DE19847232C2

DE19847232C2 - Verfahren zur Bewertung von Schlachttierhälften durch optische Bildverarbeitung

Info

Publication number: DE19847232C2
Application number: DE19847232A
Authority: DE
Inventors: Peter Schimitzek
Original assignee: CSB System AG
Current assignee: CSB System AG
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: DE19847232A1

Abstract

Die Erfindung bezeichnet ein Verfahren zur Bewertung von Schlachttierhälften durch optische Bildverarbeitung, die am Wareneingang, an Klassifizierungspunkten oder Warenausgang von Schlacht- und Fleischwarenbetrieben erfaßt werden, bei welcher ein einzelnes, durch einen optischen Sensor aufgenommenes optisches Bild (1) von Teilen einer Schlachttierhälfte EDV-gestützt vollautomatisch ausgewertet wird. Zur Handelsklasseneinstufung und optional zur Handelswertbestimmung auf Basis von mittels der optischen Bildauswertung zugänglichen äußeren spezifischen Parametern erfolgt eine zuverlässige Bewertung von Schlachttierkörpern, indem die von außen optisch zugängliche Lenden- und Schinkenregion der Schlachttierhälfte zur Bewertung verwendet wird, wobei Linienkonturen (10), der markante Knickpunkt des Knochenmarkkanals (19) und optional der Knickwinkel bestimmt werden und das körperseitige Ende des Schloßknochens (20) als markanter Punkt selektiert wird.

Description

Die Erfindung bezeichnet ein Verfahren zur Bewertung von Schlachttier hälften durch optische Bildverarbeitung, die am Warenein gang, Klassifizierungspunkten oder Warenausgang von Schlacht- und Fleischwarenbetrieben erfaßt werden. Derarti ge Schlachttierhälften werden in der Regel an einem Haken hängend mittels spezieller Transportsysteme durch die Schlacht- und Fleischwarenbetriebe befördert. Die vorge stellte Bewertung ist insbesondere für Schlachtschweine hälften ausgelegt, jedoch prinzipiell ebenfalls für Schlachttierhälften von Rindern, Schafen, Ziegen oder ande ren Groß- und Kleinschlachttieren geeignet.

Im allgemeinen werden die Schlachtschweinehälften regi striert, gewogen und bewertet. Die wirtschaftliche Bewer tung der Schlachtschweinehälften erfolgt durch eine ent sprechende amtliche Handelsklasseneinstufung. Danach er folgt die Erfassung der Speck- und Fleischdicken jeweils landesspezifisch an gesetzlich vorgegebenen Stellen. Zur Sortierung erfolgt in der Regel eine Handelswertbestimmung der Schlachtkörper mit einem höheren Aussagegehalt durch die Einbeziehung einer Vielzahl weiterer spezifischer Para meter, welche jedoch meist nicht standardisiert sind.

Die Druckschrift DE 27 28 913 A1 beschreibt allgemein die Verwendung von optischen/mechanischen Sensoren zur Erfas sung von Kennwerten des Speck-/Fleischanteils von Schlacht tierhälften an Transporteinrichtungen und die automatische und selbständige Verarbeitung dieser Werte durch einen Rechner zur Klassifizierung von Fleisch. Dazu wird die Schlachttierhälfte, insbesondere eine Schlachtschweinehälf te, in einer Dunkelkammer optisch abgetastet, der Schinken mit Mitteln der Bildanalyse erfaßt und bewertet. Das ermit telte Klassifizierungsmerkmal wird anschließend über einen Laser auf die Schlachttierhälfte aufgebracht. Das aufge zeigte Verfahren basiert hauptsächlich auf der Bestimmung von spezifischen Parametern der Schinkenregion und ist zu aufwendig, um in Betrieben jeder Größenordnung eingesetzt werden zu können.

