CN103344567A

CN103344567A - 生鲜肉无损检测装置

Info

Publication number: CN103344567A
Application number: CN2013102564860A
Authority: CN
Inventors: 彭彦昆; 周彤
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: CN103344567B

Abstract

本发明提供一种生鲜肉无损检测装置，其特征在于，包括：光源、光源控制器、滤光片、CCD工业相机、单片机、电源转换器、遮光罩和防护罩；所述防护罩位于遮光罩的上方；所述光源控制器、滤光片、CCD工业相机、平移台、单片机、电源控制器固定在防护罩内；所述光源固定在遮光罩上方；所述工业相机镜头位于光源正上方；所述滤光片位于工业相机镜头上面；所述遮光罩内放置肉样品。上述技术方案通过CCD相机获取滤光片中牛肉、猪肉样本或胴体检测部位的图像，进行无接触的实时检测，实现了生鲜肉主要品质的等级判定。避免了对肉样造成损伤，该检测装置成本较低，检测性能精确、稳定。

Description

生鲜肉无损检测装置

技术领域

本发明涉及无损检测技术与图像处理技术领域，尤其涉及一种用于生鲜肉主要品质检测的便携式无损检测装置。

背景技术

随着人们对食品安全及营养价值观念的日益提升，检测机构、生产企业、销售市场及消费者对肉品质的快速评定提出了更高的要求。而我国作为农畜产品生产和消费的大国，由于分级设备与技术的落后使得我国农产品产后处理水平太低，致使我国的肉产品品质不齐，缺乏市场竞争力。目前，国内屠宰企业主要利用以下方法进行肉品质的评定：

（1）传统的理化检测方法，通过抽样的方法，对需要检测的样品进行预处理，利用化学方法实现，该方法检测时间长、过程繁琐，不仅造成样品浪费，同时浪费劳动力，也需要评定人员有专业知识。

（2）感官评定方法，由专门培训的分级员利用视觉感官或参照国家标准等级图版来完成，该方法耗费劳动力，且分级精度受人的主观因素影响，往往导致样品的分级准确率较低。

（3）机器视觉方法，采集肉样品图像，利用图像处理提取反映样品品质的特征参数，如颜色、脂肪含量、背膘厚度等，来评定样品的品质，该方法是在线检测与快速无损检测的研究的主要方向。

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如何提供一种轻便、简单且检测性能稳定、准确率高的，用于生鲜肉主要品质无损检测的便携式装置。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种生鲜肉无损检测装置，其特征在于，包括：光源、光源控制器、滤光片、CCD工业相机、单片机、电源转换器、遮光罩和防护罩；所述防护罩位于遮光罩的上方；所述光源控制器、滤光片、CCD工业相机、平移台、单片机、电源控制器固定在防护罩内；所述光源固定在遮光罩上方；所述工业相机镜头位于光源正上方；所述滤光片位于工业相机镜头上面；所述遮光罩内放置肉样品。

优选地，还包括手柄，所述手柄位于防护罩上方。

优选地，还包括电源启动开关，位于防护罩上方手柄左侧，所述电源启动开关提供整个装置的电源。

优选地，还包括检测启动开关，位于防护罩上方手柄右侧，所述启动开关通过导线与单片机相连，由单片机控制检测启动。

优选地，还包括光源强度控制旋转开关，位于检测启动开关右侧，所述开关控制光源的强度。

优选地，检测启动开关控制CCD工业相机样品图像的采集并自动保存，进行图像处理并输出检测结果。

优选地，所述CCD工业相机以USB2.0作为输出，直接与计算机相连。

优选地，所述光源为OSE直射型环形白光光源，光照分布均匀，所占空间小。

优选地，光源控制器控制光源的开关和调节光照强度。

（三）有益效果

上述技术方案提供的一种便携式无损检测装置及方法，通过CCD相机获取滤光片中牛肉、猪肉样本或胴体检测部位的图像，进行无接触的实时检测，实现了生鲜肉主要品质的等级判定。避免了对肉样造成损伤，该检测装置成本较低，检测性能精确、稳定。

