一种储粮真菌自动检测系统和方法

技术领域

本发明涉及食品科学技术领域，更具体地，涉及一种储粮真菌自动检测系统和方法。

背景技术

真菌的生长不仅会影响粮食的安全储藏，导致粮食品质劣变，而且还会产生真菌毒素，影响人类的食用安全，据估算全球每年因真菌危害而造成粮食减产约1.25亿吨，单是其对水稻、玉米和小麦的危害，就给全球农业带来每年600亿美元的经济损失，我国是一个农业大国，而且地理环境多样，在南方一些地区，真菌危害尤其严重，严重威胁了我国的粮食安全。

目前常用的真菌检测方法是平板计数法，将肉眼很难观察到的真菌孢子进行平板培养，培养出肉眼可见的菌落，根据菌落数量来判定真菌生长情况，但此方案对于人员的操作、实验室条件都有着比较严格的要求，并且其需要培养5-7天才能进行观察，并不适用于真菌的快速检测。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种储粮真菌自动检测系统。

本发明的另一个目的在于提供一种储粮真菌自动检测方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供一种储粮真菌自动检测系统，包括：

计数板、进样器，三维自动位移对焦组件，放大光路组件、摄像头和计算机，其中

计数板用于制作样片；

进样器用于固定计数板在样品台上；

三维自动位移对焦组件用于将计数板进行位置移动和自动对焦到摄像头视野中央；

放大光路组件用于放大所述样片中计数区的图像；

摄像头用于采集所述样片中计数区的图像，并将采集图像发送到计算机；

计算机用于接收由摄像头采集并发送过来的所述样片中计数区的图像，并进行处理，得到计数板中真菌孢子的数量统计及判定。

在一个具体实施例中，所述三维自动位移对焦组件包括：步进电机、联轴器、丝杆、滚珠螺母底座、丝杆固定器和移动台。

在一个具体实施例中，所述步进电机通过联轴器与丝杆连接，步进电机的转动会带动丝杆转动，移动台通过滚珠螺母底座与丝杆相连，当丝杆转动时，滚珠螺母底座将丝杆的转动转化为直线运动，从而达到移动平台的直线移动。

在一个具体实施例中，还包括：

数据接口和电源插口，其中

数据接口与计算机连接；

电源插口用于连电。

在一个具体实施例中，还包括：

进样口，用于把进样器由进样口插入样品台。

在一个具体实施例中，还包括：

电源开关，用于开关所述储粮真菌自动检测系统。

本发明第二方面提供一种利用本发明第一方面的系统进行储粮真菌自动检测方法，包括：

储粮样品加水震荡，真菌孢子洗脱至水中，得到真菌孢子悬浊液，将所述计数区盖上盖玻片，移取真菌孢子悬浊液滴在盖玻片边缘，通过毛细作用将真菌孢子悬浊液扩散至计数区，得到制备好的计数板；

将制备好的计数板固定于进样器中央，将进样器由进样口插入至样品台；

用户点选检测区编号，检测区选定后点击检测功能键，输入完成界面弹出的用户输入样品基本信息后开启检测；

三维自动位移对焦组件通过图像清晰度算法自动调节上下焦距，并自动将计数区移动至摄像头视野中央；

摄像头将视野进行拍照；

所述真菌孢子悬浊液图像由识别软件进行识别计数，并由计算机的中控软件进行数量统计及判定，向用户呈现样品真菌危害情况。

在一个具体实施例中，所述用户点选检测区编号，检测区选定后点击检测功能键，输入完成界面弹出的用户输入样品基本信息后开启检测之后还包括：

将检测指令、对焦区坐标和检测点坐标发送至三轴移动控制芯片，所述三轴移动控制芯片接收检测指令、对焦区坐标和检测点坐标后，通过S型函数的加减速度曲线控制电脉冲信号的频率和脉冲数，其中

频率控制步进电机的速度和加速度，脉冲数控制来控制步进电机转动的角位移量。

在一个具体实施例中，步进电机的Z轴通过图像清晰度算法自动调节上下焦距，XY轴自动将计数区移动至摄像头视野中央进一步包括：

Z轴通过brenner梯度函数计算图像清晰度，进一步调整好焦距，XY轴控制样品台移动，将相应计数区移动至摄像头视野下。

在一个具体实施例中，所述真菌孢子悬浊液图像由识别软件进行识别计数，并由中控软件进行数量统计及判定，向用户呈现样品真菌危害情况进一步包括：

一个计数区在不同位点进行n次对焦及图像拍摄，以n张计数结果的总和乘以相关稀释倍数得到该样品的真菌孢子数，进而判定真菌危害等级，其中n为自然数。

本发明的有益效果如下：

本发明采用对粮食进行洗脱，得到真菌孢子悬浊液，由于孢子比较微小，本系统采用了显微放大技术，并且配置有三维自动位移对焦组件，大大降低了人员操作要求，实现了自动检测，内部的图像识别软件可对孢子图像进行特征提取，通过模型对比，从而对真菌孢子进行自动识别及计数，使本系统实现智能化，该系统检测时间短，一个样品仅需3-5分钟，本发明填补了我国真菌快速检测的空白，实现真菌检测的自动化，智能化。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一个实施例的储粮真菌自动检测方法的系统架构示意图。