Eine Methode zur Handelsklasseneinstufung ist nach der Druckschrift DE-OS 16 73 038 die Messung der Speck- und Fleisch dicke mit einer Nadel über elektro-optische Verfahren an gesetzlich vorbestimmten Meßstellen der Schlachtschweine hälften. Dabei wird eine optische Nadel an vorbestimmter Meßstelle in das Fleisch jeweils einer Schlachtschweine hälfte eingestochen, die an der Meßstelle optisch die Dicke des Fleisches (Muskel) und des Specks zu bestimmen gestat tet. Für die Durchführung der Messung ist in der Regel eine Arbeitskraft nötig. Nachteile dieser Vorgehensweise sind hygienische Bedenklichkeit des Einstiches, die hohen Inve stitionskosten für die spezielle optische Nadel, die starke subjektive Abhängigkeit der Meßergebnisse durch die Posi tionierung der Nadel und den Winkel des Einstiches und die fehlende Transparenz der Messung durch die andere Partei, da es sich um ein inneres Meßverfahren handelt. Durch diese Technologie ist die Aussagefähigkeit prinzipiell gering, so daß eine mangelnde Aussagekraft über den tatsächlichen Han delswert des Schlachtschweines vorliegt.

Zur Handelsklasseneinstufung von Schlachtschweinen ist seit den 70iger Jahren das ZP(Zweipunkte)-Verfahren mit Messun gen ausschließlich im Lendenbereich eine andere gängige Vorgehensweise. Dabei werden an zwei markanten und leicht identifizierbaren gesetzlich vorgegebenen Punkten Längen messungen vorgenommen. Die Messungen können manuell mit ei nem Lineal oder alternativ mit einem Meßschieber, welche teilweise online mit einem Rechner zur Datenerfassung in Verbindung stehen, vorgenommen werden. Mit diesen Werten wird über eine Berechnungsvorschrift die Handelsklasse er mittelt. Die Vorteile des ZP-Verfahrens liegen insbesondere bei den geringen Investitionskosten und leichter Bedienung. Dadurch wird dieses Verfahren selbst in sehr kleinen Schlachtbetrieben eingesetzt. Durch die Verwendung von 2 günstigen Meßstellen läßt sich der tatsächliche Handelswert prinzipiell exakter als mit einem Ein-Punkt-Verfahren be stimmen, dennoch ist die Genauigkeit und Zuverlässigkeit nicht ausreichend. Nachteile des ZP-Verfahrens sind weiter hin die manuell aufwendige Messung an zwei Stellen, eine geringe zeitliche Einstufungsleistung sowie die subjektive Abhängigkeit der Ergebnisse.

In der Druckschrift EP 0029562 A2 wird ein Verfahren zur Han delsklasseneinstufung beschrieben, bei welcher in der Schinkenregion der Schinkenwinkel automatisch mechanisch bestimmt wird. In den Weiterbildungen wird zu dessen Be stimmung ein video-optisches Gerät zur Aufnahme eines Bil des der Schlachtschweinehälfte verwendet, welches den Schinkenwinkel und optional zusätzlich das Maß der minima len Speckdicke über den MGM(Musculus-Gluteus-Medius) im Lendenbereich durch den Einsatz der Rechentechnik ermit telt. Durch den Einsatz der Rechentechnik kann auf die ma nuelle Bewertung verzichtet werden und der subjektive Ein fluß entfällt. Es handelt sich bei dieser Druckschrift um die Anwendung eines video-optischen Verfahrens zur Bestim mung von Konturen, deren spezifische Parameter zur Handels klasseneinstufung verwendet werden. Nachteilig ist jedoch, daß das beschriebene Verfahren hauptsächlich auf der Be stimmung von spezifischen Parametern der Schinkenregion be ruht, welche mit erfaßt und ausgewertet werden muß.

In der Druckschrift DD 259346 A1 wird ein einfaches Verfahren zur Klassifizierung von Schlachttierhälften beschrieben, bei welcher eine Zeilenkamera, welche die Lendenregion ab fährt, die reflektierten Hell-Dunkelwerte registriert und bewertet. Es gelingt dadurch, den Speck- und Fleischanteil näherungsweise zu bestimmen. Nachteilig ist, daß dieses Verfahren nicht dem erforderlichen Standard zur Klassifi zierung entspricht und die reflektierten Hell-Dunkelwerte als solche nicht zur Ermittlung des Handelsklassenwertes hinreichen.

