JP2020038077A - 骨検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象の食肉や魚肉を変更する場合であっても容易に骨や軟骨を検出することの可能な骨検査装置を提供する。【解決手段】検査対象物Ｍとしての食肉又は魚肉に励起光を照射する励起光源２と、励起光が照射されることにより検査対象物Ｍから発せられる蛍光を分光してスペクトルキューブデータを取得し画像メモリ装置４に格納するイメージング分光カメラ３と、画像メモリ装置４に記憶されたスペクトルキューブデータから測定点における分光スペクトルの特徴量を抽出するスペクトル解析装置５と、骨又は軟骨から発せられる蛍光のスペクトルキューブデータから取得した特徴量を照合用の特徴量とし、照合用の特徴量と、スペクトル解析装置５で抽出したスペクトルキューブデータの特徴量と、を照合してスペクトル解析装置５で抽出した特徴量に対応する測定点の成分を判定する判定処理装置６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、骨検査装置に関する。

近年、食品衛生上の観点や、製品品質向上の観点から、食肉内に混入して食肉製品の品質や商品価値を著しく低下させる骨や軟骨を検出する必要性が高まっている。
例えば、食肉に混入する異物の検出装置に関して言及すると、従来、主にＸ線を利用した異物検出器や金属探知機等が開発され利用されている。しかしながら、金属探知機では、金属以外の異物を検出することは不可能である。一方、Ｘ線異物検出機を用いた場合、食品よりも比較的密度の大きい異物であれば金属以外であっても、検出することができる。しかしながら、食肉に含まれる軟骨、硬骨は、密度が低く、Ｘ線異物検出機では検出されないことが多い。

このような現状においては、食肉内における軟骨、硬骨の検査は人による目視検査が主流となっている。しかしながら、このような目視による検査方法にあっては、搬送ライン上を移動する食肉等を目視で検査することになる。そのため、過酷な作業条件の改善が人為的な見落としの防止の観点から望まれており、また、判別困難な骨や軟骨の検出精度向上等も大きな問題となっていた。
一方、食品内のプラスチックや毛髪等、食品の密度に近い異物を検査する方法が知られている。例えば、検査対象物の蛍光波長を利用して異物検出を行う方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。この検査方法の場合、検査対象物に１条件又は２条件の励起条件にて波長の異なる励起光を検査対象に照射し、検査対象物からの蛍光を特定の２条件の蛍光波長のバンドパスフィルタで検出し、検出した２条件の画像の強度比や強度差等の特性から、異物を検出するようにした装置が提案されている。

特開２００４−２７９２７３号公報

上述のように、食品内の異物を検出する装置の開発が試みられているが、実際のところ、２波長比、又は２波長差では、ある特定の異物検出のみに特化してしまい、例えば食肉、魚肉等といった検査対象物が変わるたびに、装置に取り付けられるバンドパスフィルタを交換する必要がある。そのため、検査対象物としての食肉又は魚肉を変更する場合等であっても、骨又は軟骨を、容易に検出することの可能な骨検査装置が望まれていた。
そこで、本発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、検査対象の食肉又は魚肉の種類を変更する場合であっても容易に検出を行うことの可能な骨検査装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、検査対象物としての食肉又は魚肉に励起光を照射する励起光源と、励起光が照射されることにより検査対象物から発せられる蛍光を分光して検査対象物上の複数の測定点における分光スペクトルであるスペクトルキューブデータを取得し記憶部に格納するデータ取得部と、記憶部に記憶されたスペクトルキューブデータから測定点における分光スペクトルの特徴量を抽出するスペクトル解析装置と、照合用の食肉又は魚肉中の骨又は軟骨から発せられる蛍光のスペクトルキューブデータから予め取得した特徴量を照合用の特徴量とし、照合用の特徴量と、スペクトル解析装置で抽出したスペクトルキューブデータの特徴量と、を照合してスペクトル解析装置で抽出した特徴量に対応する測定点の成分を判定する判定処理部と、を備える骨検査装置、が提供される。

