CN108827962B - 基于透光法的鸡蛋熟度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，首先采集鸡蛋的透光图片，再利用图片中鸡蛋中心灰度得到鸡蛋的中心温度，最后依据鸡蛋的中心温度确定鸡蛋的熟度。本发明利用蛋黄中心温度来定义鸡蛋熟度，能够更加准确的反映鸡蛋成熟情况，是一种非侵入式、定量的鸡蛋熟度检测方法，相比于传统时间分析法、光照分析法等定性分析，提供的鸡蛋熟度信息更加准确、可靠，满足人们对于口感、成色及营养价值等多方面的需求。
Description
技术领域
本发明属于烹饪监测技术领域，涉及鸡蛋加热过程中熟度的检测，具体涉及一种基于透光法的鸡蛋熟度检测方法。
背景技术
煮鸡蛋是一种非常普遍的鸡蛋烹饪方式。不同熟度鸡蛋的口感、成色和营养价值不同，且部分菜类也需要不同熟度的鸡蛋作为配菜。根据需求，目前常见的用于检测鸡蛋熟度的方法，主要有旋转法、手摇法、盐水漂浮法等，这些方法都只能是根据经验进行定性判断鸡蛋熟与不熟，无法做到准确定量的检测鸡蛋熟度。
金志强等人在2008年提出利用核磁共振测量鸡蛋自由水和结合水比例的方法来检测鸡蛋熟度(金志强,张锦胜.利用核磁共振及成像原理研究鸡蛋的煮熟过程[J].食品工业科技,29(8):112-114,2008)，达到了较高的精度，但是此方法成本昂贵，缺乏日常实用性。
光照分析法在食品、化学等材料分析检测中应用广泛。B.J.Kemps等人研究了鸡蛋新鲜度与其对光的反射和透射特性之间关系(B J Kemps,F R Bamelis.Visibletransmission spectroscopy for the assessment of egg freshness[J].Journal ofthe Science of Food&Agriculture,86(9):1399–1406,2006)，该研究得到了鸡蛋透光率与其新鲜度指标(哈夫单位)的关系，但也只能将鸡蛋划分为合格和不合格两个等级，精度较低且存在约15％的误筛漏筛概率，这是由于鸡蛋内部结构复杂，在光源照射下透光性质的研究大都停留在定性分析层面。
综上所述，目前检测鸡蛋熟度的方法，无法实现对鸡蛋熟度的定量分析，难以满足食品工业要求。
发明内容
针对目前缺少实现鸡蛋熟度定量检测的技术现状，本发明提供了一种基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，通过分析鸡蛋透光度与蛋黄中心温度关系，得到鸡蛋熟度，实现对鸡蛋熟度的定量检测。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现。
本发明的基本思路为：首先利用采集的鸡蛋图片，得到鸡蛋中心灰度，再依据得到的鸡蛋中心灰度计算得到鸡蛋的中心温度，最后依据蛋黄中心温度与鸡蛋熟度的对应关系确定鸡蛋的熟度；具体步骤如下：
(1)测量待测鸡蛋的长轴a和短轴b；
(2)分析采集的待测鸡蛋图片，得到待测鸡蛋图片的中心灰度g和蛋黄直径d；
(3)依据以下公式得到待测鸡蛋的蛋黄中心温度：
式中，g为待测鸡蛋图片的中心灰度；d为蛋黄直径；R为将待测鸡蛋近似为球形时的半径，
(4)根据设定的蛋黄中心温度与熟度的对应关系，确定鸡蛋熟度。
上述基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，步骤(1)中，将鸡蛋近似为椭球型，利用游标卡尺测量待测鸡蛋得到待测鸡蛋的长轴a和短轴b。
上述基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，步骤(2)中，分析采集的待测鸡蛋图片，得到待测鸡蛋图片的中心灰度g和蛋黄直径d的具体实现方式为：利用图像传感器采集待测鸡蛋的图片，并将采集的待测鸡蛋图片导入
得到待测鸡蛋图片的中心灰度g和蛋黄直径d。
是美国MathWork公司出品的商业数学软件，应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量等众多应用领域，本发明中将采集的待测鸡蛋图片导入
软件，软件便可以给出图片的灰度分布，本发明取鸡蛋中心部分设定区域(例如100*100像素)灰度的平均值作为鸡蛋中心灰度g；将蛋黄近似为球形，对图片中蛋黄区域进行测量，便可得到蛋黄直径d。
