稻米膠稠度的圖像測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于食品檢測領域，涉及稻米的膠稠度測量方法，具體為一種利用圖像技 術測量稻米膠稠度的方法。
【背景技術】
[0002] 稻米是我國重要的糧食作物，隨著生活水平的日益提高，人們對稻米的食味品質 的要求越來越高。膠稠度(gel consistency，GC)是稻米的主要品質指標。稻米粉樣經稀堿 熱糊化后形成米膠，冰水浴冷卻后的米膠在水平放置的試管中作緩慢流動延伸，其米膠總 長度稱為膠稠度，可以測量求得。國內外文獻報道了膠稠度的大小直接與米飯的軟硬度相 關。根據米膠長度可將膠稠度分為三類:硬膠稠度40mm)、中膠稠度(41~60mm)、軟膠稠 度U61mm)。軟膠稠度的米飯較為柔軟可口，冷卻后仍保持柔軟且不變硬;而硬膠稠度的米 飯的硬度較大、干燥易裂，冷卻后硬度更大，食味不佳。因此，膠稠度與米飯的柔軟性、適口 性、冷飯質地等密切關聯，膠稠度的準確、快速測量對稻米食味品質的評價有著重要的意 義。
[0003] 作為稻米常規品質指標，膠稠度的測定已有國家標準（GB/T 22294-2008、GB/T 17891-1999)用以執行。標準中，膠稠度的測定步驟包括試樣的制備、制備樣品水分測定、溶 解樣品、制膠、測量米膠長度等。目前為止，測量膠稠度全靠檢測人員的目測，即將試管置于 墊有刻度紙的水平臺上靜置，目測自管底至米膠前沿的長度，以毫米(_)表示。用目測的方 法來測量米膠長度，主要有兩點不足:首先，檢測人員的目測帶有主觀性的估算，結果易受 人員的生理和心理狀態的影響，不具客觀性、絕對性、唯一性;再者，當大批量樣品處于在檢 狀態時，由檢測人員進行目測需要耗費比較長的時間。在如今這個信息化、圖像化的時代， 一種更為快捷、準確、科學的方法急需開發以用于稻米膠稠度的測量。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種稻米膠稠度的圖像測量方法，本發明旨在利 用圖像技術的耗時少、操作簡便的優點，提供一種快速且準確的方法來替代目前常規的目 測。本發明并不改變稻米樣品的前處理和形成米膠的操作，而僅是用于測量米膠長度。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明提供一種稻米膠稠度的圖像測量方法，包括如下 步驟：
[0006] 1)、背景板的制作：
[0007] 背景板為A4大小的白色背景板，在背景板上設有相互平行且保持間距的3個標尺， 2個相鄰標尺之間的區域為用于擺放試管的試管擺放區域；
[0008] 2)、水平操作臺的布置：
[0009] 將上述背景板放在水平操作臺上；
[0010]備注說明：背景板一般為縱向擺放，水平操作臺上可放若干個背景板；
[0011] 3)、拍照儀器(相機或手機)的位置確定：
[0012] 拍照儀器的鏡頭距離背景板至少30cm的高度(一般控制為30~50cm)，且使拍照儀 器的鏡頭的中心點對齊白色背景板的中心點；
[0013] 4)、試管的擺放及照片的獲取：
[0014] 將若干根裝有待測稻米所形成的冷卻后米膠的試管立即進行以下操作:放入試管 擺放區域，試管的軸心線與標尺相平行;在一個試管擺放區域內設置兩列相互間隔的試管 組，每個試管組內的試管相互緊貼（即，每個試管組內相鄰的2根試管之間不留空隙）；
[0015] 自冷卻后米膠在室溫下放置1小時后，利用步驟3)所述的拍照儀器對背景板上的 試管同時進行拍照；
[0016] 5)、利用步驟4)拍照所得結果測算稻米的膠稠度：
[0017] 所述測算由如下四個功能模塊完成：
[0018] 功能模塊①:將照片轉換成二值數值矩陣；
[0019] 功能模塊②:依據功能模塊①所得的二元數值矩陣判斷每個試管擺放區域內的每 列試管組中的每個試管的位置（即，包括每列試管組中起始試管的位置及其余試管的位置； 備注說明：起始試管是指每列試管組中排在第一行(從上至下起算)的試管）；
[0020] 功能模塊③:依據功能模塊②所得的每個試管擺放區域內的每根試管的位置，依 次計算位于每個試管內的米膠的虛擬長度；
[0021] 功能模塊④:依據功能模塊③所得的每個試管內的米膠的虛擬長度根據對應的標 尺(20mm標尺)算出樣品(待測稻米)的膠稠度結果。
[0022] 作為本發明的稻米膠稠度的圖像測量方法的改進：
[0023] 所述步驟1)為：
