DE3047490C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungsfreien Bestimmung von Qualitätsmerkmalen eines Prüfobjektes der Fleischwaren-Kategorie, insbesondere zur Ermittlung des anteiligen Fett-Fleisch-Verhältnisses einer Schlachttierhälfte, wobei das Prüfobjekt beleuchtet und dessen Bild von einer Video-Kamera erfaßt und das Fleisch- oder Fettgewebe nach Maßgabe der relativen Helligkeit der entsprechenden Gewebepartien unterschieden wird.
Ein Verfahren der genannten Gattung ist aus der UK-GB-A- 20 00 286 bekannt. Bei diesem Verfahren wird das mit einer Video-Kamera erfaßte Realbild einer Probe zur Unterscheidung von Fett und Fleisch mit einem Schwellwert digitalisiert, der dem Helligkeits-Mittelwert zwischen den hellsten und dunkelsten Bildorten entspricht. Obwohl mit dem bekannten Verfahren vielfach brauchbare Resultate erzielt werden, sind auch fehlerhafte Ergebnisse nicht auszuschließen, die insbesondere durch folgende Ursachen hervorgerufen werden:
  • - unscharfe Übergänge von Fett zu Fleisch und umgekehrt in einem breiten Spektrum von Grautönen des Realbildes,
  • - unterschiedliche Färbungen verschiedener Gewebearten beim Fleisch, beispielsweise Muskelgewebe und Bindegewebe,
  • - Verunreinigungen der Fett-Schnittflächen, beispielsweise durch mangelhaftes Ausbluten bei der Spaltung des Tierkörpers,
  • - im Lendenspeck eingelagerte, durch Schläge verursachte Blutergüsse,
  • - Verfärbungen von Hautpartien beim Abkühlen des Tierkörpers,
  • - Kamerainstabilitäten im Prozentbereich, beispielsweise bei der Blendenstellung, Verschiebung der Weißempfindichkeit durch Spannungsdekompensatioen und ähnliches,
  • - Beleuchtungsinstabilitäten,
  • - unlineares Verhalten der digitalen Bilderzeugung im Rechner.
Der Gesamteinfluß dieser Fehler führte fallweise zu Fehlern bei der Digitalisierung, wobei insbesondere in den unscharfen Übergängen von Fett auf Fleisch Fettanteile als Fleisch oder Fleischanteile als Fett wiedergegeben wurden.
Aus der DE-OS 29 39 396 ist eine Lagenabtastvorrichtung bekannt, bei welcher mittels einer Bildaufnahmevorrich­ tung ein Bild eines in einer bestimmten Lage anzuord­ nenden Gegenstandes aufgenommen und weiter verarbeitet wird. Dabei erfolgt eine Umsetzung der Bildsignale und eine Verarbeitung in einem Schwellwertrechner, wobei die so ermittleten Signale zur Durchführung einer Ver­ gleichs- oder Entscheidungsfunktion verwendet werden, um die Lage eines zu bestimmenden Objektes einem Sollwert zuordnen zu können. Das hierbei verwendete Verfahren dient dazu, ein Bild einer willkürlichen Lage eines Objektes mit einem Soll-Bild zu vergleichen, um auf diese Weise die korrekte Lage des Objektes feststellen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zur berührungsfreien Bestimmung von Qualitätsmerk­ malen eines Prüfobjekts der Fleischwaren-Kategorie zu schaffen, welches bei einfacher Durchführbarkeit unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nach­ teile eine sichere Erkennung und Unterscheidung von Fett und Fleisch ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, das aus der GB-A-20 00 286 bekannte Verfahren so zu verbessern, daß die erkannten Schwierigkeiten überwunden werden. Insbesondere sollen mit dem verbesserten Verfahren auch dann noch Unterscheidungsmerkmale für Fett und Fleisch sicher erkannt werden, wenn diese bei unscharfem Übergang von Fett zu Fleisch infolge der aufgezeigten erschwerenden Bedingungen nur undeutlich zu erkennen sind. Dabei soll die Erkennungsqualität der video-optischen Einrichtung durch das verbesserte Verfahren so weit sensibilisiert werden, daß sie in etwa der Erkennungs- und Unterscheidungsfähigkeit des menschlichen Auges entspricht. Abgesehen von den auf den Zutand der Probe zurückzuführenden Unzulänglichkeiten sollen insbesondere auch diejenigen Fehler eliminiert werden, die auf Beleuchtungsinstabilitäten sowie gegebenenfalls auf Einstellungs- oder Umsetzungsmängel der Kamera-Einrichtung zurückzuführen sind.
