大都是基于实验室或研究所，例如薄层色谱分析法(Thin Layer Chromatography)、高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography，简称HPLC)、实验室荧光计(Laboratory Fluorimeter)等。也有一些利用反射原理或受激发射光谱分析的原理(如拉曼光谱)进行产品质量检测。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种简单方便、能够有效检测透光性液体的检测装置和检测方法，以及用于透光性液体检测的远程处理装置和远程处理方法。

本发明的一个方面提供了一种透光性液体的检测装置，包括：一图像采集单元，用于采集待测液体的透射光谱图像；一第一发送单元，用于将待测液体的透射光谱图像发送给远程服务器；一第一接收单元，用于接收远程服务器根据待测液体的透射光谱图像对待测液体与参考液体进行比较和判断的结果；和一显示单元，用于显示比较和判断的结果。该检测装置结构简单、对数据处理能力的要求低。

在透光性液体的检测装置的另一种示意性的实施方式中，还包括一人机交互界面，用于用户输入待测液体的标识和/或控制图像采集单元扫描待测液体的标识。方便用户操作，提高可操作性。

在透光性液体的检测装置的再一种示意性的实施方式中，第一发送单元还用于将待测液体的标识发送给远程服务器；第一接收单元还用于接收远程服务器根据待测液体的标识和透射光谱图像对待测液体与参考液体进行比较和判断的结果。这样可以提高远程服务器的处理速度和效率。

本发明的另一个方面提供了一种透光性液体的检测方法，包括如下步骤：采集待测液体的透射光谱图像；将待测液体的透射光谱图像发送给远程服务器；接收远程服务器根据 待测液体的透射光谱图像对待测液体与参考液体进行比较和判断的结果；显示比较和判断的结果。该检测方法步骤简单，对数据处理能力的要求低。

在透光性液体的检测方法的另一种示意性的实施方式中，还包括如下步骤：用户输入待测液体的标识和/或扫描待测液体的标识。这样可以提高远程服务器的处理速度和效率。

本发明的另一个方面提供了一种远程处理装置，用于透光性液体的检测，包括：一第二接收单元，用于接收待测液体的透射光谱图像；一光谱曲线提取单元，用于从待测液体的透射光谱图像提取待测液体的光谱曲线；一比较判断单元，用于将待测液体的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线进行比较，并判断待测液体与参考液体的异同；和一第二发送单元，用于发送比较和判断结果。与检测装置相匹配，远程处理装置能够具有较高的数据处理能力，降低了对检测装置数据处理能力的要求。

在远程处理装置的另一种示意性的实施方式中，还包括一光谱曲线选取单元，第二接收单元还用于接收待测液体的标识，光谱曲线选取单元用于根据待测液体的标识选取该至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较。这样可以提高远程处理装置的处理速度和效率。

本发明的另一个方面提供了一种远程处理方法，用于透光性液体的检测，包括如下步骤：接收待测液体的透射光谱图像；从待测液体的透射光谱图像提取待测液体的光谱曲线；将待测液体的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线进行比较，并判断待测液体与参考液体的异同；发送比较和判断结果。与检测方法相匹配，降低了对检测方法中数据处理的要求。

在远程处理方法的另一种示意性的实施方式中，还包括如下步骤：接收待测液体的标识；根据待测液体的标识选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较。这样可以提高远程处理方法的处理速度和效率。