In der Druckschrift DE 41 31 556 A1 wird ein Verfahren beschrie ben, bei welchem mit Bildverarbeitungsverfahren auf der Ba sis einer video-optischen Aufnahme einer Schlachttierhälfte die Lage von inneren Organen durch eine Objektanalyse mit analytischen Modellorganen des Skeletts, insbesondere der Wirbelsäule und der Wirbel, bestimmt wird. Derartige re chenintensive Verfahren sind notwendig, um nachgeschaltete automatische Zerlegemaschinen für Schlachttierhälften prä zis steuern zu können. Eine Bewertung von Fleisch- Rückenspeckverhältnissen erfolgt zusätzlich. Es erfolgt ebenfalls eine Analyse des Schinkenbereiches. Für eine Be wertung von Schlachttierhälften zur Klassifizierung ist ei ne Erfassung des Skeletts unnötig, somit das Verfahren damit unnötig kompliziert und in der praktischen Umsetzung zu aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung bestehender Nachteile des Standes der Technik und die Entwicklung eines automatischen Bewertungsverfahrens für Schlachttierhälften, welches mittels optischer Bildverarbeitung die Handelsklas seneinstufung schnell, objektiv, transparent und in Schlacht- und Fleischwarenbetrieben jeder Größenordnung einheitlich vorzunehmen gestattet. Dazu muß die Bestimmung zuverlässige Ergebnisse zur Handelsklasseneinstufung lie fern, mit einfachen Mitteln und geringen Investitionskosten die Verwendung in Kleinstbetrieben ermöglichen und dennoch die Bewertungsleistung von Großbetrieben gewährleisten. Da zu ist es zwingend erforderlich, eine Handelsklasseneinstu fung und/oder Handelswertermittlung so einfach wie möglich und nur so genau wie notwendig auszuführen. Insbesondere soll sich auf die von außen zugängliche Lenden- und Schin kenregion der Schlachttierhälfte beschränkt werden. Ein we sentlicher Aspekt ist, die Handelsklasseneinstufung optio nal mit einer gleichzeitigen Handelswertermittlung zu kom binieren.

Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Bestimmung der Handelsklasseneinstufung auf Basis von mittels der optischen Bildauswertung über Linienkontu ren zugänglichen äußeren spezifischen Parametern in der Lenden- und Schinkenregion erfolgt eine zuverlässige Bewer tung von Schlachttierkörpern, ohne daß das Bewertungsver fahren durch Analyse weiterer Körperregionen und damit ver bundener zusätzlich zu berücksichtigender Freiheitsgrade unnötig kompliziert und teuer in der praktischen Realisie rung wird.

Mit einem optischen Sensor wird von der Spaltseite einer Schlachttierhälfte ein Bild aufgenommen und mittels opti scher Bildauswertung markante Punkte der Lenden- und Schin kenregion (z. B. den Beginn des MGM, den Schloßknochen oder den Knick des Knochenmarkkanals) zuverlässig selektiert und über die Vermessung von als spezifische Parameter der Be rechnungsformel dienenden Strecken, Winkeln, Längen und Flächen die Handelsklasseneinstufung mit hinreichender Zu verlässigkeit und Genauigkeit vorzunehmen. Über gesonderte Berechnungsformeln wird optional ebenfalls eine Handels wertbestimmung ermöglicht.