Die Lösung der Aufgabe gelingt unter anderem dadurch, daß das betrachtete Realbild der Probe mit einem unterscheidungstypischen Schwellwert von solcher Helligkeit digitalisiert wird, daß alle vom Schwellwert abweichenden helleren oder dunkleren Gewebepartien als weiße oder annähernd weiße Bildteile, oder als schwarze oder annähernd schwarze Bildteile dargestellt werden, und umgekehrt.
Zur Erläuterung sei an dieser Stelle ausgeführt, daß im Sinne der Erfindung unter Digitalisierung des Realbildes eine Aufbereitung der Helligkeitswerte des Bildes verstanden wird, bei der durch Festlegung einer oberen und/oder einer unteren Helligkeitsschwelle ineinander überfließende Helligkeits- oder Grauwerte an einem definierten Schwellwert gegeneinander scharf abgegrenzt werden. Es handelt sich also um eine Aufbereitung des Realbildes, das sich ursprünglich aus einer analogen Folge von Grauwerten eines Grauwert-Spektrums, von hell bis dunkel zusammensetzt, zu einer binären Bildaussage, bei der alle Helligkeitswerte unterhalb einer willkürlich festgelegten Helligkeitsschwelle als schwarz, oder im Umkehrverfahren als weiß, und alle Helligkeitswerte oberhalb der Helligkeitsschwelle als weiß, bzw. im Umkehrverfahren als schwarz erscheinen. Das digitalisierte Bild enthält in letzter Konsequenz keine Grautöne mehr, sondern nur schwarze oder weiße Bildteile.
Mit der Erfindung ergibt sich demnach der Vorteil, daß durch die Einführung eines unterscheidungstypischen, für jede betrachtete Probe anderen Schwellwertes, die Trenngrenze zur exakten Erkennung der zu unterscheidenden Gewebetypen an einen solchen Helligkeitspegel gelegt wird, der auch unter gungünstigen Verhältnissen noch erkennbare Merkmale für diese Gewebetypen ergibt.
Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß der unterscheidungstypische Schwellwert so gewählt ist, daß alle helleren Gewebepartien dem Fettgewebe, und alle dunkleren Gewebepartien dem Fleischgewebe zugeordnet sind.
Damit ergibt sich der Vorteil, daß insbesondere durch die genannten, der Probe zuzuordnenden Unschärfen wie Verunreinigungen der Fettschnittflächen durch Blut oder Blutergüsse im Lendenspeck oder unterschiedliche Helligkeitswerte im Fleisch etc. nicht mehr zu Auswertungsfehlern führen, da mit dem unterscheidungstypischen Schwellwert eine richtige Digitalisierung zur scharfen Kontrastierung auch dieser an sich unscharfen Proben-Partien aus den Grauzonen heraus ermöglicht wird. Desgleichen werden Beleuchtungsinstabilitäten oder Sensibilitäts-Verschiebungen in der Kamera und im Übertragungssystem kompensiert.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ermittlung des unterscheidungstypischen Schwellwertes in folgenden Schritten durchgeführt wird:
  • (a) Die Probe wird gegen einen dunklen Hintergrund mit einer Schwarz-Weiß-Kamera zeilen- und bildweise optisch abgetastet und eine dabei scharf hervortretende Kontur am Helligkeitsübergang Hintergrund/Probe als Sprungfunktion in einem Helligkeits/Bildort-Y/X- Diagramm parallel zur Helligkeits-Y-Achse aufgezeichnet und/oder abgespeichert.
  • (b) Aus den Bildanteilen zu beiden Seiten der Sprungfunktion werden Helligkeitswerte der hellsten Partie "P h" und der dunkelsten Partie "P d " ermittelt, und in Zahlenwerte entsprechend der Helligkeitsskala an der Y-Achse umgerechnet, aus welchen ein erster Schwellwert der Helligkeit "S l " nach der Formel S l = 0,5 × (P h + P d )errechnet wird.