附图说明

下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：

图1是本发明的一个实施例提供的检测装置和远程处理装置的整体框图；

图2是本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测方法流程框图；

图3是本发明的一个实施例提供的一种芝麻油的透射光谱图像；

图4是本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测装置结构框图；

图5a是本发明的一个实施例提供的一种人机交互界面示意图；

图5b是是本发明的一个实施例提供的一种比较和判断结果的显示界面示意图；

图6是本发明的一个实施例提供的用移动智能终端检测透光性液体的示意图；

图7是本发明的一个实施例提供的远程处理方法流程框图；

图8是本发明的一个实施例提供的一种待测液体的光谱曲线与三种参考液体的光谱曲线的比较示意图；

图9是本发明的一个实施例提供的远程处理装置的结构框图；

图10是本发明的另一个实施例提供的远程处理装置的结构框图。

标号说明：

10 宽谱光源

20 待测液体

201 透明样品容器

30 分光元件

301 暗盒

301a 入光狭缝

301b 出光窗口

40 检测装置

41 图像采集单元

42 第一发送单元

43 第一接收单元

44 显示单元

50 远程处理装置50

51 第二接收单元

52 光谱曲线提取单元

53 比较判断单元

54 第二发送单元

55 光谱曲线选取单元

P 待测液体的透射光谱图像

M 待测液体的标识

L 参考液体的光谱曲线

N 参考液体的光谱曲线源

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

下面讨论的各图以及被用来描述在该专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅以说明的方式并且无论如何不应该被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将会理解，可以在任何适当布置的设备中实施本公开的原理。将参考示例性非限制实施例来描述本申请的各种创新教导。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地示出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在各种产品中，透光性的液体产品(如油、牛奶等)是一个重要的种类，其产品质量备受关注。开发一种适于个人用户的简单方便、能够有效检测透光性液体的产品质量的检测技术是一个重要的课题。

图1示出了根据本发明的一个实施例提供的检测装置和远程处理装置的整体框图。从图1中可以看出，检测装置40和远程处理装置50相互配合工作，对透光性液体进行检测。具体来说，检测装置40采集待测液体20的透射光谱图像并发送给远程处理装置50；远程处理装置50根据待测液体20的透射光谱图像对待测液体20与参考液体进行比较和判断，并将比较和判断结果发送给检测装置40；检测装置40接收该比较和判断的结果并显示给用户。

透射光谱图像的产生如图1所示。宽谱光源10发出照射待测液体20的宽谱光，分光元件30将经过待测液体20后的透射光进行分光。在一种示意性的实施方式中，宽谱光源10可以为自然光或白光LED灯(如RGB白光LED)，在日常生活中容易获取，价格便宜，对个人用户非常方便。自然光包括自然物体如太阳发出的光；还包括白炽灯、钠灯等人造光源发出的光，其光谱范围涵盖红色至紫色的连续波段。宽谱光源10发出的光在照射到待测液体20前不需要经过特别处理，最终照射到待测液体20的光为宽谱光。在一种示意性的实施方式中，该宽谱光为包含复数种颜色的可见光。可见光能够方便地被人眼和通用设备识别，对可见光的光谱采集的要求低。复数种颜色的光适用于检测复数种不同的待测液体，适用性较广。例如，由R、G、B三色光混合而成的白光。在一种示意性的实施方式中，宽谱光源10本身还包括狭缝、透镜(未图示)，用于改变宽谱光的形状和传播方向。 在一种示意性的实施方式中，该宽谱光源10为非偏振光光源，容易从日常光源中获取。

该宽谱光源10发出的宽谱光照射到待测液体20时称为入射光，经过透光性的待测液体20后产生透射光。对透射光进行分光可以获得透射光的光谱图像。在一种示意性的实施方式中，分光元件30为衍射光栅，其结构简单，体积小。在一种示意性的实施方式中，待测液体20设置于一透明样品容器201中。用户不需自带放置待测液体20的容器，方便个人用户。透明样品容器201是无色透明的，能够降低透明样品容器201对光谱图像的影响。

图2示出了根据本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测方法，包括如下步骤：

S21：采集待测液体的透射光谱图像。

对分光后的透射光用成像技术进行采集，如胶卷或CCD成像，获得透射光谱图像。图3示意性地示出了一种芝麻油的透射光谱图像。在一种示意性的实施方式中，对同一待测液体，采集一张或复数张透射光谱图像。

S22：将待测液体的透射光谱图像发送给远程服务器。

将S21中采集到的待测液体的光谱图像通过信号传输的方式发送给远程服务器。在一种示意性的实施方式中，信号传输可以通过WIFI或蓝牙或网线或3G/4G网络。

S23：接收远程服务器根据待测液体的透射光谱图像对待测液体与参考液体进行比较和判断的结果。

远程服务器接收到待测液体的透射光谱图像后根据待测液体的透射光谱图像对待测液体与参考液体进行比较和判断。步骤S23接收该比较和判断的结果。在一种示意性的实施方式中，远程服务器从待测液体的透射光谱图像中提取待测液体的光谱曲线，与至少一参考液体的光谱曲线进行比较并作出判断。具体过程可以参照后文对远程处理装置和远程处理方法的描述。

S24：显示比较和判断的结果。

将该比较和判断的结果显示给用户。该比较和判断的结果可以显示该待测液体与参考液体是否相同、或近似度，用户可以快速、方便地对待测液体的质量等作出判断。

上述检测方法对待测液体的透射光谱图像进行采集和传输，最后从远程服务器下载对待测液体的比较和判断结果，中间对待测液体的透射光谱图像的处理和判断等数据处理过程在远程服务器中进行，这样该透光性液体的检测方法对数据处理能力的要求较低，适合个人用户端的使用。