Eine vorzugsweise an einem Transportband hängende Schlacht schweinehälfte ist zu bewerten, wenn sie einen Schlacht- und Fleischwarenbetrieben im Wareneingang, an Klassifizie rungspunkten oder im Warenausgang passiert. Je nach Art des Schlacht- oder Fleischwarenbetriebes befinden sich die Schlachtschweinehälften noch im warmen oder bereits im kal ten Zustand bzw. in einem Zwischenzustand. Zur Verrechnung mit Dritten ist die zuverlässige und transparente Handels klasseneinstufung von Bedeutung. Es ist weiterhin vorteil haft, im Bereich der Kontrollpunkte die Schlachtschweine hälfte zu wiegen und zu kennzeichnen, bzw. die Kennzeich nung zu registrieren. Zur Einbindung in ein übergeordnetes System zur Speicherung und Protokollierung sowie zur Fern wartung der Meß- und Auswertetechnik ist die Einbindung in ein übergeordnetes Kommunikationsnetz, bsw. Intranet, ISDN, Internet günstig.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von

Fig. 1 als Bewertungsprinzip bei einer Schlachtschweinehälfte und

Fig. 2 als weitere Bewertungsvarianten näher erläutert.

Wie in Fig. 1 aufgezeigt wird die Schlachtschweinehälfte (im Regelfall je eine pro Schlachttier) mit der Spaltseite an einer elektronischen Kamera, bsw. einem digitalen Photo apparat, einer Videokamera oder einem anderen optischen Sensor, vorbei geführt und ein Bereich, der stets die Len den - und Schinkenregion beinhaltet, bsw. 30 × 40 cm, als optisches Bild 1 mit hinreichender Auflösung (mindestens 800 × 600) digital aufgenommen und online an die EDV übertra gen. Das optische Bild 1 von Teilen einer Schlachtschweine hälfte wird nachfolgend EDV-gestützt vollautomatisch ausge wertet. Es wird ausschließlich die von außen optisch zu gängliche Lenden - und Schinkenregion der Schlachttierhälf te zur Bewertung verwendet. Dazu wird das optische Bild 1 in Echtzeit in den Rechner eingelesen und entsprechend ge eignet gespeichert, bsw. als je ein Bitmap (bei Farbbildern einzeln für das Rot-, Grün- und Blaubild) in ausreichender Quantisierung (mindestens 8 Bit). Aus diesen Bitmaps können einfach geeignete analytische Terme je Bildpunkt berechnet werden, welche Helligkeitsinformation und optional die Far binformationen beinhalten. Durch Bewertung von über gleich artigen Bildbereichen 2 berechneten Ausdrücken dieser Farb- und Helligkeitsinformationen lassen sich bestimmte Bildbe reiche 2 oder denen zugeordnete Pixel selektieren. Der Aus wertebereich 3 wird als Teilbild der Lenden - und Schinken region der Schlachtschweinehälfte in einer geeigneten Größe selektiert um den Rechenaufwand und den Speicherplatzbedarf zu verringern. Dies kann durch Selektion eines Ursprungs punktes 4 in Verbindung mit dem relativ dazu positionierten Auswertebereich 3 erfolgen, bsw. durch Selektion eines be sonders hellen Bildstreifens 5 als Extremwert im Hellig keitssignal, welcher den hohen Fettanteil am hinteren Ende der Schlachtschweinehälfte selektiert, und dessen rücken seitiger äußerer Konturgrenze 6 des Schlachttierkörpers vor einem Bildhintergrund 7, der günstig einfarbig gewählt wird, zu dem sich der Auswertebereich 3 von etwa 10 × 15 cm positioniert, welcher insbesondere den MGM(Musculus- Gluteus-Medius) 8 beinhaltet. Der gesamte Auswertebereich wird gleichartig analysiert. Zur Selektion wesentlicher Un terschiede werden wiederum geeignete analytische Terme aus den Farb- und Helligkeitsinformation gebildet, die im ge genseitigen Bezug verglichen werden. Bei hinreichenden Un terschieden erfolgt die punktuelle Zuordnung zu einem Kon turpunkt 9. Diese gestatten die Zuordnung von mathematisch glatten Linienkonturen 10 zu den Konturbildbereichen. Ge eignete zu erfassende Linienkonturen 10 sind die rückensei tige äußere Konturgrenze 6 des Schlachtschweinekörpers, die Innenspeckgrenze 11, die MGM/Fettgrenze 12 und der Knochen markkanal 13. Es ist vorteilhaft, für die einzelnen Kontu ren jeweils Plausibilitätsgrenzen zuzuordnen. Durch die Ausmessung charakteristischer Meßwerte (Strecken, Winkel und/oder Flächen) entsprechend der Linienkonturen 10 ist eine Klassifikation der Schlachtschweinehälfte möglich. Vorteilhaft sind die minimale Strecke zwischen der rücken seitigen äußeren Konturgrenze 6 und der Innenspeckgrenze 11, welche der minimalen Speckdicke 14 entspricht, sowie deren Schnittpunkt mit der äußeren Konturgrenze 15 sowie der Schnittpunkt 16 der Innenspeckgrenze 11 und der MGM/Fettgrenze 12 und das Lot 17 auf die rückenseitige äu ßere Kontur 6. Weiterhin vorteilhaft ist die Muskeldicke 18 als kürzeste Strecke vom Schnittpunkt 16 bis zum Knochen markkanal 13. Die benötigten Meßwerte werden in der zuge ordneten Berechnungsroutine zu einem Bewertungsmaß verar beitet.