上述基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，步骤(4)中，设定的蛋黄中心温度TC与熟度的对应关系为：TC＜35℃为生，35℃≤TC≤45℃为一成熟，45℃＜TC≤55℃为三成熟，55℃＜TC≤65℃为五成熟，65℃＜TC≤75℃为七成熟，75℃＜TC≤85℃为九成熟，86℃及以上为全熟。
本发明利用给出的蛋黄中心温度预测公式，能够较为准确的得到待测鸡蛋的中心温度，而定义的蛋黄中心温度与熟度的对应关系中，以10℃为梯度对熟度等级进行划分，因此通过蛋黄中心温度可以实现对鸡蛋熟度的定量检测，相比于传统光照分析法的定性分析，能够更为准确的确定鸡蛋熟度，为人们提供口感、成色更好，营养价值更高的烹饪鸡蛋。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，首先采集鸡蛋的透光图片，再利用图片中鸡蛋中心灰度得到鸡蛋的中心温度，最后依据鸡蛋的中心温度确定鸡蛋的熟度，是一种非侵入式、定量的鸡蛋熟度检测方法；
2、本发明提供的基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，由于是利用蛋黄中心温度来定义鸡蛋熟度，能够更加准确的反映鸡蛋成熟情况，相比于传统时间分析法、光照分析法等定性分析，提供的鸡蛋熟度信息更加准确、可靠，满足人们对于口感、成色及营养价值等多方面的需求；
3、本发明提供的基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，只需要采集鸡蛋的透光图片，再对图片进行数据处理便可确定鸡蛋的熟度，具有操作简单、稳定性好、准确度高、效率高等优点，具有很强的实用性，适于在人们生活领域内推广使用；
4、本发明提供的基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，还可推广到其它需要加热的日常应用领域，也可进一步推广到相关工业炉灶领域。
附图说明
图1为同一鸡蛋在不同水煮时间采集的透光图片。
图2为在较高对比度下的鸡蛋透光图片。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明公开的内容，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下还可以其他实施例的方式实施本发明，这些实施例的实施方式都属于本发明所保护的范围。
实施例
本实施首先建立蛋黄中心温度理论模型。将鸡蛋简化为密度一定的球形，鸡蛋的半径为R，定义
a为鸡蛋长轴，b为鸡蛋短轴，鸡蛋蛋黄同样近似为球形，蛋黄直径为d。建立鸡蛋热传导模型：
式中，K为热扩散率，
κ为热传导率，ρ为介质密度，c为比热容，t为鸡蛋水煮时间。
将鸡蛋热导模型(1)变换到球坐标系下，化简方程并结合初始边界条件：
得到温度的表达式：
式中，TW为加热鸡蛋过程中，鸡蛋蛋壳表面温度，TO为加热前鸡蛋的初始温度，R为鸡蛋半径，r为待测鸡蛋上任一一点到蛋黄中心的距离。
表1蛋黄、蛋清比热容c、热传导系数κ、介质密度ρ
蛋黄中心温度TC为：
对公式(3)进行修正和近似(修正和近似方法参考See Kit Foong.How long doesit take to boil an egg？Revisited.European Journal of Physics,January 2006)得到蛋黄中心温度TC为：
式中，
为四阶雅各比忒塔函数(Jacobi theta function)。
结合蛋黄、蛋清比热容、热传导系数、介质密度等参数：得到蛋黄中心温度TC为：
设定TW为100℃，TO为25.8℃，则蛋黄中心温度TC为：
将一鸡蛋在98℃水中加热累计15min，每隔一分钟取出，采用
相机(将相机聚焦中心对准鸡蛋中下部，使采集图片中鸡蛋中下部位于图像中心部位)，采集鸡蛋透光图片(如图1所示)，采集的鸡蛋图片导入
取鸡蛋中心部分100*100像素灰度的平均值作为鸡蛋中心灰度g。基于光的吸收原理，对得到的鸡蛋中心灰度g随时间变化的数据进行拟合分析，得到鸡蛋中心灰度g随时间t的变化关系式：
g＝Ae-Bt (9)
