CN110456010A - 一种无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法，包括如下步骤：步骤一、光源照射鸡蛋上某点，光源发出的光束透过鸡蛋壳在鸡蛋内部向各个方向散射；步骤二、在鸡蛋周围布置图像接收器，所述图像接收器用于激光散斑图的获取；步骤三、记录鸡蛋散斑图，形成散斑图时间序列集；步骤四、计算散斑图的相关系数、时间或空间对比度；步骤五，通过步骤四中的数据判断鸡蛋的新鲜度及可食用度。本发明结构简单，无损检测不会对鸡蛋造成破坏，应用场景更广。

Description

一种无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法

技术领域

本发明涉及农畜产品检测技术领域，特别是涉及一种无损快速检测鸡蛋新 鲜度的方法。

背景技术

鸡蛋的新鲜度检测在鸡蛋生产、流通、加工、及日常生活中具有重要意义。 通用标准如哈夫值和蛋黄指数的检测都需要打破鸡蛋进行测量，是一种有损检 测。依靠外形检测、电学信号、光学、图像及数据处理器处理等方法进行鸡蛋 新鲜度的无损检测方法被不断地提出来。如通过检测蛋壳破裂来衡量鸡蛋新鲜 度的方法主要依靠了鸡蛋变质是从蛋壳进入细菌的原因，通过检测蛋壳裂纹来 衡量鸡蛋破损；利用电学信号检测是因为鸡蛋内部阻尼随鸡蛋变质过程发生变 化；利用近红外光谱以鸡蛋样品内部品质(哈夫单位、蛋白高度和蛋白pH值 等)为测量指标或通过透过率谱线一阶微分结合SVR进行预测或高光谱成像； 利用透过率图像及不同的图像处理方法进行蛋黄分割来衡量气室大小、蛋黄大 小和椭圆度等特征；基于数据处理器视觉与神经网络与图像处理相结合的方法 等。但是上述方法对于日常应用具有局限性，比如光谱分析需要的光谱分析器 件或大量的图像数据；灰度图像分割需要复杂的数据处理器处理，且光照强度 和照明均匀性影响测试结果。因此现在急需一种无损快速检测鸡蛋新鲜度的方 法。

发明内容

本发明的目的是提供一种无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法，以解决上述现 有技术存在的问题，实现鸡蛋的快速无损检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种无损快速检测鸡蛋新鲜度 的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、使用光源照射鸡蛋上某点，光源发出的光束透过鸡蛋壳在鸡蛋内 部向各个方向散射；

步骤二、在鸡蛋周围布置图像接收器，所述图像接收器用于激光散斑图的 获取；

步骤三、连续记录鸡蛋散斑图，形成散斑图时间序列集；

步骤四、计算散斑图的统计特性参数，所述统计特性参数包括相关系数、 时间对比度、空间对比度；

步骤五，通过步骤四中统计学参数，判断鸡蛋的新鲜度及可食用度。

优选的，相关系数的计算为从第二张开始所有散斑图与该图集的第一张散 斑图的相关系数，对若干幅散斑图的相关系数取平均值，通过相关系数稳定后 的值判断鸡蛋的新鲜度。

相关系数计算公式为：

其中，ρ_n表示第n帧散斑图与第一帧散斑图的相关系数，E表示取空间 平均，I₁和I_n分别为第一帧散斑图和第n帧散斑图的像素灰度值，μ为散斑 图灰度值的空间平均值，且假定所有散斑图具有相同的灰度平均值；σ为散 斑图各像素点灰度值的标准偏差，且假定所有散斑图具有相同的标准偏差值。