[0024]白色背景板縱向放置，白色背景板上印有3條20mm黑色標尺，標尺I位于距離白色 背景板上沿8mm處，標尺Π 位于白色背景板正中央，標尺ΙΠ 位于距離白色背景板下沿8mm處；
[0025] 標尺I和標尺Π 之間的區域形成一個試管擺放區域(命名為試管擺放區域1)，標尺 Π 和標尺m之間的的區域為另一個試管擺放區域(命名為試管擺放區域2)。
[0026] 作為本發明的稻米膠稠度的圖像測量方法的進一步改進：
[0027] 所述步驟4)中：每個試管擺放區域內的每列試管組最多放置8根試管；即，白色背 景板最多放置32根試管；
[0028]拍攝的照片尺寸大小控制為800 X 600像素。
[0029] 作為本發明的稻米膠稠度的圖像測量方法的進一步改進：
[0030] 所述步驟5)具體如下：
[0031 ]功能模塊①:將800 X 600像素的照片轉換成二元數值矩陣；
[0032]本模塊中，Matlab軟件內的計算規則為：每張800X600像素的照片，將其轉換成 800 X600(行數X列數）的二值數值矩陣，即矩陣中只有數值1和0;設定試管中藍色米膠部 分（即，如圖1所示為試管內的灰色部分)和標尺對應的二值數值矩陣位置上的數值為1，其 余部分的數值均為〇;
[0033]功能模塊②:根據功能模塊①所得的二元數值矩陣判斷每個試管擺放區域內的每 列試管組中的起始試管在照片中的位置(可通過找到每個試管擺放區域內的每列試管組排 在第一行的試管的上側邊緣而確定該起始試管的位置）；從而進一步確定每個試管擺放區 域內的每列試管組中的每個試管的位置；
[0034]備注說明：室溫下，冷卻后米膠順著試管的長度延伸，藍色米膠的寬度等同于試管 的寬度(直徑），試管的上側邊緣位置也就是藍色米膠的上側邊緣位置；由于試管的直徑固 定，且每列試管組中試管是間緊挨著的，即試管在矩陣中占據的行數量基本一致;因此根據 起始試管的位置，能進一步確定區域中32根試管的位置。
[0035]本模塊中，Matlab軟件內的計算規則為:在二值數值矩陣中，區域1的位置為第40 行到400行，區域2的位置為第425行到760行，其余的行數則分布有3個標尺的位置。每根試 管在矩陣中占據了35行，也就是試管的狀態由35行的數值表示出來。區域1中第1列第1根試 管的上側邊緣，就是二值數值矩陣中在第40行到400行、第1列到300列中第一次出現數值1 的行數。從該行數開始，第一個35行表示第1列第1根試管即起始試管，接著的第二個35行表 示第1列第2根試管，再接著的第三個35行表示第1列第3根試管……依次類推，確定了第1列 的8根試管位置。區域1中第2列第1根試管的上側邊緣，就是二值數值矩陣中在第40行到400 行、第301列到600列中第一次出現數值1的行數;再根據第1列的方法找出第2列的起始試管 及其余試管位置。同理可計算出區域2中的所有試管位置。
[0036]功能模塊③:根據功能模塊②所得的每個試管擺放區域內的每根試管的位置，依 次計算位于每個試管內的米膠的虛擬長度：
[0037] 在每根試管中，找到橫向藍色米膠的最左端和最右端，計算藍色米膠的虛擬長度， 即米膠在數值矩陣中占據的列數量；
[0038] 本模塊中，Matlab軟件內的計算規則為:在二值數值矩陣中，每根試管對應的35行 300列中，找到首次和末次出現數值1的第i列和第j列，則該試管中米膠的虛擬長度x(以列 數為單位)的計算公式為x = j_i+l。同理可得所有試管的虛擬長度。
[0039] 功能模塊④:根據標尺的虛擬長度和實際長度，計算藍色米膠的實際長度即膠稠 度，以毫米_為單位；當拍照儀器(相機或手機)位置固定且水平時，每張照片中每個標尺的 虛擬長度均相同；
[0040] 本模塊中，Matlab軟件內的計算規則為:在二值數值矩陣中，標尺I、n、m的位置 分別為第21行至30行、第411行至420行、第771行至780行。參考模塊③中，在標尺位置內找 到出現數值1的列數量，即計算出標尺I、Π 、m的虛擬長度分別為yi、y2、y3。標尺I、Π 、m的 虛擬長度分別為71、72、73。區域1內的米膠實際長度(用7表示，單位111111)以71和72的平均值作 為實際長度20mm計算所得，米膠實際長度計算公式為y = 4〇X/(yi+y2);區域2內的米膠實際 長度以y2和y3的平均值作為實際長度20mm計算所得，米膠實際長度計算公式為y = 40x/(y2+ y3)。當本法中的相機或手機位置固定且水平時，yi = y2 = y3,故區域中的米膠實際長度計算 公式為y = 20x/yi。