在一种示意性的实施方式中，该检测方法还包括如下步骤：用户输入待测液体的标识和/或扫描待测液体的标识。该标识记载了待测液体的信息，如名称、成分、生产厂家、 销售商、条形码、二维码等，但并不以此为限。该步骤通常在步骤S22之前完成，并且可以在步骤S22中与待测液体的透射光谱图像一起发送给远程服务器。这样，远程服务器就可以根据该待测液体的标识，快速、准确地选取参考液体的光谱曲线，用于与待测液体的光谱曲线进行比较，提高了检测的效率。

相应于透光性液体的检测方法，本发明的一个实施例提供的透光性液体的检测装置如图4所示，该检测装置40包括：

一图像采集单元41，用于采集待测液体的透射光谱图像；

一第一发送单元42，用于将待测液体的透射光谱图像发送给远程服务器；

一第一接收单元43，用于接收远程服务器根据待测液体的透射光谱图像对待测液体与参考液体进行比较和判断的结果；和

一显示单元44，用于显示比较和判断的结果。

在一个示意性的实施方式中，显示的信息除了待测液体与参考液体的异同，还可以显示待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线、参考液体的其他信息(如生产厂家、销售商等信息)供用户参考。

该检测装置40不需要对待测液体的透射光谱图像的数据进行分析和处理，结构简单、对数据处理能力的要求低，适用于个人用户的使用。

为了方便用户操作，提高可操作性，在一个示意性的实施方式中，该检测装置40还包括一人机交互界面，用于用户输入待测液体的标识和/或控制图像采集单元41扫描待测液体的标识。图5a示意性地示出了一种人机交互界面，其中包括用于用户输入待测液体的标识的输入框(图中为“标题和描述”)，用户可以通过键盘(未图示)或通过触摸屏等输入设备直接在输入框处输入待测液体的标识。图5a中还包括一用于用户控制图像采集单元41扫描待测液体的标识的按钮(图中为“扫一扫”)，用户可以点击该按钮进而控制图像采集单元41扫描待测液体的标识，如条形码、二维码等。远程服务器就可以根据该待测液体的标识，快速、准确地选取参考液体的光谱曲线，用于与待测液体的光谱曲线进行比较，提高了检测的效率。对应的，作为一种示意性的实施方式，第一发送单元42还用于将待测液体的标识发送给远程服务器；第一接收单元43还用于接收远程服务器根据待测液体的标识和透射光谱图像对待测液体与参考液体进行比较和判断的结果。具体过程可以参照后文对远程处理装置和远程处理方法的描述。图5b示意性地示出了显示单元44所显示的比较和判断的结果。其中以待测液体的标识是糖水为例，经过检测，确定该待测液体为水。

对于根据本发明的检测装置的实施例的详细描述可以参照根据本发明的检测方法的 实施例的有关说明，在此不再赘述。

本领域的技术人员可以理解，上述根据本发明装置的各实施例可以利用软件、硬件(例如集成电路、DSP或FPGA等)或软硬件结合的方式实现，并可根据需要进行恰当地结合。

在一个示意性的实施方式中，该检测装置40为移动智能终端，如手机或PAD等。图像采集单元41为摄像头，第一发送单元42和第一接收单元43为手机的通讯装置，如WIFI、红外线、蓝牙、3G/4G通讯网络等，显示单元44为手机的显示屏。利用手机等移动智能终端进行透光性液体的检测，不需要增加额外的部件，适于个人用户。

图6示出了用移动智能终端检测透光性液体的结构示意图。宽谱光源10发出的宽谱光经过透光性的待测液体20后其透射光被分光元件30(如光栅)分光，所形成的透射光谱被移动智能终端40的图像采集单元41(如摄像头)采集得到透射光谱图像。之后移动智能终端40将采集到的透射光谱图像发送给远程服务器(图6中未示出)，并从远程服务器下载对待测液体的判断结果，显示给用户。图6中，分光元件30设置于一暗盒301内，防止环境光对待测液体的透射光谱的影响。该暗盒301包括一入光狭缝301a，用于接收经过透光性待测液体20后的透射光。该暗盒301还包括一出光窗口301b，用于输出经过分光元件30的分光后的光。移动智能终端40的图像采集单元41与出光窗口301b对应设置，采集透射光谱图像。作为一种示意性的实施方式，该暗盒301包括一安装斜面(图中未标示)，窗口301b设置于该安装斜面，分光元件30平行于该安装斜面且平行于入光狭缝301a设置，使得从入光狭缝301a射入暗盒301的光以一个夹角倾斜于分光元件30入射到分光元件30上。该夹角大于0度且小于90度，例如45度。检测时，移动智能终端40放置于该安装斜面，移动智能终端40的图像采集单元41与出光窗口301b正对设置，二者之间紧密接触，减少图像采集单元41采集到的环境光，减少采集的噪音。

