CN102519962A - 猪肉质量等级无损检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种猪肉质量等级无损检测系统，包括：到位检测及托起模块，包括检测单元和托起单元，分别设置在被测猪肉生产线一侧，检测单元用于检测被测猪肉胴体是否到达指定位置，托起单元用于托起处于运动状态的被测猪肉胴体并利用被拖起胴体处于相对静止的瞬间进行图像采集；图像采集模块，设置在被测猪肉生产线另一侧，用于采集托起的被测猪肉的图像；微处理器，与上述两模块分别相连，控制其工作过程并对采集到的被测猪肉胴体图像进行处理。本发明为在线检测系统，能够实现猪肉非接触、非破坏、快速检测，检测过程简单，效率高，并且能够克服传统人工测量中存在的人为因素。

Description

猪肉质量等级无损检测系统

技术领域

本发明涉及畜肉屠宰生产线品质检测技术，特别是涉及一种猪肉质量等级无损检测系统。

背景技术

猪肉是我国不可或缺的最重要的肉食品，随着经济、社会的发展，人们收入水平提高，猪肉的需求量和消费档次也逐渐提高。自1949年以来，我国生猪养殖业发展迅速，总体上增长较快。国家农业部公布数据显示，2010年12月全国能繁母猪存栏量为4.54亿头左右，能繁母猪存栏4750万头，根据美国农业部预测，2011年我国生猪出栏和猪肉产量分别为6.68亿头和5250万吨，分别较上年约增长0.5％和3％；猪肉消费量为5270万吨，增长3％。

目前，我国是世界上第一大猪肉生产国，猪肉产量占世界总产量的50％左右。但是与我国是肉类生产大国极不相称的是我国的肉类出口量呈大幅下降趋势。造成我国猪肉出口量减少的原因有很多，其中一个很重要的原因是我国没有严格的猪肉质量分级制度。我国已加入世界贸易组织，市场对外开放的程度将进一步加大，国际市场政策和规则的变化将明显影响我国猪肉进出口贸易。因此，猪肉质量分级技术的应用，对引导生产的规范化、标准化、有序化及产业化有着重要意义。猪肉分级主要具有下列作用：实现优质优价，促进市场良性运转；规范和统一国内猪肉产品的质量，促进生产水平的提高，延长产业链；对猪肉生产的发展起到导向和推动作用，促进肉牛繁育、屠宰加工、猪肉制品加工协调发展；使国内整个产业纳入一个科学、有序的发展轨道，增强国际竞争力。

随着国民生活水平的提高，人们对食品品质和卫生的要求越来越高。目前对猪肉质量进行检测与分级的主要指标包括背膘厚度、瘦肉率、新鲜度、细菌总数，目前在我国，传统的猪肉定级工作主要是由人工完成，这种用尺子进行接触测量的方法，会造成肉样的污染，达不到卫生要求，另一方面这种方法效率低、准确性差，低温环境对分级员的身体也不利，且存在一定的人为因素，无法进行复查。在西方国家人们已经开始用数值等客观有效的方法来判断猪肉的品质。

在经济全球化的今天，中国的猪肉制品行业面临着前所未有的重大机遇和挑战，虽然我国是肉品生产大国，但不是肉品产业大国。随着猪肉加工速度的加快，传统的质量检测技术已经不能满足高效率、非接触的要求。这就要求我们建立可靠的在线检测系统，实现对猪肉品质参数的无损伤、在线检测，避免人为因素，实行优质优价，实现生猪养殖企业和屠宰加工企业的双赢和利益最大化，增强我国肉类产品的国际市场竞争力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是实现猪肉质量的无损、非破坏、在线快速检测，提高其检测效率，简化检测过程。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种猪肉质量等级无损检测系统，其包括：

到位检测及托起模块，包括检测单元和托起单元，分别设置在被测猪肉生产线一侧，检测单元用于检测被测猪肉胴体是否到达指定位置，托起单元用于托起处于运动状态的被测猪肉胴体并利用被拖起胴体处于相对静止的瞬间进行图像采集；