  • (c) Der errechnete erste Schwellwert S l wird so weit in Richtung steigender Helligkeit an der Y-Achse nach oben verschoben, bis die Sprungfunktion durch Neigung aus der Senkrechten in eine endliche Funktion y = n x übergeht.
  • (d) Mit dem dabei ermittelten neuen Schwellwert der Helligkeit "S y " wird das Realbild zum Schwarz-Weiß-Bild digitalisiert.
Durch die erfindungsgemäße Ermittlung des unterscheidungstypischen Schwellwertes wird die Unterscheidungsgrenze der verschiedenen Gewebetypen an denjenigen Helligkeitshorizont gehoben, von dem aus mit Sicherheit und unter Vermeidung der vorgängig genannten Fehlerquellen eine kontrastscharfe Unterscheidung der einzelnen Gewebepartien möglich ist.
Dabei kann so vorgegangen werden, daß die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Verstellung der Blende der Kamera in Schließrichtung vorgenommen wird. Dadurch wird der Unschärfe-Bereich innerhalb der Grauzonen durch Verdunkelung solcher Grauzonen in die helleren Partien verlagert.
Die gleiche Wirkung wird erreicht, indem die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch entsprechende Spannungsveränderungen im Komparator der Video-Kamera vorgenommen wird und schließlich kann eine gleiche Wirkung bei der Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Verringerung der Beleuchtungsintensität des betrachteten Bildes vorgenommen werden.
Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung anhand von Systemdarstellungen in der Figur näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Realbild der Video-Kamera vom Lendenspeck einer Schlachttierhälfte, stark vereinfacht,
Fig. 2 das Helligkeitsprofil an der Schnittlinie III- III in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt stark vereinfacht das Realbild 1 der Lendenpartie einer Schlachttierhälfte mi der Lendenspeckschicht 2, einer etwas dunkleren Fettgewebeschicht 4 und dazwischen eingeschlossen eine Partie Muskelfleisch 3. Die Darstellung des Realbildes 1 erfolgt gegen einen dunklen Hintergrund 7, gegenüber dem die Körperkante 6 des Realbildes 1 an der Grenze der Speckschicht 2 scharf profiliert hervortritt. Eine zweite Kontur 5 ergibt sich an der Grenzlinie zwischen Speck 2 und Fleisch 3 einerseits und Speck 2 und fettdurchsetztem Gewebe 4 andererseits.
Fig. 2 zeigt das Helligkeitsprofil an der Schnittlinie III -III in Fig. 1. Darin bezeichnet Y 1 den unteren Helligkeitswert als Produkt vom Dunkelton des Hintergrundes 7 und dem sogenannten Dunkelstrom der Kamera. An der Körperkante 6 ergibt sich zwischen dem dunklen Hintergrund 7 und der Lendenspeckschicht 2 eine Sprungfunktion "F" im Helligkeitsverlauf, womit die Körperkante 6 vom Kameraobjektiv scharf am dunklen Hintergrund 7 abgebildet wird. Dabei hat zwar die Flanke der Kontur an der Körperkante 6 eine aus Bandbreite und Bildschärfe zusammengesetzten endlichen Anstieg diese ist jedoch so gering, daß er bei der Bildauswertgung keine Rolle spielt. Wenn daher die Kontur an der Körperkante 6 mit dem Schwellwert S 1 nach der Formel
S 1 = 0,5 × (Y 1 + Y 2)
gebildet wird, so würde sich zwar für die hell/dunkel-Übergänge der Körperkante 6 am dunklen Hintergrund 7 eine scharfe Unterscheidungslinie ergeben, nicht aber für die Bereiche unscharfer Grautöne beispielsweise bei Übergängen von helleren Fleischpartien in verunreinigte Fettgewebepartien. Deshalb wird nun der ursprüngliche Schwellwert S 1 durch die mit der Erfindung offenbarten Maßnahmen der Verschiebung in Richtung steigender Helligkeit, das heißt, in Fig. 2 in Richtung des Pfeiles der Y-Achse nach oben verschoben, und zwar so weit, bis bei dem Schwellwert S 2 die Sprungfunktion in eine Neigung übergeht, und sich mit einer leichten Verrundung im Helligkeitsverlauf parallel nach rechts in X-Richtung zu verschieben beginnt. Dies ist das Indiz dafür, daß der unterscheidungstypische Schwellwert S 2 erreicht ist, bei dem auch die mit einem breiten, verwaschenen Spektrum von Grautönen ineinander übergehende Grenzlinie 5′ relativ scharf abgebildet wird.
