CN103913469A - 一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统 - Google Patents

Abstract

一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，包括：图像采集系统，用于逐个采集家禽胴体的多光谱图像，并将所述多光谱图像传输给控制处理系统；控制处理系统，用于根据所述多光谱图像自动判断家禽胴体表面是否存在污染物，如果存在污染物，启动喷淋系统；喷淋系统，用于在启动时，仅对表面存在污染物的家禽胴体表面进行喷淋清洗和消毒操作，喷淋清洗消毒操作完成后停止运行。本发明为保障我国家禽肉制品的卫生和安全提供了一种有效的技术手段，具有显著的社会效益；此外，本发明可以提高家禽屠宰加工企业的产品质量，减少产品损失，从而可以为家禽屠宰企业带来经济效益。

Description

一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统

技术领域

本发明涉及一种在线检测与处理系统，具体涉及一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，本发明属于食品污染物检测领域。

背景技术

家禽肉是我国仅次于猪肉的第二大肉食消费品，在人们的日常饮食中有着至关重要的地位。在家禽的屠宰加工过程中，容易导致家禽胴体表面的污染，就存在着严重的卫生和安全隐患。因此，目前国内外的家禽屠宰加工厂都将家禽胴体表面污染物的检测，作为宰杀加工处理的必要环节，在屠宰加工中严格实施。目前，常用的家禽胴体表面污染物检测方法主要有人工检测和生化检测两种，人工检测技术需要耗费人力，而生化检测技术在检测过程中的检测效率较低，亦需要耗费试剂。

中国专利授权公告号CN 200910035093.0的发明专利公开了一种鸡胴体表面污染物检测方法。但是此专利中，是通过查看污染物图像是否有黑色来判断鸡胴体表面是否存在污染物，判断方式仍然需要依靠人工识别，无法实现在线检测，不适合工业化环境，更没有提供关于检测装置的具体构成，因此只适合实验室环境。目前为止，尚没有出现对家禽胴体表面污染物在线检测与处理的装置。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，能够实现对家禽胴体表面污染物的工业化高效率识别，以及对污染物的自动化处理清洗。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，包括：

图像采集系统，用于逐个采集家禽胴体的多光谱图像，并将所述多光谱图像传输给控制处理系统；

控制处理系统，用于根据所述多光谱图像自动判断家禽胴体表面是否存在污染物，如果存在污染物，启动喷淋系统；

喷淋系统，用于在启动时，仅对表面存在污染物的家禽胴体表面进行喷淋清洗和消毒操作，喷淋清洗消毒操作完成后停止运行。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述家禽胴体悬挂在屠宰线的输送轨道上。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述图像采集系统包括：

图像采集触发装置，用于在家禽胴体经过时触发多光谱相机运行；

多光谱相机，用于在被图像采集触发装置触发时，采集家禽胴体的多光谱图像，将采集的图像传输给控制处理系统。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述多光谱图像基于家禽胴体高光谱图像最优波段采集。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述控制处理系统为工控机，所述控制处理系统通过RS232或485接口启动喷淋系统。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述喷淋系统包括：PLC、电磁阀、水泵、水箱、喷头、水管，所述水管一端连接水箱，另一端连接喷头，水管上设置电磁阀、水泵，控制处理系统连接PLC，PLC连接电磁阀，控制处理系统在启动PLC后，PLC驱动电磁阀打开，使水箱中的水或加入了消毒剂的水溶液通过喷头喷出，对被检出表面有污染物的家禽胴体表面进行喷淋清洗或消毒操作。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，PLC在喷头对单个家禽胴体喷水后，关闭电磁阀。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，还包括设置在水箱内的水位传感器，以及设置在水管上的补水阀，所述PLC连接水位传感器和补水阀，PLC接受水位传感器水位信号后调解补水阀对水箱进行补水。

前述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，还包括设置在水管上的溢流阀，所述PLC连接溢流阀，PLC关闭电磁阀后开启溢流阀将水管中水溢流回水箱。

本发明的有益之处在于：本发明为保障我国家禽肉制品的卫生和安全提供了一种有效的技术手段，具有显著的社会效益；此外，本发明可以提高家禽屠宰加工企业的产品质量，减少产品损失，从而可以为家禽屠宰企业带来经济效益。