图像采集模块，设置在被测猪肉生产线另一侧，用于采集托起的被测猪肉胴体的图像；

微处理器，与所述到位检测及托起模块和图像采集模块分别相连，微处理器根据检测单元所测得的被测猪肉胴体到达位置信号控制托起单元托起被测猪肉胴体，并进一步控制图像采集模块对所托起的被测猪肉胴体进行图像采集和处理。

其中，所述到位检测及托起模块还包括挡杆单元，设置在被测猪肉生产线一侧，在图像采集模块进行图像采集时，挡杆单元阻挡与被测猪肉胴体并列运行在生产线上的其它猪肉酮体；在图像采集完成后，挡杆单元将其阻挡的猪肉胴体释放。

其中，所述检测单元包括光电传感器，设置在被测猪肉生产线上，用于检测被测猪肉胴体的到达位置。

其中，所述托起单元包括托板，所述托板安装在滑动机构上，所述滑动机构与伺服电机相连，由伺服电机控制滑动机构带动托板移动；所述托板为倾斜设置。

其中，所述托起单元和图像采集模块相对设置在被测猪肉生产线的两侧。

其中，所述图形采集模块包括相机和设置在相机两侧的光源，所述光源设置在与被测猪肉生产线平行的方向上。

其中，所述托板表面的颜色与被测猪肉胴体的颜色不同。

其中，所述托板表面的颜色为蓝色。

其中，所述托板的倾斜角度设置以满足图像采集模块能够采集到托板托起的被测猪肉胴体的第六和第七根肋骨之间的完整图像为准。

其中，还包括显示模块和数据存储模块，分别与微处理器相连，用于显示图像采集模块所采集到的图像以及对图像处理后的数据进行存储。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的猪肉质量等级无损检测系统，为在线检测系统，能够实现猪肉非接触快速检测，检测过程简单，效率高，与传统实验室生化检测相比更具实用性，并且能够克服传统人工测量中存在的人为因素，避免生猪养殖者和收购者之间不必要的争议，实现按质论价，可适用于在猪肉屠宰加工企业的屠宰生产线上自动对猪胴体进行品质检测和质量分级。

附图说明

图1是本发明实施例的猪肉质量等级无损检测生产线的俯视图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明实施例的猪肉质量等级无损检测系统的结构框图。

其中，1：生产线；2：第一二分体；3：第二二分体；4：光电传感器；5：相机；6：光源；7：托板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明为一种基于可见/近红外技术的猪肉质量等级无损伤检测系统，属于采用可见/近红外技术在线、无损伤评定猪肉质量等级技术领域，在生产线上检测感兴趣区域背膘厚度、颜色、肥瘦比和胴体重，从而评价猪肉质量等级。本系统为非接触、非破坏、无损在线快速检测系统，该系统可直接嵌于大型屠宰加工企业的屠宰生产线中。

根据企业实地调研，生猪屠宰线的主要工艺流程一般为：淋浴→麻电→放血→挂猪→预清洗→打毛→刮毛→开腔→取内脏→剪头→劈半→去蹄→扒腰子→扒大油→打级→称重→快速预冷→冷藏。

本系统可嵌入到劈半和打级工序之间，劈半工序之后，将一头猪对称的分成两部分，这两部分分别称作第一二分体和第二二分体，同一头猪的两个二分体在生产线上同时向前运动，通过本系统的无损在线检测，得出检测结果，进而可进行去蹄、扒腰子、扒大油以及打级工序。

图3示出了本实施例的猪肉质量等级无损检测系统的结构框图，包括微处理器和分别与微处理器相连的到位检测及托起模块、图像采集模块、显示模块和数据存储模块。到位检测及托起模块包括检测单元和托起单元，分别设置在被测猪肉生产线一侧，检测单元用于检测被测猪肉胴体的到达位置，托起单元用于托起被测猪肉胴体进行图像采集；图像采集模块，设置在被测猪肉生产线另一侧，和托起单元相对设置在被测猪肉生产线的两侧，采集托起单元所托起的被测猪肉胴体的图像；微处理器根据检测单元所测得的被测猪肉胴体到达位置信号控制托起单元托起被测猪肉胴体，并进一步控制图像采集模块对所托起的被测猪肉胴体进行图像采集以及对采集到的图像进行处理；显示模块和数据存储模块分别用于显示图像采集模块所采集到的图像以及对图像处理后的数据进行存储。