Wenn nunmehr das Realbild 1 mit dem neu gewonnenen, unterscheidungstypischen Schwellwert S 2 digitalisiert wird, erscheinen alle dunkleren z. B. auch Grautöne schwarz und alle helleren z. B. auch Grautöne weiß, bzw. beim Umkehrverfahren alle helleren Töne schwarz und alle dunkleren Töne weiß. Bei dieser Schwellwertbildung werden demnach alle anfangs erwähnten, derzeit bekannten Fehlerursachen eliminiert. Auch Fehleinstellungen des Kamera-Helligkeits-Sensibilitätspegels oder die Beleuchtungsintensität können keinen Einfluß mehr auf die Kontrastschärfe des Bildes haben, da das Verfahren mit dem unterscheidungstypischen Schwellwert S 2 entweder richtige oder keine Bildinformationen liefert.

Claims (4)

1. Verfahren zur berührungsfreien Bestimmung von Qualitätsmerkmalen eines Prüfobjektes der Fleisch­ waren-Kategorie, insbesondere zur Ermittlung des anteiligen Fett-Fleisch-Verhältnisses einer Schicht­ tierhälfte, wobei das Prüfobjekt beleuchtet und dessen Bild von einer Video-Kamera erfaßt und das Fleisch- oder Fettgewebe nach Maßgabe der relativen Helligkeit der entsprechenden Gewebepartien unter­ schieden wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das betrachtete Realbild der Probe mit einem unter­ scheidungstypischen Schwellwert von solcher Hellig­ keit digitalisiert wird, daß alle vom Schwellwert abweichenden helleren oder dunkleren Gewebepartien entweder als weiße oder annähernd weiße Bildteile oder als schwarze oder annähernd schwarze Bildteile dargestellt werden und umgekehrt,
daß der unterscheidungstypische Schwellwert so gewählt wird, daß alle helleren Gewebepartien dem Fettgewebe und alle dunkleren Gewebepartien dem Fleischgewebe zugeordnet sind und
daß zur Ermittlung des unterscheidungstypischen Schwellwertes
  • a) die Probe gegen einen dunklen Hinter­ grund mit einer Schwarz-Weiß-Kamera zeilen- und bildweise optisch abgetastet wird und eine dabei scharf hervortretende Kontur am Helligkeitsübergang Hintergrund/Probe als Sprungfunktion in einem Helligkeits/Bildort-Y/X-Diagramm parallel zur Helligkeits-Y-Achse aufgezeichnet und/oder abge­ speichert wird,
  • b) aus den Bildanteilen zu beiden Seiten der Sprung­ funktion Helligkeitswerte der hellsten Partie "P h " und der dunkelsten Partie "P d " ermittelt und in Zahlenwerte entsprechend der Helligkeitsskala an der Y-Achse umgerechnet werden, aus welchen ein erster Schwellwert der Helligkeit "S 1" nach der Formel S 1 = 0,5 × (P h + P d )errechnet wird,
  • c) der errechnete erste Schwellwert S 1 so weit in Richtung steigender Helligkeit an der Y-Achse nach oben verschoben wird, bis die Sprungfunktion durch Neigung aus der Senkrechten in eine endliche Funktion y = n x übergeht, und mit dem dabei ermittelten neuen Schwellwert der Helligkeit "S y " das Realbild zum Schwarz-Weiß-Bild digitalisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Verstellung der Blende der Kamera in Schließrichtung vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Spannungs­ veränderung im Komparator der Video-Kamera vorge­ nommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Schwell­ wertes in Richtung steigender Helligkeit durch Ver­ ringerung der Beleuchtungsintensität des betrach­ teten Bildes vorgenommen wird.
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