CN103257109A - 畜肉细菌总数检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种畜肉细菌总数检测系统，包括：光源装置，发射点光源照射畜肉样品；高光谱成像装置，用于获取所述畜肉样品的光谱信息；电动调整装置，用于调整所述畜肉样品的位置和所述高光谱成像装置的位置；控制器装置，用于控制所述电动调整装置的电机运动；传感器装置，用于测定所述畜肉样品的位置和所述高光谱成像装置的位置并输出位置信号；计算机处理器，用于接收所述位置信号，经处理后输出给所述控制器装置，以及对所述畜肉样品的高光谱信息进行分析并输出结果；暗箱，用于放置所述高光谱成像装置。本发明实现了自动化实时检测并实时输出检测结果，提高实验效率和精确度，使结果更可靠，使检测系统的操作方法简单。

Description

畜肉细菌总数检测系统及方法

技术领域

本发明涉及食品无损检测技术领域，特别是涉及一种基于高光谱成像的生鲜畜肉细菌总数无损快速实时自动检测装置系统及方法。

背景技术

中国是猪肉生产和消费大国，猪肉卫生状况和品质安全一直是人们关注的焦点。生鲜猪肉通常为凌晨宰杀，清早上市，不经过任何降温处理。虽然在屠宰加工后已经卫生检验合格，但在从加工到零售的过程中，肉不免要受到空气、昆虫、运输车和包装等多方面污染，而且在这些过程中肉的温度较高，细菌容易大量增殖，无法保证肉的食用安全性。

细菌总数（total viable bacteria count,TVC）是评价食品卫生质量的重要微生物学指标，它是衡量猪肉加工环境及其受污染程度的国家卫生标准，并用于预测肉品的货架期和判断其是否腐败变质。我国国标规定鲜（冷）猪肉中细菌总数最大不得超过1×10⁶CFU/g。当肉类细菌数量超标时，会导致肉品变质并将直接危及食用者的生命安全。目前，对猪肉细菌总数检测的方法有平板菌落计数法（国标法）、电阻抗检测法、聚合酶链反应（PCR）法、微菌落计数等，这些方法虽然有效，但采样准备和检测时间长、效率低、操作繁琐、检测结果滞后，对试样具有破坏性，且难以实现自动化、不适合实时检测，不能充分满足国内消费和出口贸易的需要。

无损伤检测技术由于对检测样品不会造成损伤，检测后的样品只要合格就仍然可以进入市场流通领域进行销售，并且由于技术的提高，无损检测可以达到快速高效，并且能实现实时检测地要求；既节省了检测时间，又避免了生鲜猪肉因理化检测方法破坏性检测而造成的浪费，同时避免不合格产品未被抽样检测而造成产品的交叉污染。

高光谱成像技术融合了传统的图像和光谱技术，可同时得到待测物的空间位置信息和光谱信息，因此可以更好地反映样品的综合性状，目前已成为农产品品质评估和安全检测研究中的有效工具。因此本发明的无损检测系统对于细菌总数的实时检测具有重要的意义和市场开发潜力。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种生鲜畜肉细菌总数无损实时自动检测系统及方法。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种畜肉细菌总数检测系统，包括：光源装置，发射点光源照射畜肉样品；高光谱成像装置，用于获取所述畜肉样品的光谱信息；电动调整装置，用于调整所述畜肉样品的位置和所述高光谱成像装置的位置；控制器装置，用于控制所述电动调整装置的电机运动；传感器装置，用于测定所述畜肉样品的位置和所述高光谱成像装置的位置并输出位置信号；计算机处理器，用于接收所述位置信号，经处理后输出给所述控制器装置，以及对所述畜肉样品的高光谱信息进行分析并输出结果；暗箱，用于放置所述高光谱成像装置。

优选地，所述光源装置包括稳压电源、石英卤钨灯、光纤和准直镜。

优选地，所述光纤的一端连接所述石英卤钨灯，另一端连接准直镜。

优选地，所述高光谱成像装置包括：聚光镜头，连接在成像光谱仪的下端；成像高光谱仪，用于获取所述畜肉样品表面的漫反射光谱信息并对其进行散射；CCD相机，将获取的散射后的光谱图像光信号转换为数字电信号；数字采集系统，与所述CCD相机连接，采集器转换的数字电信号。

优选地，所述电动调整装置包括电动平移台和电动升降台；

其中，所述电动平位移台的测量精度为5μm，所述电动升降台的测量精度为10μm。

优选地，所述控制器装置包括单片机、电机驱动器和直流稳压电源。

优选地，所述传感器装置包括激光位移传感器和对射式光电传感器。

优选地，所述计算机处理器对接收的来自所述传感器装置的信号进行处理，并根据处理结果控制所述电动调整装置移动到达指定位置，以及将所述高光谱成像装置获取的光谱信息进行处理，并显示计算结果。