图1是本实施例的猪肉质量等级无损检测生产线的俯视图，图2是图1的左视图。参照图1和图2，可对本实施例的检测系统与生产线相结合的结构进行详细的描述。具体地，一头猪所分成的第一二分体2和第二二分体3同时并列在生产线上行进，图像采集模块设置在第一二分体2的同侧，到位检测及托起模块设置在第二二分体3的同侧，第二二分体3作为被检测的猪肉对象。

到位检测及托起模块中的检测单元包括光电传感器4，设置在第二二分体3一侧，用于检测第二二分体3一侧的到达位置；托起单元包括托板7和控制托板7移动的伺服电机及其滑块机构(图中未标示)，托板7倾斜设置，其倾斜角度以满足图像采集模块能够采集到托板7托起的第二二分体3的第六和第七根肋骨之间的完整图像，并且托板7表面的颜色应与第二二分体3的颜色不同，且反差较大，优选将托板7表面颜色设置为蓝色。到位检测及托起模块还包括挡杆单元，设置在第二二分体3一侧，在图像采集模块进行图像采集时，挡杆单元阻挡第一二分体2；在图像采集完成后，挡杆单元将第一二分体2释放，使其继续在生产线上行进。

图形采集模块包括相机5和设置在相机5两侧的光源6，光源6设置在与猪肉生产线平行的方向上。

在实际检测过程中，光电传感器4检测到二分体到来，发出信号给微控制器，微控制器控制挡杆单元挡住第一二分体2，同时控制托起单元中的托板7将第二二分体3向着相机5的方向托起，相机5对托起的第二二分体3整体进行拍照，必须保证能够拍到第二二分体3第六和第七根肋骨之间的完整图像。

通过在生产线上添加挡杆单元以阻挡第一二分体2，从而将需拍照的第二二分体3暴露在相机5的视野范围内。挡杆单元以及托起单元所使用到的传动结构采用电磁铁与电磁离合器以及液压缓冲器配合，内部液压装置自动进行缓冲，运行平稳，采用标准接口，便于系统集成，微处理器采用ARM微处理器，控制可靠且便于维护。托起单元是为了获得高对比度的清晰第二二分体3图像，第二二分体3在屠宰生产线1上悬挂着向前行进时，由于链条的震动造成第二二分体3的晃动，使得相机5比较难于获得清晰完整的第二二分体3图像，使用该托起单元可以使第二二分体3紧紧贴在托板7上，将处于运动状态的待测猪肉胴体托起并利用被拖起胴体处于相对静止的瞬间进行图像采集；同时托板7采用与第二二分体3的颜色差别较大的蓝色，从而可充当拍照的背景板。

图像采集模块在进行图像采集时，采用直接照明技术，用交流日光灯作为光源6，光源6发出的光直接照射到第二二分体3的表面上，通过反射的方法获得到清晰的高对比度图像；同时，光电传感器4来检测是否有二分体通过，当光电开关被二分体挡住时将信号传递给微处理器，微处理器处理光电传感器4的输入信号，对相机5发出拍照命令，进行图片的采集，同时对挡杆单元发出阻挡命令，挡住靠近相机5的第一二分体2，露出第二二分体3的感兴趣区域便于拍照。相机5采集完图像后将采集的图像传送到微处理器，微处理器利用编制好的图像处理软件对图像进行处理，获得背膘厚度，同时在显示模块上显示采集到的图像和处理后得到的背膘厚度。