附图说明

图1是本发明便携式无损检测装置的内部结构示意图；

图2是本发明便携式无损检测装置的外部结构示意图；

图3是本发明系统工作原理图；

图4是本发明图像处理方法流程图；

图5是本发明图像处理软件界面。

其中，1、手柄；2、电源转换器；3、光源控制器；4、单片机；5、CCD工业相机；6、光源；7、光源强度控制旋转开关；8、电源启动开关；9、平移台；11、检测启动开关；12、出线孔；13、防护罩；14、遮光罩。

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。

如图1和2所示，本发明提供了一种便携式检测装置，包括：光源6、光源控制器3、滤光片、CCD工业相机5、单片机4、电源转换器2、遮光罩14和防护罩13；所述防护罩13位于遮光罩14的上方；所述光源控制器、滤光片、CCD工业相机5、平移台9、单片机、电源控制器固定在防护罩内；所述光源6固定在遮光罩14上方；所述工业相机镜头位于光源正上方；所述滤光片位于工业相机镜头上面；所述遮光罩内放置肉样品。装置还包括手柄1，所述手柄1位于防护罩13上方。

另外，该装置还包括电源启动开关8、检测启动开关11、光源强度控制旋转开关7，该电源启动开关8位于防护罩13上方手柄左侧，其为整个装置提供电源；检测启动开关11，位于防护罩上方手柄右侧，检测启动开关11通过导线与单片机相连，由单片机控制检测启动；光源强度控制旋转开关7，位于检测启动开关11右侧，所述光源强度控制旋转开关7控制光源的强度。

检测启动开关控制CCD工业相机样品图像的采集并自动保存，进行图像处理并输出检测结果。CCD工业相机以USB2.0作为输出，达15帧/秒，信号稳定，直接与计算机相连。光源6为OSE直射型环形白光光源，光照分布均匀，所占空间小。光源控制器控制光源的开关和调节光照强度。防护罩13上设有出线孔12。其中，A位置为样品放置位置。

装置内部均涂上黑色不反光材料，为采集较好的图像，选取波长合适的滤光片置于CCD工业相机（型号：MV-VD120SM）镜头前，相机通过USB线与计算机直接相连，便于图像的传输。所述CCD工业相机固定在平移台上，可通过软件设置自动调整镜头到样品的高度，使得样品图像大小适中。所述环形光源（型号：RIN-90-4R-15W）光照均匀，强度通过光源控制器（型号：PW-2024）可调，尺寸小巧，位于工业相机镜头正下方。所述单片机位于防护罩右侧，控制整个装置的检测是否启动。以上所述内容的位置结构紧凑，装置尺寸小巧，质量轻便。

工作时，打开CCD工业相机，调节光源强度，相机通过镜头从滤光片中获取样品的图像，并自动传输给计算机进行图像处理，提取特征参数继而得到等级判定结果。

图像预处理包括图像去噪、图像增强、背景去除、感兴趣区域提取；感兴趣区域提取包括猪肉背膘厚度测量部位的提取和牛肉有效眼肌部分的提取。

特征参数提取包括在猪肉感兴趣区域上提取猪肉背膘厚度、瘦肉率、颜色等品质参数。

特征参数提取包括在牛肉有效眼肌部分上提取大理石花纹面积，大、中、小脂肪颗粒面积，总脂肪颗粒面积，大、中、小脂肪颗粒密度，总脂肪颗粒密度，脂肪分布均匀度等10个特征参数。

等级判定包括预测模型的建立和模型验证。

模型建立方法为：

样品的瘦肉率模型建立：根据相关文献表明胴体重和背膘厚度两个指标对预测瘦肉率具有较高的准确度和精确度，建立瘦肉率预测模型：设胴体重X1和背膘厚度X2为自变量，瘦肉率为因变量Y，建立多元线性回归模型，回归系数设为a₀,a₁,a₂，则瘦肉率预测模型为：