在一种示意性的实施方式中，透明样品容器201竖直设置，使得宽谱光源10发出并照射到待测液体的光(即入射光)相对待测液体的入射面垂直入射。这样透射光的光谱曲线中包含有待测液体20的颜色信息，通过后续对比待测液体20的光谱曲线与参考液体的光谱曲线的异同来判断待测液体20与参考液体的颜色的异同，进而判断待测液体20与参考液体的异同。若待测液体的颜色与参考液体的颜色不同，则待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线就不同。反之，若待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线相同，那么待测液体和参考液体的颜色相同，在一定的概率上判断待测液体和参考液体相同。

在一种示意性的实施方式中，透明样品容器201倾斜设置，使得宽谱光源10发出并照射到待测液体的光(即入射光)相对待测液体的入射面倾斜入射。这样透射光的光谱曲线中包含有待测液体20的颜色和折射率信息，通过后续对比待测液体20的光谱曲线与参 考液体的光谱曲线的异同来判断待测液体20与参考液体的颜色和折射率的异同，进而判断待测液体20与参考液体的异同。若待测液体与参考液体二者的颜色、折射率中任意一个或全部不同，则待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线就不同。反之，若待测液体的光谱曲线与参考液体的光谱曲线相同，那么待测液体和参考液体的颜色和折射率都相同，待测液体和参考液体相同的概率大大提高，检测准确性得到提高。例如，待测液体为无色的糖水，参考液体为无色的水。宽谱光经过无色的糖水后发生的折射与宽谱光经过无色的水后发生的折射不同，无色的糖水的光谱曲线与无色的水的光谱曲线不同。这样，透明样品容器201倾斜设置的检测系统能够将无色的糖水与无色的水区分开，不会将糖水误判为水，提高了检测准确性。

对应于上述透光性液体的检测方法，如图7所示，本发明的一个实施例还提供一种远程处理方法，包括如下步骤：

S71：接收待测液体的透射光谱图像。

在一种示意性的实施方式中，在远程服务端(或称之为远程服务器)接收步骤S22中发送的待测液体的透射光谱图像(例如图2所示的透射光谱图像)。S71中接收的透射光谱图像可以为一张或复数张。

S72：从待测液体的透射光谱图像提取待测液体的光谱曲线。

从透射光谱图像上一预定的线(如图2中的AA’线)上采样复数个像素点，每一个像素点包括亮度值和波长值。所有像素点的亮度值和波长值在二维坐标内形成一亮度-波长曲线，即为光谱曲线。光谱曲线可以从一张光谱图像采集得到，也可以从复数张光谱图像采集并经过数据处理得到。

在一种示意性的实施方式中，步骤S71接收了复数张光谱图像。S72从复数张光谱图像提取待测液体的光谱曲线的方法具体包括如下步骤：

S721：从每张透射光谱图像中相同位置的线上取出复数个像素点及每个像素点对应的RGB值。在一种示意性的实施方式中，对该线上所有的像素点进行采样。

S722：将每个像素点对应的RGB值中R值、G值和B值相加除以255得到该像素点的亮度的采样值。每张光谱图像相同位置处的像素点有一个采样值，每个像素点有复数个采样值。

S723：从同一像素点对应的复数个的采样值中去除最大的采样值和最小的采样值，并将剩余采样值取平均值得到该像素点的亮度值。

S724：把每个像素点的亮度值和波长值组合起来形成一个二维坐标系内的曲线即为待测液体的光谱曲线。

S73：将待测液体的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线进行比较，并判断待测液体与参考液体的异同。