Nach Fig. 2 selektieren die weiteren Bewertungsvarianten vorteilhaft zusätzliche weitere markante Punkte. In Variante a) wird ein markanter Knickpunkt des Knochen markkanals 19 selektiert, an welchem der Knochenmarkkanal 13 die zugeordnete Regressionsgerade signifikant durch bricht, oder an welchem eine maximale Krümmung des Knochen markkanals 13 vorliegt. Vorteilhaft ist eine Bestimmung des Knickwinkels der asymptotischen Schenkel des Knochenmarkka nals 13. Ausgehend von dem Knickpunkt des Knochenmarkkanals 19 können entlang der Schenkel und/oder der Projektionen zu weiteren markanten Punkten die Schnittpunkte mit anderen ermittelten Linienkonturen (10) bestimmt werden. Aus den darüber bestimmten spezifischen Teilstrecken und Teilflä chen wird über geeignete Bewertungsvorschriften die Bewer tung der Schlachttierhälfte vorgenommen.

In Variante b) wird ein markantes körperseitiges Ende des Schloßknochens 20 selektiert. Die sich dadurch ergebenden Strecken und Winkel zum Knickpunkt des Knochenmarkkanals 19 und optional zur Stelle der minimalen Speckdicke 14, bzw. einer Stelle die ausgehend vom Knickpunkt des Knochenmark kanals 19 über das Lot zu diesem definiert wird, stellen spezifische Parameter zur Bewertung dar. Diese werden op tional mit weiteren Strecken oder Flächen ergänzt, die sich durch Linienkonturen 10 und/oder der Projektionen zu weite ren markanten Punkten bzw. deren Schnittpunkte definieren.