Y=a₀+a₁X₁+a₂X₂

样品的大理石花纹等级判定：利用感兴趣区域提取的到有效眼肌部分进行图像分割，将其分割成目标区域（脂肪颗粒）和背景区域两部分，计算待测样品的大理石花纹比值、大中小脂肪颗粒个数、脂肪分布均匀度等特征参数。设特征参数Xi为自变量，样品大理石花纹等级为因变量Y，回归系数设为a₀和a_i，i=1,2，……，n，n为所选特征参数个数，则大理石花纹等级的预测运算模型为：

Y = a_{0} + Σ_{i = 1}^{n} a_{i} X_{i}

本发明提供的生鲜肉主要品质便携式无损检测装置，基于机器视觉技术检测生鲜肉的背膘厚度、瘦肉率、大理石花纹等级、颜色等信息，实现对肉品质等级的快速、无损检测。

系统工作原理如图3所示，用户首先设置样品种类，如猪肉或者牛肉以及需要检测得指标（背膘厚度、瘦肉率、大理石花纹等级、颜色等），按下检测启动开关，单片机获取启动信息后（0或者1）向计算机发送，计算机时时检测单片机输出信号，当接收到开始信息后，检测工业相机位置并通过平移台做出调整，控制相机采集图像并做处理，依据所得到的特征参数输出样品的等级信息。

图像处理方法流程图如图4所示：

图像获取：通过工业相机对肉样品进行采集，并传输到计算机内存中保存。

图像预处理：包括图像平滑、二值化、掩膜处理、图像增强等方法去除背景，获取肉样检测部位。该处理结果获取样品检测的感兴趣区域，并有效消除粘连和噪音干扰。

特征参数提取与分级设计，建立特征参数库：对图像中的样品进行背膘厚度、颜色、大理石花纹检测指标（大理石花纹面积，大、中、小脂肪颗粒面积，总脂肪颗粒面积，大、中、小脂肪颗粒密度，总脂肪颗粒密度，脂肪分布均匀度）等参数的提取，将各个等级的样品特征参数进行分析比较，选择区分度较高的特征参数数据存在特征参数库，建立等级判定的模型，判断样品品质。

分级决策，判断样品品质并分级：根据各特征参数和样品分级策略，对肉样进行分级。

结果输出部分：在图像处理软件界面（图5）中显示分级结果。软件包括：相机的参数设置（相机选择、亮度、增益、曝光等）、单片机与计算机数据传输的串口线设置、检测内容选择、检测参数与分级结果。

工作时，打开电源启动开关，将牛肉或猪肉样本放入装置遮光罩内，或将遮光罩对准生产线上胴体的图像采集部位；调节光源强度控制旋转开关，使得光照强度适当；选取波长最为合适的滤光片置于CCD相机摄像头上，保证获得的图像中肌肉和肌内脂肪有较高的对比度；点击检测启动开关。实现对样品图像的采集、保存、图像处理和特征参数的提取，输出肉样本的品质等级。整个操作过程简单方便，实施时间在1秒以内，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

1.一种生鲜肉无损检测装置，其特征在于，包括：光源、光源控制器、滤光片、CCD工业相机、单片机、电源转换器、遮光罩和防护罩；

所述防护罩位于遮光罩的上方；

所述光源控制器、滤光片、CCD工业相机、平移台、单片机、电源控制器固定在防护罩内；

所述光源固定在遮光罩上方；所述工业相机镜头位于光源正上方；所述滤光片位于工业相机镜头上面；

所述遮光罩内放置肉样品。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括手柄，所述手柄位于防护罩上方。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电源启动开关，位于防护罩上方手柄左侧，所述电源启动开关提供整个装置的电源。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括检测启动开关，位于防护罩上方手柄右侧，所述检测启动开关通过导线与单片机相连，由单片机控制检测启动。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括光源强度控制旋转开关，位于检测启动开关右侧，所述开关控制光源的强度。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述检测启动开关控制CCD工业相机样品图像的采集并自动保存，进行图像处理并输出检测结果。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CCD工业相机以USB2.0作为输出，直接与计算机相连。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源为OSE直射型环形白光光源，光照分布均匀。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源控制器控制光源的开关和调节光照强度。