将待测液体的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线放在同一坐标系(如亮度-波长坐标)中进行比较。在一种示意性的实施方式中，该远程处理方法还包括如下步骤：预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线，形成参考液体的光谱曲线源；从该复数种参考液体的光谱曲线中选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较。该参考液体的光谱曲线源可以存在于网络中，也可以存储于一数据存储装置(如硬盘、U盘等)中。该预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线的步骤可以由第三方完成。预先检测并存储复数种参考液体的光谱曲线，检测进行时可以很方便地从参考液体的光谱曲线源中选取至少一种参考液体的光谱曲线，提高了检测效率。

在一种示意性的实施方式中，选取一种参考液体的光谱曲线与待测液体的光谱曲线进行比较，若曲线相同则判断该待测液体与该参考液体相同；若曲线不相同则判断该待测液体与该参考液体不同。例如该参考液体为水，那么判断结果为该待测液体是水，或不是水。

在一种示意性的实施方式中，选取复数种参考液体的光谱曲线与待测液体的光谱曲线进行比较，使用分类或聚类(如KNN、SVM)的方法选取一个与待测液体光谱曲线最接近的参考液体的光谱曲线以形成判断结果。可以认为待测液态与该最接近的参考液体相同。例如，该最接近参考液体为20％浓度的牛奶，那么判断结果为该待测液体是20％浓度的牛奶。

图8示出了一种待测液体的光谱曲线与三种参考液体的光谱曲线的比较示意图。图8中待测液体的光谱曲线为光谱曲线d，三种参考液体的光谱曲线分别为光谱曲线a、光谱曲线b和光谱曲线c。图8中参考液体的光谱曲线c与待测液体的光谱曲线d最接近，可以判断二者相同。

S74：发送比较和判断结果。

在一种示意性的实施方式中，将步骤S73中的比较和判断结果发送给客户端(如对应上文的检测装置40)进行显示，供用户参考。

在一种示意性的实施方式中，该远程处理方法还包括如下步骤：接收待测液体的标识；根据待测液体的标识选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较。该标识记载了待测液体的信息，如名称、成分、生产厂家、销售商、条形码、二维码等，但并不以此为限。该步骤可以与步骤S71同时进行，即同时接收待测液体的透射光谱图像和标识。相对应的，步骤S73中可以根据待测液体的标识从参考液体的光谱曲线源中选取至少一种参考液体的光谱曲线用于与待测液体的光谱曲线进行比较。这样可以提高远程处理方法的处理速度和效率。

上述远程处理方法与检测方法相匹配，对检测方法中发送的透射光谱图像处理，包括提取待测液体的光谱曲线，与参考液体的光谱曲线进行比较并作出判断，降低了对检测方法中数据处理的要求。上述远程处理方法可以利用远程的服务器进行数据处理，例如云计算，适合于大规模的数据处理，提高检测准确性。

相应于远程处理方法，本发明的一个实施例提供的用于透光性液体检测的远程处理装置如图9所示，该远程处理装置50包括：

一第二接收单元51，用于接收待测液体的透射光谱图像P；

一光谱曲线提取单元52，用于从待测液体的透射光谱图像P提取待测液体的光谱曲线；

一比较判断单元53，用于将待测液体的光谱曲线与至少一种参考液体的光谱曲线L进行比较，并判断待测液体与参考液体的异同；和

一第二发送单元54，用于发送比较和判断结果。

该远程处理装置50与检测装置40相匹配，与上述远程处理方法相对应。远程处理装置50能够具有较高的数据处理能力(如云计算)，降低了对检测装置40数据处理能力的要求。

为了快速、准确地选取参考液体的光谱曲线，提高远程处理装置的处理速度和效率，如图10所示，在一个示意性的实施方式中，该远程处理装置50还包括一光谱曲线选取单元55。第二接收单元51还用于接收待测液体的标识M，光谱曲线选取单元55用于根据待测液体的标识M从参考液体的光谱曲线源N中选取该至少一种参考液体的光谱曲线L用于与待测液体的光谱曲线进行比较。

对于根据本发明的远程处理装置的实施例的详细描述可以参照根据本发明的远程处理方法的实施例的有关说明，在此不再赘述。

本领域的技术人员可以理解，上述根据本发明装置的各实施例可以利用软件、硬件(例如集成电路、DSP或FPGA等)或软硬件结合的方式实现，并可根据需要进行恰当地结合。

需要说明的是，本申请文件中的液体为无固定形状、具有一定体积、很难被压缩成为更小体积的能够流动的物质，包括液态单质，如水等；液态混合物，如液态浊液(如悬浊液、乳浊液)，液态溶液(如盐水、糖水等)，液态胶体(如牛奶等)。在食品安全检测领域能够有很好的应用。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。