Sistema automático de detección e identificación de fases de madurez del Chile Habanero y frutos similares.
Objeto de la invención
La presente invención tiene por objeto la detección e identificación de las fases de madurez del Chile Habanero de forma automática en un sensor de color RGB y de manera puntual sobre la superficie del fruto, que es colocada sobre el sistema al utilizar los umbrales pre-programados. Además, también, tiene como objetivo permitir la calibración personalizada y ajuste de nuevos umbrales, para aplicaciones especificas del usuario.
Este sistema es aplicable al control de calidad en la industria alimentaria y en la agricultura.
Estado de la técnica
El Chile Habanero (Capsicum chínense Jacquin.) es una hortaliza perteneciente a la familia de la solanáceas y al genero capsicum. Tiene una forma esférica o cónica y presenta los siguientes colores: rojo, amarillo, naranja o blanco. Este es un producto de alto valor comercial y alto contenido nutricional, especialmente en vitaminas y minerales. Estos constituyen parte de la dieta del ser humano en sus especies más picantes como son los ajíes, paprika, chiles y pimientos picantes, además de, los menos picantes o dulces como son el pimiento campana, pimiento dulce y el pimiento [1], [2].
Los chiles del genero Capsicum son una especia utilizada como ingrediente básico en una gran variedad de cocinas alrededor del mundo. También, es utilizado como saborizante o colorante ya que añade sabor al paladar en los diferentes alimentos, que de otra manera serían insípidos.
El valor nutritivo de los Capsicum es alto y son una excelente fuente de vitamina C (ácido ascórbico), vitamina A, complejo B y vitamina E más aun con minerales como el molibdeno, manganeso, folato, potasio y tiamina. Los capsicum tienen siete veces más vitamina C que la naranja. Los Beta-carotenoides y la vitamina C son poderosos antioxidantes que destruyen los radicales libres.
Los colores vivos que exhiben los Capsicum son debidos a la mezcla de éster de la capsantina, capsorrubina, zeaxantina, criptoxantina y otros carotenoides. Estos colores extraíbles de los chiles son utilizados extensamente en la industria del procesamiento de alimentos en una amplia gama de productos como salsas, embutidos, aderezos para ensaladas, condimentos, postres y alimentos procesados [3].
Actualmente, existen diferentes técnicas y aparatos que realizan funciones de mediciones y de color en alimentos. Sin embargo, la mayoría de estas tecnologías pueden dar una medida objetiva del color y, su operación esta limitada a esa función, pero no una identificación automática sobre a que estado de madurez pertenece el Chile Habanero.
Por otro lado, las máquinas surtidoras de frutas, son máquinas complejas y basan su operación principalmente en la adquisición de imágenes y procesamiento de las mismas
a una alta velocidad para surtir los frutos considerando diferentes parámetros, que se configuran por un técnico especializado [4], El sistema automático RGB de detección e identificación de fases de madurez del Chile Habanero y frutos similares utiliza un sensor RGB diferente a una cámara digital, lo cual, lo hace distinto a estos sistemas.
Sin embargo, el proceso de selección y control de calidad de estos frutos, como en otros productos, se lleva a cabo de forma visual y manual por personal experto y debidamente entrenado, lo cual tiene cierta incertidumbre e introduce un error debido a que el sensor, que en este caso es el ojo humano, varia entre el personal y, por tanto, también su percepción, teniendo así, un proceso poco homogéneo.
El sistema automático RGB de detección e identificación de fases de madurez del Chile Habanero y frutos similares sería una opción para contribuir, a dar solución a esta problemática, como un instrumento de apoyo para la industria agroalimentaria, que no tiene acceso a maquinaria tan sofisticada.
[1] E. A. Moscone, M. A. Scaldaferro, M. Grabiele, N. M. Cecchini, and F. Ehrendorfer, The Evolution of Chili Peppers (Capsicum-Solanaceae): a Cytogenetic Perspective. Acta Hort. (ISHS), 2007.
[2] T. K. Lim, "Capsicum chínense", in Edible Medicinal and Non-Medicinal Plants, voi. 6, Dordrecht: Springer Netherlands, 2013, p. 8.
[3] S. L. Kothari, a Joshi, S. Kachhwaha, and N. Ochoa-Alejo, "Chilli peppers-a review on tissue culture and transgenesis"., Biotechnology advances, voi. 28, no. 1, pp. 35- 48, 2010.
[4] Javier López Ungría. Procedimiento y clasificación cromática de productos. Inventor: Pía Bañan, Filiberto; Calpe Maravilla Javier y Monfort Ramos Jordi. ESPAÑA, ES2123422 A1. Fecha de solicitud: 03-07-96, Fecha de publicación de la solicitud: 1-01-99. Disponible en http://ep.espacenet.com .
Descripción de las figuras
Figura 1.- Vista lateral del sistema.
(a).- Pantalla de cristal liquido (LCD, por sus siglas en inglés) de 16 columnas por 2 renglones.
(b).- Conexión del LCD hacia el microcontrolador (d).
(c).- Conexión del componente de iluminación hacia el microcontrolador (d).
(d).- Microcontrolador.
(e).- Fuente de alimentación.
(f).- Conexión del sensor de color hacia el microcontrolador (d).
(g).- Sensor de color RGB.
(h).- Carcasa de protección para el sistema.
(i).- Ventana, transparente, para colocar el objeto de interés.
(j).- Componente de iluminación.
(k).- Iluminación hacia el objeto de interés.
(l).- Información de color hacia el sensor.
(m).- Botón selector uno.
(n).- Botón de registrar.
(o).- Botón selector dos.