优选的，空间对比度的计算公式为：

其中，K_s为空间对比度，σ_s为散斑图像素灰度的空间标准偏差；空间对比 度为所采集散斑图序列每帧的对比度。

优选的，对若干幅散斑图的空间对比度取平均值；

时间对比度的计算公式为：

其中，K_t为空间对比度，σ_t为散斑图像素灰度的时间标准偏差。时间对 比度为从第1帧到第n帧各像素的时间对比度并在空间取平均。

本发明公开了以下技术效果：本发明属于无损检测，通过光源发出的光束 透过鸡蛋壳在鸡蛋内部向各个方向散射，在鸡蛋周围布置图像接收器，获取鸡 蛋散斑图，再使用数据处理器计算散斑图的统计特性参数，如相关系数或时间 对比度或空间对比度，作为衡量鸡蛋新鲜度的参数值；该方法的实现装置简单， 数据处理速度快，所需元件成本低。因此，该方法易于实现便携式或集成到流 水线中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明图像接收器位置示意图；

图3为新鲜鸡蛋与变质鸡蛋的蛋清蛋黄图；

图4为相关系数—哈夫值的散点图；

图5为带误差线的相关系数依据哈夫值分类四等级的柱状图；

图6为相关系数—蛋黄指数关系的散点图；

图7为鸡蛋散斑图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-7所示，本发明提供一种无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法，所使 用的装置包括光源1、鸡蛋2、照相机、数据处理器5，所述图像接收器4用 于采集鸡蛋散斑图，所述图像接收器4可以为照相机或光电二极管，本实施例 中使用为照相机，所述数据处理器5用于计算散斑图的统计学参数，首先将从 养鸡场或菜市场买来的新鲜鸡蛋2存放在39℃的恒温箱中放置不同天数，最 长为10天；然后对这些新鲜度不同的鸡蛋2进行检测。鸡蛋2随着存放时间 变长，蛋清蛋黄粘稠度变低，而鸡蛋散斑图的统计特性参数，如相关系数和对 比度会随着被测物粘稠度的变化而变化。

实施例一

步骤一、光源1垂直照射鸡蛋2上某点，光源1发出的光束透过鸡蛋壳在 鸡蛋2内部向各个方向散射；

步骤二、在鸡蛋2周围布置照相机，获取激光散斑图；所述照相机记录 图像光路光轴与光源发出的光束垂直；所述照相机的位置还可以设置为：光 源1发出的光束、鸡蛋2、照相机位于同一水平线。在成像光路中，为了避免 蛋壳结构对散斑图的影响，首先对焦鸡蛋蛋壳，之后调节透镜位置，改变物像 位置，使得相机接收图像对应的物面在鸡蛋以内，将成像系统的物点设置到鸡 蛋内部；成像光路中透镜3是为了更有效的收集散射光。

步骤三、确定光源1的波长、照相机的曝光时间50ms，连续记录一系列 散斑图，例如30帧，形成散斑图时间序列集。其中记录时相机的曝光时间与 帧频的乘积最好为1秒或尽量接近1秒，以减少由于相邻散斑图的时间间隔太 长以至于去相关。

步骤四、使用数据处理器5计算散斑图的统计特性参数，所述统计特性参 数包括相关系数、时间对比度、空间对比度，上述任一统计学数值均可用于检 测鸡蛋新鲜度。

相关系数的计算为从第二张开始所有散斑图与该图集的第一张散斑图的 相关系数，对若干幅散斑图的相关系数取平均值，通过相关系数稳定后的值判 断鸡蛋的新鲜度。从第10帧开始，取10-30帧的相关系数进行平均后的相关 系数值，获取30帧散斑图所需的时间由相机帧频决定。比如相机的曝光时间 为50毫秒,帧频为20帧/秒，则获取时间为1.5秒。

相关系数计算公式为：

其中，ρ_n表示第n帧散斑图与第一帧散斑图的相关系数，E表示取空间 平均，I₁和I_n分别为第一帧散斑图和第n帧散斑图的像素灰度值，μ为散斑 图灰度值的空间平均值，且假定所有散斑图具有相同的灰度平均值；σ为散 斑图各像素点灰度值的标准偏差，且假定所有散斑图具有相同的标准偏差值。 对若干幅散斑图的相关系数取平均值作为衡量鸡蛋新鲜度的参数值。