附图说明

图1是本发明一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统的系统总体框架图；

图2是本发明一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统中图像采集触发装置电路图；

图3是本发明一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统中控制处理系统框架图；

图4是本发明一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统中喷淋系统框架图；

图5是本发明一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统立体图；

图6是本发明一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统工作原理示意图；

图7是本发明一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统实际运作的流程图；

图8是本发明禽类皮肤对粪便的光谱反射比值曲线；

图9是本发明禽类皮肤对胆汁的光谱反射比值曲线；

图10是本发明禽类皮肤对血液的光谱反射比值曲线；

图11是本发明原始采集图像进行灰度化处理后的图像示意图；

图12是本发明基于图11得到的第一类图像的示意图；

图13是本发明基于图12得到的第二类图像的示意图。

图中附图标记的含义：

1、多光谱相机，2、光电开关以及多光谱相机支撑座，3、光电开关，4、数据采集卡，5、水箱，6、进水管，7、工控机，8、支撑横梁，9、水泵，10、喷水管，11、家禽胴体，12、设备箱体，13、输送链，14、电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明提出一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，包括：

图像采集系统，用于采集家禽胴体的多光谱图像，并将多光谱图像传输给控制处理系统；

控制处理系统，用于根据多光谱图像判断家禽胴体11表面是否存在污染物，如果存在污染物，启动喷淋系统；

喷淋系统，用于在启动时，对家禽胴体11表面进行喷淋清洗操作，喷淋清洗操作完成后停止运行。

本发明在家禽屠宰加工生产线或屠宰流水线的输送链13上对家禽胴体进行在线检测，识别出表面受到污染的家禽胴体，并对表面受到污染的家禽胴体进行清洗消毒，以期为保障我国禽肉制品的卫生与安全提供一种技术手段。

下面给出实施例。屠宰加工厂生产流水线的生产能力为2000-10000只/小时，挂牌间隔15-25cm，线速度为0.14-0.42m/s，对家禽采用逐个图像采集、逐个处理，每只家禽处理时间0.35-1.78s。

本发明包括图像采集系统、控制处理系统、喷淋系统三部分。如图1所示。

图像采集系统包括：

图像采集触发装置，用于在家禽胴体经过时触发多光谱相机1运行；

多光谱相机1，用于在被多光谱相机1触发时，采集家禽胴体的多光谱图像，将采集的图像传输给控制处理系统。

实际中，部件包括光电开关2,3、数据采集卡4、多光谱相机1和光源。光电开关2,3起到图像采集触发装置，选用漫反射式红外避障传感器型号E18-D50NK ，这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。它是利用被检测物对光束的遮挡来检测的，有三条线，电源、地和输出，检测到目标是低电平输出，正常状态是高电平输出，检测距离可以根据要求进行调节。数据采集卡4选用研华USB-4716采集卡，具有数字量输入输出功能、定时器功能。多光谱相机1采用公司 Optical Insight, Inc., Santa Fe, NM，设备 The Evolve? 512 Delta，具有两种工作模式，连续模式和触发模式。在触发模式下，相机具有外部触发信号，只有外部触发信号来到，相机才会工作，采集触发信号到来时的帧信号，即采集到一帧的图像。在硬触发模式下，外部设备从相机的触发输入管脚输入一触发信号，相机输出1帧（或多帧）图像，触发输入信号为光耦信号，直接输入即可，电路连接见图2、图3所示。多光谱相机1与PC主机之间使用GigE，GigE Vision是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机, GigE Vision基于千兆以太网标准，使用标准的以太网类线缆，它试图统一针对机器视觉产品中工业相机的协议，并允许第三方组织开发兼容的软、硬件，用于将采集图像传给工控机7。光源由四个40W的卤素灯组成，提供多光谱相机1工作所需光源。数据采集卡4负责将多光谱相机1采集图像传输给控制处理系统。

多光谱图像基于家禽胴体高光谱图像最优波段采集。首先选取不同污染物（胆汁、血液、粪便）附着的家禽胴体样本，采用高光谱相机进行鸡胴体高光谱图像采集。然后分别对400-1000波段禽类皮肤、粪便、血液、胆汁的光谱反射值进行加权平均计算，拟合出禽类皮肤、粪便、血液、胆汁的光谱反射曲线，分别做出禽类粪便、胆汁、血液与禽类皮肤光谱反射比值曲线，得出粪便、血液、胆汁分别在波段420nm、720nm、506nm有最大值，最后选取420nm、720nm、506nm波段图像作为粪便、血液、胆汁特征图像，后面的家禽胴体表面污染物检测均在特征波段图像进行操作。