(p).- Botón de encendido.
(q).- Conexiones de los tres botones hacia el microcontrolador (d).
(r).- Conexión de comunicación externa.
Figura 2.- Vista Superior del sistema.
(s).- Botón selector uno.
(t).- Botón de registrar.
(u).- Botón selector dos.
(v).- Botón de encendido.
(w).- Carcasa de protección para el sistema.
(x).- Ventana, transparente, para colocar el objeto de interés.
(y).- Pantalla de cristal liquido (LCD, por sus siglas en inglés) de 16 columnas por 2 renglones.
Figura 3.- Diagrama de fases de madurez pre-programadas.
F1.- Fase de madurez 1.
F2.- Fase de madurez 2.
F3.- Fase de madurez 3.
V1.- Sub-umbral RGB 1 dentro de la fase de madurez 1.
V2.- Sub-umbral RGB 2 dentro de la fase de madurez 1.
V3.- Sub-umbral RGB 3 dentro de la fase de madurez 1.
A1.- Sub-umbral RGB 1 dentro de la fase de madurez 2.
A2.- Sub-umbral RGB 2 dentro de la fase de madurez 2.
A3.- Sub-umbral RGB 3 dentro de la fase de madurez 2.
NI- Sub-umbral RGB 1 dentro de la fase de madurez 3.
N3.- Sub-umbral RGB 2 dentro de la fase de madurez 3.
N3.- Sub-umbral RGB 3 dentro de la fase de madurez 3.
Descripción de la invención
El sistema se basa en un sensor de color (g), con tres canales de información: rojo, verde y azul (RGB, por sus siglas en inglés); el cual, es utilizado para detectar la información de la luz que proviene del objeto de interés.
Consta de un componente de iluminación (j), que se dirige hacia el objeto de interés para iluminarlo (k) y, por reflexión (I), hacer llegar la información de color hasta el sensor (g); donde, se extrae la información de la señal luminosa y se separa en sus tres componentes RGB, que contienen las proporciones correspondientes al color del objeto de interés. Una vez que la señal se encuentra en el sensor, este la convierte a una señal digital, la cual es procesada por un microcontrolador (d).
El microcontrolador (d), contiene los algoritmos y todas las instrucciones necesarias para la operación del sistema. Las cuales son: controlar el sensor de color, recibir la señal del sensor, procesar las señales del sensor, desplegar datos, procesos de calibración y proceso de identificación.
El sistema, esta dotado de un carcasa (h) para protección del mismo y, también, de una ventana (i), para colocar los objetos de interés y llevar a cabo el proceso de calibración o identificación.
En la pantalla LCD (a), se despliegan: los datos de color, las indicaciones para calibrar el sistema y la identificación de la fase de madurez. Una vez calibrado el sistema y cuando se detecta el objeto sobre la ventana, se procede a adquirir su información de color y, posteriormente, indica en la pantalla la fase de madurez que corresponde o, en su defecto, despliega la leyenda "fuera del rango" si la información de color no concuerda con la información de calibración. Si, el sistema, no se encuentra calibrado, mediante la pantalla LCD solicitará realizar el procedimiento para calibrar el sistema. Esta pantalla LCD, se interconecta con el microcontrolador como se muestra en (b).
El sistema es energizado por medio de una fuente (e) regulada a 5 volts; que convierte la señal alterna de 110 volts o 220 volts a una señal regulada de 5 volts en corriente continua.
La ventana (i), tiene la función de permitir que pase la iluminación proveniente del componente de iluminación (j) hacia el objeto de interés y, posteriormente, permitir salir la
luz con la información de color (I) hacia el sensor (g). También, tiene la función de proteger el sistema del ambiente, sin perder el contacto con el objeto de interés.
El proceso de calibración, es un proceso que se selecciona por el usuario de forma manual; si no se elige esta opción, el sistema se inicializa con los valores pre-programados. Este proceso de calibración, se inicia solicitando un patrón de referencia; posteriormente, solicita de forma secuencial colocar los objetos de interés en los umbrales de la aplicación específica. Una vez concluida esta tarea, despliega una leyenda informando que el proceso de calibrado se ha realizado satisfactoriamente.
El proceso de identificación, se da cuando el usuario selecciona la opción de iniciar identificación y procede directamente a utilizar el sistema con los valores pre-programados o los del proceso de calibración. Después de esta elección, el sistema estará listo para iniciar la detección e identificación de las fases de los Chiles Habaneros u objetos similares.
Modo de realización de la invención
Cuando el dispositivo está orientado a la identificación de las distintas fases de maduración del Chile Habanero dentro de una producción agrícola de chiles, los pasos a seguir son los siguientes.
1 - Selección de muestras a medir en campo o una vez recolectadas.
2 - Encendido del dispositivo pulsando el botón de encendido y selección del modo de
calibración usando los botones selectores y el registrador.
3 - Calibración del dispositivo mediante el uso de patrones que representen
adecuadamente los distintos umbrales de madurez a discriminar.
a. Presentar patrón verde y seleccionar siguiente patrón (botón registrador).
b. Presentar patrón amarillo y seleccionar siguiente patrón (botón registrador).
c. Presentar patrón rojo y seleccionar siguiente patrón (botón registrador).
d. Presentar patrón blanco y seleccionar finalizar calibración (botón seleccionador 1 y botón registrador).
4 - Selección del modo de identificación de muestras usando los botones selectores y el
registrador. Presentar muestras de forma sucesiva para registrar sus estados de madurez. Pulsar el botón registrador entre cada medida.
5 - Al finalizar todas las medidas, apagar el dispositivo pulsando el botón de encendido.