获得第二二分体3图像之后，由图像处理软件进行处理。首先是从第二二分体3图像上找到感兴趣区域，这就要进行背景及噪声的去除。去除背景可以采用阈值分割的方法，本系统中光源6和相机5均固定，室内环境相对稳定，可以采用固定阈值分割，具体的阈值应通过反复试验得到。噪声的去除采用中值滤波的方法，得到肌肉和脂肪分开的第二二分体3二值图，从中提取猪肉的背膘厚度的像素数，根据相机5镜头的焦距、视场大小及镜头到二分体的距离关系：f＝wL/W，f＝hL/H，即可得到背膘厚度。(其中f：镜头焦距，w：图象的宽度，W：被摄物体宽度，L：被摄物体至镜头的距离，h：图象高度视场高度，H：被摄物体的高度。)

其中，感兴趣区域，即第六和第七根肋骨位置，比较难确定。根据研究，二分体图像最高点到第六七根肋骨处的长度与二分体总长度的比值接近一个常数k。扫描二分体图像的二值图，找到最高点和最低点坐标，两者之差乘以比例常数k，据此可以得到第六和第七根肋骨的位置，从而得到背膘厚度，完成一个在线检测循环，同时控制挡杆单元和托起单元复位，进行下一头猪的检测。

其中，背膘厚度(backfat thickness)是指胴体6～7肋处背中线皮下脂肪的厚度，是检测中的一个重要参数，是评定猪肉质量等级的重要标准。考虑到我国肉类屠宰加工企业普遍规模较小、实力不强，在设备的选择上必须考虑其可操作性和成本来增加实施和推广的速度。可见/近红外技术作为一种新兴发展起来的无损检测技术，具有客观、准确和高效的特点，已经被广泛地应用于各行各业当中，而且成本相对较低，本发明将基于可见/近红外技术来对猪肉品质进行快速、无损伤检测与分级。在屠宰线上，机器维修和使用的工具均会造成异物，人的操作则有可能造成二次污染，本发明能够克服传统人工测量中存在的人为因素，避免生猪养殖着和收购者之间的争议，且肉品的安全卫生性得不到保障的问题，实验发现，本发明系统检测速度达到1个/秒或＞1个/秒，准确率高于90％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，包括：

到位检测及托起模块，包括检测单元和托起单元，分别设置在被测猪肉生产线一侧，检测单元用于检测被测猪肉胴体是否到达指定位置，托起单元用于托起处于运动状态的被测猪肉胴体并利用被拖起胴体处于相对静止的瞬间进行图像采集；

图像采集模块，设置在被测猪肉生产线另一侧，用于采集托起的被测猪肉胴体的图像；

微处理器，与所述到位检测及托起模块和图像采集模块分别相连，微处理器根据检测单元所测得的被测猪肉胴体到达位置信号控制托起单元托起被测猪肉胴体，并进一步控制图像采集模块对所托起的被测猪肉胴体进行图像采集和处理。

2.如权利要求1所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述到位检测及托起模块还包括挡杆单元，设置在被测猪肉生产线一侧，在图像采集模块进行图像采集时，挡杆单元阻挡与被测猪肉胴体并列运行在生产线上的其它猪肉酮体；在图像采集完成后，挡杆单元将其阻挡的猪肉胴体释放。

3.如权利要求1所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述检测单元包括光电传感器，设置在被测猪肉生产线上，用于检测被测猪肉胴体的到达位置。

4.如权利要求1所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述托起单元包括托板，所述托板安装在滑动机构上，所述滑动机构与伺服电机相连，由伺服电机控制滑动机构带动托板移动；所述托板为倾斜设置。

5.如权利要求1所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述托起单元和图像采集模块相对设置在被测猪肉生产线的两侧。

6.如权利要求1所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述图形采集模块包括相机和设置在相机两侧的光源，所述光源设置在与被测猪肉生产线平行的方向上。

7.如权利要求4所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述托板表面的颜色与被测猪肉胴体的颜色不同。

8.如权利要求7所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述托板表面的颜色为蓝色。

9.如权利要求4所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，所述托板的倾斜角度设置以满足图像采集模块能够采集到托板托起的被测猪肉胴体的第六和第七根肋骨之间的完整图像为准。

10.如权利要求1所述的猪肉质量等级无损检测系统，其特征在于，还包括显示模块和数据存储模块，分别与微处理器相连，用于显示图像采集模块所采集到的图像以及对图像处理后的数据进行存储。

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