优选地，所述暗箱内部喷上不反光黑色喷漆，放置所述高光谱成像装置，并且暗箱的一面安装刻度值。

本发明还提供一种使用上述畜肉细菌总数检测系统进行检测的方法，包括以下步骤：S1：计算所述畜肉样品和聚光镜头的距离，通过所述电动升降台和所述对射式光电传感器使所述高光谱成像装置移动到指定位置；S2：用所述激光位移传感器记录样品位置，开启所述光源装置使其稳定在实验指定功率；S3：放置所述畜肉样品，所述电动升降台自动调节所述畜肉样品高度后采集光谱曲线，然后所述电动平移台移动指定距离再调节高度采集光谱曲线，如此重复采集所述畜肉样品5条不同位置的光谱曲线；S4：所述成像高光谱仪将获取的光谱数据发送至所述计算机处理器，所述计算机处理器对所述光谱数据进行处理，并将处理结果与预先导入所述计算机处理器的模型比较，获得细菌总数结果及判断所述细菌是否超标。

（三）有益效果

本发明提供的生鲜畜肉细菌总数无损快速实时自动检测系统，通过将稳定的实验模型预先导入计算机的程序中，实现了自动化实时检测并实时输出检测结果，提高实验效率和精确度，使结果更可靠，由于所有的装置都采用计算机的程序控制，有效减少实际操作步骤，使检测系统的操作方法简单，更容易为普通技术人员所掌握，同时为其他食品的细菌总数的无损检测提供技术借鉴，因而具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明实施例的生鲜畜肉细菌总数无损快速实时自动检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的计算机程序处理软件的总体模块图；

图3为本发明实施例的采用图1所示的生鲜猪肉细菌总数无损快速实时自动检测系统的检测方法的流程图；

其中，1：石英卤钨灯；2：稳压电源；3：光纤；4：准直镜；5：CCD相机；6：成像光谱仪；7：聚光镜头；8：数据采集系统；9：电动升降台；10：电动平移台；11：激光位移传感器；12：对射式光电传感器；13：电动机；14：电机驱动器；15：单片机；16：直流稳压电源；17：计算机处理器；18：暗箱；19：刻度尺；20:电动升降台。

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。

图1示出了本实施例的生鲜猪肉细菌总数无损快速实时自动检测系统的结构示意图，参照图示，其主要包括以下几大部分：暗箱18通过一个隔板隔开，下部放置光源装置的石英卤钨灯1和稳压电源2，上部放置除计算机处理器17、控制器和数据采集系统8之外的其他装置；隔板上部空间的最下面放置电动平移台10，电动升降台9通过螺母连接在电动平移台10上方，光纤3通过一个孔从暗箱18下部引出至上部，在光纤3的端部安装准直镜4，通过支架将准直镜4固定并可调整光源角度使其达到实验要求的光源位置和强度要求；激光位移传感器11通过支架固定，对射式光电传感器12安装在轨道槽内，轨道槽固定在暗箱18壁面上；CCD相机5、成像光谱仪6、聚光镜头7三者按从上至下的顺序连接在一起，CCD相机5连接数据采集系统8然后连接至计算机处理器17；控制器内部放置单片机5、直流稳压电源16和电机驱动器14，传感器11、12和电动机13与计算机处理器17连接。

具体地，所述光源装置包括：稳压电源2使光源的功率保持实验设置的固定值，光源发出的光通过光纤3发出并经过准直镜4聚焦为直径为5mm的光斑，照射到待测样品表面而不会发散；所述自动调整装置包括：电动平移台10通过在水平位置的平行移动来调整每次样品采集的位置，电动升降台9调整样品的位置，电动升降台20调整高光谱成像装置到达实验要求的指定位置；所述CCD相机5和成像光谱仪6通过一块钢板连接在一起，保证成像光谱仪6和CCD相机5的狭缝对准之后就固定住，不会因人为操作错误而导致出现偏差；所述传感器装置包括：激光位移传感器11控制电动升降台9运动以保证样品位置始终保持不变，对射式光电传感器12控制电动升降台20保证镜头在实验要求的指定距离；刻度尺19是为显示对射式光电传感器12的位置，从而间接显示镜头7的指定实验位置。本实施例中，电动升降台9和20最小升降高度为10μm，即其精度为10μm；所述电动平移台10的最小平移距离为5μm，即其精度为5μm。

图2示出了本实施例的计算机程序处理软件的总体模块图，主要包括六个模块：电动平移台运行控制模块用于控制电动平移台的运行速度，相机参数设置模块用于对CCD相机的相关参数进行设置，样品与镜头距离检测模块用于检测样品表面高度，进而电动升降台运动，使聚光镜头和样品表面的距离保持一致，信息采集控制模块用于控制光谱仪实时采集光谱信息，光谱信息处理模块对采集的光谱信息进行分析处理，细菌总数模型计算模块可实时计算样品细菌总数的测量值，输出模块用于把样品的测量值输出。