图像采集系统的工作原理：这个系统的控制是基于Visual C++的visual studio 2008的开发工具编程实现。如上图所示，屠宰后的家禽胴体运行在输送生产线上，光电开关2,3用来感应家禽胴体，当家禽遮挡住光电开关2,3的红外光束时，光电开关2,3启动， USB-4716采集卡数字量输入端用来采集光电开关发出的高低电平信号，根据光电开关与多光谱相机1之间的距离跟屠宰加工流水线的速度确定定时时间t，设定USB-4716采集卡定时时间t后，数字量输出端输出高低电平信号给多光谱相机触发输入端，程序中多光谱相机设置为外触发下降沿单帧采集模式，并且在多光谱相机内部设置三个特征波段，当多光谱相机触发输入端检测到有下降沿触发信号时，此时家禽胴体正好运行到多光谱相机镜头前，编程实现多光谱相机采集图像显示并存储，一次采集三张特定波段的图像，波段分别在420nm、506nm、720nm。实时将三张图片通过千兆网线传给控制处理系统。

控制处理系统硬件框架图如图3。控制处理系统为工控机7，控制处理系统通过RS232接口启动喷淋系统。控制处理系统主要由一台工控机7组成（研华科技610L）。OpenCV是一个跨平台的计算机视觉库。OpenCV可用于开发实时的图像处理、计算机视觉以及模式识别程序。 采用OpenCV_1.0嵌入到基于Visual C++的visual studio 2008中实现图像处理。系统工作原理为：当工控机7接收到图片时，工控机7利用OpenCV编程实现多光谱相机的图像采集以及存储，并对图像进行灰度化、阈值分割、二值化处理等一系列实时处理，以506nm特征图像为例。二值化处理将鸡胴体背景区域像素点的灰度值设定为0，背景二值化为白色，将背景去除，鸡胴体表面像素点的灰度值设定为255，鸡胴体表面二值化为黑色，相应的，鸡胴体表面污染物像素点的灰度值设定为0，鸡胴体表面污染物二值化为白色。图像呈现出明显的黑白效果，这样鸡胴体表面污染物就二值化为白色，污染物就很容易识别出来。

由于感兴趣区与背景之间存在明显界线，为了找出污染物区域，消除皮肤褶皱和角质层引起的假阳性点，因此可以将家禽胸部分提取出来作为检测的感兴趣区并得到较佳的检测效果，，选取家禽胴体胸部宽高分别为像素460*490的区域作为感兴趣区域。然后统计图像中灰度级为0 的像素的个数，当总数超过一定值时，说明家禽胴体表面存在污染物，当检测到有污染物的时候，编写程序发出指令给喷淋系统，相反，说明家禽胴体表面不存在污染物，不做处理。

喷淋系统包括：PLC、电磁阀14、水泵9、水箱、喷头、水管，水管包括进水管6和喷水管10，所述水管一端连接水箱，另一端连接喷头，水管上设置电磁阀14、水泵，控制处理系统连接PLC，PLC分别连接电磁阀14、水泵9，控制处理系统在启动PLC后，PLC驱动电磁阀和水泵9，将水箱中的水通过喷头喷出，对家禽胴体表面进行喷淋清洗操作。PLC在喷头喷水设定时间后，关闭电磁阀。实际设定时间为0.2s。本发明包括设置在水箱5内的水位传感器，以及设置在水管上的补水阀，PLC连接水位传感器和补水阀，PLC接受水位传感器水位信号后调解补水阀对水箱5进行补水。本发明还包括设置在水管上的溢流阀，PLC连接溢流阀，PLC关闭电磁阀后开启溢流阀将水管中水溢流回水箱5。本发明设备整体图见附图。还包括支撑横梁8，用于支撑整个设备。以及设备箱体12，用于承载所有部件。

下面给出本发明设备的工作运行方法，包括：

步骤一：提取家禽胴体高光谱图像最优波段；这里的最优波段是指能够最佳区分禽类皮肤和污染物的波段。

首先选取不同污染物（胆汁、血液、粪便）附着的家禽胴体样本，采用高光谱相机进行鸡胴体高光谱图像采集。然后分别对400-1000波段禽类皮肤、粪便、血液、胆汁的光谱反射值进行加权平均计算，拟合出禽类皮肤、粪便、血液、胆汁的光谱反射曲线。

然后，分别做出禽类粪便、胆汁、血液与禽类皮肤光谱反射比值曲线如图8-10所示；                                                                                                                                             得出粪便、血液、胆汁分别在波段420nm、720nm、506nm有最大值，最后选取420nm作为与粪便对应的最优波段，选取720nm作为与血液对应的最优波段，选取506nm作为与胆汁对应的最优波段。换句话说，选取420nm、720nm、506nm波段图像作为粪便、血液、胆汁特征图像，后面的家禽胴体表面污染物检测均在特征波段图像进行操作。