式中，A、B为拟合系数。B取值范围为0.17-0.21，本实施例中B取0.2。
A值与鸡蛋尺寸有关，通过将不同鸡蛋的A值与鸡蛋半径R和蛋黄直径d进行非线性拟合得到A的关系式：
A＝2093+57.49d-99.5R-1.13d2+0.2315dR+0.8142R2 (10)
联立上述公式(8)、(9)、(10)得到鸡蛋蛋黄中心温度与鸡蛋中心灰度关系式：
本实施例待测的六个鸡蛋，依据得到的鸡蛋蛋黄中心温度与鸡蛋中心灰度关系，通过以下步骤确定待测鸡蛋的熟度：
(1)采用游标卡尺测量待测鸡蛋的长轴a和短轴b，数据见表1。
(2)采用
相机(相机参数为：ISO感光度：1600，快门速度：1/30，放大倍率：X2.3，光圈大小：4.5fp)采集待测鸡蛋图片，将采集的鸡蛋图片导入
得到待测鸡蛋图片的鸡蛋中心灰度g和蛋黄直径d；其中鸡蛋中心灰度g为鸡蛋中心部分100*100像素灰度的平均值，可以直接读取；将鸡蛋图片对比度调至相对较高，使蛋黄透光度高于蛋清(如图2所示)，将蛋黄近似为球形，通过测量图片中灰度较小区域的直径来确定蛋黄直径d，数据见表1。
(3)依据以下公式得到待测鸡蛋的蛋黄中心温度：
式中，g为待测鸡蛋图片的中心灰度；d(mm)为蛋黄直径；R为将待测鸡蛋近似为球形时的半径，
将步骤(1)和步骤(2)得到的数据代入公式(11)便可得到蛋黄中心温度TC，数据见表1。
(4)根据设定的蛋黄中心温度与熟度的对应关系，便可确定鸡蛋熟度。设定的蛋黄中心温度TC与熟度的对应关系为：TC＜35℃为生，35℃≤TC≤45℃为一成熟，45℃＜TC≤55℃为三成熟，55℃＜TC≤65℃为五成熟，65℃＜TC≤75℃为七成熟，75℃＜TC≤85℃为九成熟，86℃以上为全熟。
实施例六个待测鸡蛋熟度见表1。
表2鸡蛋测量参数及熟度判定结果
注：(1)蛋黄中心温度TC实际是将探头式温度计插入鸡蛋蛋黄中测量得到。
(2)蛋黄中心温度误差是由公式
从表1中数据可以看出，采用本发明利用灰度计算得到的蛋黄中心温度与实际测量到的蛋黄中心温度误差在10％以下，可以较为精确地反映出鸡蛋的中心温度；而根据蛋黄中心理论温度与根据蛋黄中心实际温度相比，所判定的蛋黄熟度结论基本一致，说明本发明提供的蛋黄中心理论温度温度能够基本反映蛋黄温度的实际情况，根据本发明得到的蛋黄中心理论温度温度(将其作为蛋黄中心温度)可以较为准确的判定鸡蛋熟度。此方法具有精度高、操作便捷和普适性好等优点，可以推广用于非侵入式测量物体固液态转化过程中的凝固程度。
Claims (4)
1.一种基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，其特征在于步骤如下：
(1)测量待测鸡蛋的长轴a和短轴b；
(2)分析采集的待测鸡蛋图片，得到待测鸡蛋图片的中心灰度g和蛋黄直径d；
(3)依据以下公式得到待测鸡蛋的蛋黄中心温度：
式中，g为待测鸡蛋图片的中心灰度；d为蛋黄直径；R为将待测鸡蛋近似为球形时的半径，
(4)根据设定的蛋黄中心温度与熟度的对应关系，确定鸡蛋熟度。
2.根据权利要求1所述基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，其特征在于步骤(1)中，所述鸡蛋的长轴a和短轴b利用游标卡尺测量待测鸡蛋得到。
3.根据权利要求1所述基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，其特征在于步骤(2)中，分析采集的待测鸡蛋图片，得到待测鸡蛋图片的中心灰度g和蛋黄直径d的具体实现方式为：利用图像传感器采集待测鸡蛋的图片，并将采集的待测鸡蛋图片导入
得到待测鸡蛋图片的中心灰度g和蛋黄直径d。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述基于透光法的鸡蛋熟度检测方法，其特征在于步骤(4)中，设定的蛋黄中心温度TC与熟度的对应关系为：TC＜35℃为生，35℃≤TC≤45℃为一成熟，45℃＜TC≤55℃为三成熟，55℃＜TC≤65℃为五成熟，65℃＜TC≤75℃为七成熟，75℃＜TC≤85℃为九成熟，86℃及以上为全熟。
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