本实施例的软件基于光谱仪的SDK开发包进行二次开发。包括系统开启按钮，相机参数设置、黑白参考获取、电动升降台速度设置、电动平移台速度设置等参数设置，传感器信号检测、光谱信息采集等信号显示信息，光谱信息采集、光谱数据预处理和细菌总数计算等按钮。另外还可通过组合复选框选择不同建模方法，对细菌总数值进行预测，同时在线显示是否超标。

本实施例提供的生鲜猪肉细菌总数无损快速实时自动检测系统，应用于产品检测过程中，具体包括以下步骤：

S1：计算样品和聚光镜头7的距离，通过电动升降台20和对射式光电传感器12使高光谱成像装置移动到指定位置；

S2：用所述的激光位移传感器11记录样品位置，打开光源使其稳定在实验指定功率；

S3：放置样品，电动升降台9自动调节样品高度后采集光谱曲线，然后电动平移台10移动指定距离再调节高度采集光谱曲线，如此重复采集样品5条不同位置的光谱曲线。

S4：所述光谱仪将获取的光谱数据发送至计算机处理器17，计算机处理器17对光谱数据进行处理，并将处理结果与预先导入计算机处理器17的模型比较，获得细菌总数结果及是否超标。

本发明的主要特点是：自动调节样品高度；检测速度快，10-15秒/每个样品；检测精度较高，约85%；点扫描自动采集图像；无损伤检测并实时保存检测结果。

由以上实施例可以看出，本发明通过将稳定的实验模型预先导入计算机的程序中，实现了自动化在线检测并实时输出检测结果，提高实验效率和精确度，使结果更可靠，由于所有的装置都采用计算机的程序控制，有效减少实际操作步骤，使检测系统的操作方法简单，更容易为普通技术人员所掌握，同时为其他食品的细菌总数的无损检测提供技术借鉴，因而具有广阔的市场前景。

需要说明的是，本发明是基于生鲜猪肉为研究对象的基础上开发的无损检测系统，然而本发明的系统的检测对象不限于生鲜猪肉，对于其他肉类的细菌总数的检测同样适用，只要导入稳定的预测模型即可，当然，对于其他食品的细菌总数，对于该系统进行适当改进相关参数设置及导入稳定的模型，也有一定的应用潜力和可行性。

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)

1.一种畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，包括：

光源装置，发射点光源照射畜肉样品；

高光谱成像装置，用于获取所述畜肉样品的光谱信息；

电动调整装置，用于调整所述畜肉样品的位置和所述高光谱成像装置的位置；

控制器装置，用于控制所述电动调整装置的电机运动；

传感器装置，用于测定所述畜肉样品的位置和所述高光谱成像装置的位置并输出位置信号；

计算机处理器，用于接收所述位置信号，经处理后输出给所述控制器装置，以及对所述畜肉样品的高光谱信息进行分析并输出结果；

暗箱，用于放置所述高光谱成像装置。

2.如权利要求1所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述光源装置包括稳压电源、石英卤钨灯、光纤和准直镜。

3.如权利要求2所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述光纤的一端连接所述石英卤钨灯，另一端连接准直镜。

4.如权利要求1所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述高光谱成像装置包括：

聚光镜头，连接在成像光谱仪的下端；

成像高光谱仪，用于获取所述畜肉样品表面的漫反射光谱信息并对其进行散射；

CCD相机，将获取的散射后的光谱图像光信号转换为数字电信号；

数字采集系统，与所述CCD相机连接，采集器转换的数字电信号。

5.如权利要求1所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述电动调整装置包括电动平移台和电动升降台；其中，所述电动平位移台的测量精度为5μm，所述电动升降台的测量精度为10μm。

6.如权利要求1所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述控制器装置包括单片机、电机驱动器和直流稳压电源。

7.如权利要求1所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述传感器装置包括激光位移传感器和对射式光电传感器。

8.如权利要求1所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述计算机处理器对接收的来自所述传感器装置的信号进行处理，并根据处理结果控制所述电动调整装置移动到达指定位置，以及将所述高光谱成像装置获取的光谱信息进行处理，并显示计算结果。

9.如权利要求1所述的畜肉细菌总数检测系统，其特征在于，所述暗箱内部喷上不反光黑色喷漆，放置所述高光谱成像装置，并且暗箱的一面安装刻度值。

10.一种使用如权利要求1～9任一所述的畜肉细菌总数检测系统进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：计算所述畜肉样品和聚光镜头的距离，通过所述电动升降台和所述对射式光电传感器使所述高光谱成像装置移动到指定位置；

S2：用所述激光位移传感器记录样品位置，开启所述光源装置使其稳定在实验指定功率；

S3：放置所述畜肉样品，所述电动升降台自动调节所述畜肉样品高度后采集光谱曲线，然后所述电动平移台移动指定距离再调节高度采集光谱曲线，如此重复采集所述畜肉样品5条不同位置的光谱曲线；

S4：所述成像高光谱仪将获取的光谱数据发送至所述计算机处理器，所述计算机处理器对所述光谱数据进行处理，并将处理结果与预先导入所述计算机处理器的模型比较，获得细菌总数结果及判断所述细菌是否超标。

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