图2示出本发明的一个实施例的步进电机-丝杠连接图。

图3示出本发明的一个实施例的储粮真菌自动检测方法的流程图。

图4示出本发明的一个实施例的计数板中计数区的设置。

图5示出本发明的一个实施例的计算机中用户界面的设计。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

图1示出了可以应用本发明的一个实施例的储粮真菌自动检测方法的系统架构10。

如图1所示，系统架构10可以包括计数板100、进样器102，三维自动位移对焦组件104，放大光路组件106、摄像头108和计算机110，其中

计数板100用于制作样片；

进样器102用于固定计数板在样品台上；

三维自动位移对焦组件104用于将计数板进行位置移动和自动对焦到摄像头视野中央；

在一个具体实施例中，所述三维自动位移对焦组件104包括：步进电机、联轴器、丝杆、滚珠螺母底座、丝杆固定器和移动台，其中步进电机包括xy轴和z轴，z轴位移对焦组件为图1所示方位，xy轴自动位移装置为计数板下方的平台。

在一个具体实施例中，如图2所示为步进电机-丝杠连接图，所述步进电机通过联轴器与丝杆连接，步进电机的转动会带动丝杆转动，移动台通过滚珠螺母底座与丝杆相连，当丝杆转动时，滚珠螺母底座将丝杆的转动转化为直线运动，从而达到移动平台的直线移动。

放大光路组件106用于放大所述样片中计数区的图像；

摄像头108用于采集所述样片中计数区的图像，并将采集图像发送到计算机；

计算机110用于接收由摄像头采集并发送过来的所述样片中计数区的图像，并进行处理，得到计数板中真菌孢子的数量统计及判定。

在一个具体实施例中，系统架构10还包括：

数据接口和电源插口，其中

数据接口与计算机连接；

电源插口用于连电。

在一个具体实施例中，系统架构10还包括：

进样口，用于把进样器由进样口插入样品台。

在一个具体实施例中，系统架构10还包括：

电源开关，用于开关所述储粮真菌自动检测系统。

图3示出了本发明的一个实施例的储粮真菌自动检测方法，实现在图1中的系统中，包括：

储粮样品加水震荡，真菌孢子洗脱至水中，得到真菌孢子悬浊液，将所述计数区盖上盖玻片，移取真菌孢子悬浊液滴在盖玻片边缘，通过毛细作用将真菌孢子悬浊液扩散至计数区，得到制备好的计数板；

将制备好的计数板固定于进样器中央，将进样器由进样口插入至样品台；

在一个具体实施例中，如图4所示为计数板中计数区的设置，每张计数板可以设置多个计数区，例如每张计数板设置6个计数区，可用于观察6份待检测的真菌孢子悬浊液样品，每张计数板设置计数区的个数，本发明对此不作限定。

用户点选检测区编号，检测区选定后点击检测功能键，输入完成界面弹出的用户输入样品基本信息后开启检测；

在一个具体实施例中，所述计算机中用户界面的设计如图5所示，检测区可以设置有多个，例如设置6个检测区，就可以一次进行6个样品的检测，用户可以单独点击这6个检测区的任何一个或多个，也可以全部点击，选定检测区后，点击检测功能键，输入界面弹出的用户输入样品基本信息，包括：粮种、仓号、点位、检验员和备注等信息，输入完成后开启检测。

在一个具体实施例中，所述用户点选检测区编号，检测区选定后点击检测功能键，输入完成界面弹出的用户输入样品基本信息后开启检测之后还包括：

将检测指令、对焦区坐标和检测点坐标发送至三轴移动控制芯片，所述三轴移动控制芯片接收检测指令、对焦区坐标和检测点坐标后，通过S型函数的加减速度曲线控制电脉冲信号的频率和脉冲数，其中

频率控制步进电机的速度和加速度，脉冲数控制来控制步进电机转动的角位移量。

三维自动位移对焦组件通过图像清晰度算法自动调节上下焦距，并自动将计数区移动至摄像头视野中央；

在一个具体实施例中，步进电机的Z轴通过图像清晰度算法自动调节上下焦距，XY轴自动将计数区移动至摄像头视野中央进一步包括：

Z轴通过brenner梯度函数计算图像清晰度，进一步调整好焦距，brenner梯度函数算法计算相邻两个像素灰度差的平方，其原理为：图像相邻像素方差小，则对比度不大，色调单一，看不出太多信息，图像质量较差；图像相邻像素方差大，则图像灰度层次越丰富，图像的反差大，可以看到更多的信息，便于识别和分类，图像质量高。XY轴控制样品台移动，将相应计数区移动至摄像头视野下。

摄像头将视野进行拍照；

在一个具体实施例中，摄像头将视野进行拍照并识别，界面的图像区可显示标记后的图像缩略图，也可点击其中一张打开平铺于视野区，以便放大观察识别结果。

所述真菌孢子悬浊液图像由识别软件进行识别计数，并由计算机的中控软件进行数量统计及判定，向用户呈现样品真菌危害情况。

在一个具体实施例中，所述真菌孢子悬浊液图像由识别软件进行识别计数，并由中控软件进行数量统计及判定，向用户呈现样品真菌危害情况进一步包括：

一个计数区在不同位点进行n次对焦及图像拍摄，以n张计数结果的总和乘以相关稀释倍数得到该样品的真菌孢子数，进而判定真菌危害等级，其中n为自然数。

在一个具体实施例中，界面的结果区可显示识别数据结果、危害等级以及样品基本信息，最后一列“报告”可进行识别结果的打印。

本发明采用对粮食进行洗脱，得到真菌孢子悬浊液，由于孢子比较微小，本系统采用了显微放大技术，并且配置有三维自动位移对焦组件，大大降低了人员操作要求，实现了自动检测，内部的图像识别软件可对孢子图像进行特征提取，通过模型对比，从而对真菌孢子进行自动识别及计数，使本系统实现智能化，该系统检测时间短，一个样品仅需3-5分钟，本发明填补了我国真菌快速检测的空白，实现真菌检测的自动化，智能化。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。