衡量鸡蛋新鲜度的参数可以是散斑图空间对比度值，其计算公式为：

其中，K_s为散斑图像素灰度的空间标准偏差。

衡量鸡蛋新鲜度的参数可以是散斑图时间对比度值，其计算公式为：

其中，K_t为时间对比度，σ_t为散斑图像素灰度的时间标准偏差。

步骤五，通过步骤四计算出任一统计学数值均可以判断鸡蛋的新鲜度及可 食用度。

验证本方法的有效性：在获取激光散斑图后，打碎鸡蛋测量，通过目前通 用蛋黄新鲜度标准测定方法测量其蛋黄指数或哈夫值，并将其与相关系数作对 比。依据通用标准，哈夫值在60以上，即可食用的鸡蛋，并且依据哈夫值， 鸡蛋新鲜度分为四级：

结果如图5所示，根据哈夫值，除两个鸡蛋外，不可适用的鸡蛋 的相关系数都在0.67以上；可食用鸡蛋的相关系数都在0.67以下， 因此相关系数可以提供准确区分出可食用及不可食用的鸡蛋。此试验 判断变质鸡蛋不可食用的判别率为85.71％；按判断新鲜鸡蛋是否可 食用的判别率为100％。

如图6所示，将鸡蛋根据哈夫值的4个等级进行分类，四类鸡蛋对应的相 关系数具有明显区别。

可见利用鸡蛋的散斑相关系数可以完好的区分鸡蛋的可食用性。

依据下表蛋黄指数判断鸡蛋新鲜度：

蛋黄指数值	鸡蛋新鲜度分类
		≥0.35	消费者可食用
≤0.35	不适合消费者食用

如图7所示，当相关系数分别以0.66、0.6、0.56为界区分鸡蛋新鲜度时， 以蛋黄指数中的两级分类作为参照，判别鸡蛋是否可食用的整体判断率为 100％。

实施例二

步骤一、光源1垂直照射鸡蛋2上某点，光源1发出的光束透过鸡蛋壳在 鸡蛋2内部向各个方向散射；

步骤二、在鸡蛋2周围布置照相机，获取激光散斑图；当光源1与鸡蛋2 接触时，照相机在光源一侧；

步骤三-步骤五同实施例一。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指 示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本 发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方 位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发 明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护 范围内。

Claims (3)

1.一种无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、使用光源照射到鸡蛋上某点，光源发出的光束透过鸡蛋壳在鸡蛋内部向各个方向散射；

步骤二、在鸡蛋周围布置图像接收器，所述图像接收器用于激光散斑图的获取；

步骤三、记录鸡蛋散斑图，形成散斑图时间序列集；

步骤四、计算散斑图的统计特性参数，所述统计特性参数包括相关系数、时间对比度、空间对比度；

步骤五，通过步骤四中统计学参数，判断鸡蛋的新鲜度及可食用度。

2.根据权利要求1所述的无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法，其特征在于：相关系数的计算为从第二张开始所有散斑图与该图集的第一张散斑图的相关系数，对若干幅散斑图的相关系数取平均值，通过相关系数稳定后的值判断鸡蛋的新鲜度；

相关系数计算公式为：

其中，ρ_n表示第n帧散斑图与第一帧散斑图的相关系数，E表示取空间平均，I₁和I_n分别为第一帧散斑图和第n帧散斑图的像素灰度值，μ为散斑图灰度值的空间平均值，且假定所有散斑图具有相同的灰度平均值；σ为散斑图各像素点灰度值的标准偏差，且假定所有散斑图具有相同的标准偏差值。

3.根据权利要求1所述的无损快速检测鸡蛋新鲜度的方法，其特征在于：

空间对比度的计算公式为：

其中，K_s为空间对比度，σ_s为散斑图像素灰度的空间标准偏差；

时间对比度的计算公式为：

其中，K_t为时间对比度，σ_t为散斑图像素灰度的时间标准偏差。