步骤二：基于最优波段进行鸡胴体高光谱图像采集，得到原始采集图像；原始采集图像的采集是通过多光谱相机采集的，采集后传送给工控机处理。

步骤三：基于原始采集图像进行污染物识别，检测家禽胴体表面是否存在污染物；

本步骤的具体工作过程为：

步骤3a：对原始采集图像进行实时处理，得到第一类图像，第一类图像为禽类皮肤与污染物二值化的图像；当工控机接收到原始采集图像时，对原始采集图像进行灰度化、阈值分割等一系列实时处理，以506nm特征图像为例。如图5、图6为处理效果，图5为在原始采集图像上进行灰度化处理图像，使得污染物区域与鸡皮肤区域区别更明显，图12为二值化图像，二值化处理将鸡胴体背景区域像素点的灰度值设定为0，背景二值化为白色，将背景去除，鸡胴体表面像素点的灰度值设定为255，鸡胴体表面二值化为黑色，相应的，鸡胴体表面污染物像素点的灰度值设定为0，鸡胴体表面污染物二值化为白色。图像呈现出明显的黑白效果，这样鸡胴体表面污染物就二值化为白色，污染物就很容易识别出来。

步骤3b：在第一类图像中进行ROI区域提取，得到第二类图像；由于感兴趣区（即ROI区域）与背景之间存在明显界线，为了找出污染物区域，消除皮肤褶皱和角质层引起的假阳性点，因此可以将家禽胸部分提取出来作为检测的感兴趣区并得到较佳的检测效果，如图13所示，选取家禽胴体胸部宽高分别为像素460*490的区域作为感兴趣区域。

步骤3c：在第二类图像中进行污染物识别，检测家禽胴体表面是否存在污染物。统计图像7中灰度级为0 的像素的个数，当总数超过设定值（由人为根据具体污染物控制标准设定）时，说明家禽胴体表面存在污染物，相反，说明家禽胴体表面不存在污染物。

步骤四：如果检测到存在污染物时，对家禽胴体进行清洗，否则对家禽胴体不进行清洗。清洗可以采用喷淋操作。

由此总结，本发明的效益主要体现在以下两个方面：

本发明可以为保障我国家禽肉制品的卫生和安全提供了一种有效的技术手段，因此，项目具有显著的社会效益。

此外，本发明采用了可以提高家禽屠宰加工企业的产品质量，减少产品损失，从而可以间接地为家禽屠宰企业带来一定的经济效益。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，包括：

图像采集系统，用于逐个采集家禽胴体的多光谱图像，并将所述多光谱图像传输给控制处理系统；

控制处理系统，用于根据所述多光谱图像自动判断家禽胴体表面是否存在污染物，如果存在污染物，启动喷淋系统；

喷淋系统，用于在启动时，仅对表面存在污染物的家禽胴体表面进行喷淋清洗和消毒操作，喷淋清洗消毒操作完成后停止运行。

2.根据权利要求1所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述家禽胴体悬挂在屠宰线的输送轨道上。

3.根据权利要求2所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述图像采集系统包括：

图像采集触发装置，用于在家禽胴体经过时触发多光谱相机运行；

多光谱相机，用于在被图像采集触发装置触发时，采集家禽胴体的多光谱图像，将采集的图像传输给控制处理系统。

4.根据权利要求3所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述多光谱图像基于家禽胴体高光谱图像最优波段采集。

5.根据权利要求4所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述控制处理系统为工控机，所述控制处理系统通过RS232或485接口启动喷淋系统。

6.根据权利要求5所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，所述喷淋系统包括：PLC、电磁阀、水泵、水箱、喷头、水管，所述水管一端连接水箱，另一端连接喷头，水管上设置电磁阀、水泵，控制处理系统连接PLC，PLC连接电磁阀，控制处理系统在启动PLC后，PLC驱动电磁阀打开，使水箱中的水或加入了消毒剂的水溶液通过喷头喷出，对被检出表面有污染物的家禽胴体表面进行喷淋清洗或消毒操作。

7.根据权利要求6所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，PLC在喷头对单个家禽胴体喷水后，关闭电磁阀。

8.根据权利要求7所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，还包括设置在水箱内的水位传感器，以及设置在水管上的补水阀，所述PLC连接水位传感器和补水阀，PLC接受水位传感器水位信号后调解补水阀对水箱进行补水。

9.根据权利要求8所述的一种家禽胴体表面污染物在线检测与处理系统，其特征在于，还包括设置在水管上的溢流阀，所述PLC连接溢流阀，PLC关闭电磁阀后开启溢流阀将水管中水溢流回水箱。