In den Weiterbildungen der Erfindung ist die Kombination einer Handelsklasseneinstufung mit einer zusätzlichen Han delswertbestimmung denkbar. Derartige Bewertungsverfahren gestatten durch die Flexibilität ihrer Modifizierung und der Ausnutzung der Möglichkeiten moderner rechnergestützter Verfahren prinzipiell einen höheren Aussagegehalt über den tatsächlichen Handelswert, welche bsw. zur besseren und ge naueren Beurteilung der Schlachtkörper verwendbar sind. Da zu bietet sich eine geeignete Kombination von Kennwerten an, die sich als spezifische Parameter aus den erfaßten Konturen des Schlachttierkörpers, der ebenfalls vorhandenen Farbinformation sowie einer zusätzlich erfaßten Masse erge ben. Denkbar sind die Vermessung zusätzlicher Strecken, Winkel und/oder Flächen zwischen festgelegten Stützpunkten oder die Bestimmung von Krümmungen. In geschlossenen Kontu ren lassen sich Flächenmaße bestimmen. Auf Basis der Far binformation können Korrelationen zur Fleischqualität her gestellt werden, indem das Fleisch in verschiedene Quali tätsstufen eingeteilt wird, bsw. in Normal, PSE (pail-soft exudative) und DFD (dark firm dry) sowie weitere Merkmale, z. B. eine verstärkte Fütterung mit Mais, erkennbar sind. Die zugehörige Bewertungsvorschrift ist, da nicht notwendig standardisiert, ständig optimierbar, was an Hand von Refe renzuntersuchungen zum tatsächlichen Handelswert des Schlachtschweines, durch Vergleich mit anderen Bewertungs verfahren usw. möglich ist. Durch den Einsatz von Methoden der KI(Künstliche Intelligenz) läßt sich diese Optimie rungsarbeit an zentraler Stelle automatisieren. Über eine Remote-Steuerung läßt sich eine neue optimierte Bewertungs vorschrift als Update am Stichtag auf alle Nutzer, auch an räumlich entfernten Orten, einfach übertragen. Ebenso ist (falls erforderlich) zur Kontrolle das Auslesen eben dieser Bewertungsvorschrift und weiterer Kennwerte vorstellbar. Falls der durch die Bildaufnahme erfaßte Bereich eine Kenn zeichnung zur Identifizierung des Schlachtschweines bein haltet, kann diese in einer zugeordneten Routine erfaßt, gelesen und gespeichert werden.

Bezugszeichen

1

optisches Bild

2

Bildbereich

3

Auswertebereich

4

Ursprungspunkt

5

heller Bildstreifen

6

rückenseitige äußere Konturgrenze

7

Bildhintergrund

8

MGM

9

Konturpunkt

10

Linienkonturen

11

Innenspeckgrenze

12

MGM/Fettgrenze

13

Knochenmarkkanal

14

minimale Speckdicke

15

Schnittpunkt mit der äußeren Konturgrenze

16

Schnittpunkt der Speck/MGM-Grenze
und der MGM/Fettgrenze

17

Lot

18

Muskeldicke

19

Knickpunkt des Knochenmarkkanals

20

körperseitige Ende des Schloßknochens

Claims

1. Verfahren zur Bewertung von Schlachttierhälften durch optische Bildverarbeitung,
bei welchem ein einzelnes, durch einen optischen Sensor aufgenommenes, optisches Bild (1) von Teilen einer Schlachttierhälfte EDV-gestützt vollautomatisch ausgewertet wird, wobei die von außen optisch zugängliche Lenden- und Schinkenregion der Schlachttierhälfte zur Bewertung verwen det wird, und wobei Linienkonturen (10),
der markante Knickpunkt des Knochenmarkkanals (19) und optional der Knickwinkel bestimmt werden und
das körperseitige Ende des Schloßknochens (20) als mar kanter Punkt selektiert wird.

2. Verfahren zur Bewertung von Schlachttierhälften durch optische Bildverarbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß vom markanten Knickpunkt des Knochenmarkkanals (19) ausgehend, entlang beider Schenkel des Knickwinkels sowie in Richtung der minimalen Speckdicke (14), Teilstrecken und Teilflächen bestimmt werden, welche sich durch derb Schnitt punkt dieser mit den Linienkonturen (10) und/oder der Projek tionen zu weiteren markanten Punkten bzw. deren Schnitt punkten ergeben.

3. Verfahren zur Bewertung von Schlachttierhälften durch optische Bildverarbeitung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß jeweils die Strecken vom körperseitigen Ende des Schloßknochens (20) zum Knickpunkt des Knochenmarkkanals (19)sowie zur Stelle der minimalen Speckdicke (14) und/oder der von den Strecken eingeschlossene Winkel bestimmt wer den, wobei optional anstatt der Stelle der minimalen Speck dicke (14) der Schnittpunkt mit der äußeren Konturgrenze (6), ausgehend vom Lot auf dem Knochenmarkkanal (13) am Knickpunkt des Knochenmarkkanals (19) verwendet wird.