本発明の一態様によれば、検査対象の食肉又は魚肉の種類を変更する場合であっても容易に骨検出を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る骨検査装置の一例を示す構成図である。 検査対象物の一例である。 図２の測定点Ｘにおける蛍光スペクトルの一例である。 軟骨、赤身及び脂の蛍光強度比の一例である。 判定処理時の処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一実施形態に係る骨検査装置の一例を示す構成図である。なお、ここでは、検査対象物として牛、豚、鶏等の食肉を適用し、軟骨や硬骨といった骨類の有無を検査する場合について説明する。なお、励起光を照射することにより発せられる蛍光の特徴量から、検査対象物に含まれる骨又は軟骨を識別することができれば、検査対象物は魚肉であってもよい。
骨検査装置１は、検査対象物Ｍとしての食肉又は魚肉に紫外線又は可視光からなる特定の励起波長の光を照射する励起光源２と、励起光源２により励起された光を分光し撮像するイメージング分光カメラ（データ取得部）３と、画像メモリ装置（記憶部）４と、スペクトル解析装置５と、判定処理装置（判定処理部）６と、データベース作成装置７と、スペクトル特徴量データ記憶装置８と、表示装置９とを備える。画像メモリ装置４、スペクトル解析装置５、判定処理装置６、データベース作成装置７、スペクトル特徴量データ記憶装置８及び表示装置９は、例えば、入力装置、表示装置、記憶装置を備えた一台のパーソナルコンピュータで構成される。

検査対象物Ｍは、例えば、ベルトコンベア等の搬送装置１１によって所定の搬送速度で搬送される。励起光源２が搬送装置１１上の所定の領域を照射することによって、搬送装置１１により搬送される検査対象物Ｍに対して光照射が行われ、励起光源２の照射領域を検査対象物Ｍが通過することによって、検査対象物Ｍ全体に光照射が行われるようになっている。励起光源２の波長は、検出すべき骨や軟骨の検出に適した値に設定され、例えば２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の値に設定される。また、搬送装置１１の、骨検査装置１の上流側には、搬送装置１１のライン上の検査対象物Ｍの表面の氷や水滴等を除去するためのブラシやエアー吐出機構等で構成される表面清浄化装置１２が設けられている。この表面清浄化装置１２を設けることによって、氷や水滴等によるスペクトル特徴量への影響を抑制することができ、より高精度に照合を行うことができる。なお、表面清浄化装置１２は、検査対象物Ｍにおいて、励起光源２により励起された光をイメージング分光カメラ３において撮像する前の時点で、検査対象物Ｍの表面の氷等を除去することの可能な位置に設けられていればよい。

励起光源２及びイメージング分光カメラ３、また搬送装置１１、表面清浄化装置１２は、暗箱１３内に収納される。搬送装置１１により搬送される検査対象物Ｍに対する検査は、暗箱１３内において実行される。暗箱１３内において検査を行うことによって、外乱光によるスペクトル特徴量への影響を抑制することができ、より高精度に照合を行うことができる。なお、搬送装置１１は全体が収納されている必要はなく、少なくとも、表面清浄化装置１２及び励起光源２の配置位置近傍の部分、つまり、スペクトル特徴量に影響を与える外乱光を遮断する必要のある部分のみ収納されていればよい。

イメージング分光カメラ３は、搬送装置１１上の、励起光源２により照射される範囲を撮像範囲に含むように配置される。イメージング分光カメラ３は、励起光源２の照射により励起された検査対象物Ｍから発せられる蛍光をレンズ及びスリットにより線状に集光し、一次元方向に位置情報、他の一次元方向に分光情報となるように分光し、二次元カメラで撮像する。この撮像された画像は、各測定点での分光スペクトルの集合であり、それぞれの分光スペクトルは検査対象物Ｍの各測定点での蛍光発光の波長情報を含む波形を示す。つまり、搬送装置１１を稼働させた状態でイメージング分光カメラ３によって撮像することによって、検査対象物Ｍの二次元画像に、各測定点でのスペクトル軸が加わったスペクトルキューブデータを得ることができる。イメージング分光カメラ３で撮像されたスペクトルキューブデータは、画像メモリ装置４に格納される。

例えば、図２に示す検査対象物Ｍとしての食肉において、測定点Ｘにおける蛍光スペクトルは図３に示すような波形を示す。なお、図３において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は蛍光強度である。例えば、食肉の場合、骨や軟骨に紫外線を照射すると、蛍光発光し可視光として現れる。例えば、軟骨に紫外線照射を行った場合、図３に示すように、３９０ｎｍ程度の波長の光が強く、５３０ｎｍ程度の波長の光は弱いという特性を有する蛍光となる。また、筋や脂部分は、軟骨に紫外線照射を行った場合とは異なる特性を有する蛍光となる。したがって、検査対象物Ｍの既知の成分のスペクトル特性と、検査対象物Ｍの任意の測定点におけるスペクトル特性とを照合することによって、測定点の成分、つまり、食肉の場合には、軟骨、筋、赤身等といった部位を特定することができる。

スペクトル解析装置５は、画像メモリ装置４に格納されたスペクトルキューブデータに対してスペクトル解析を行い、所定の特徴量を抽出する。スペクトル解析における特徴量とはスペクトル特性を表す情報であって、例えば、特定波長における蛍光強度、特定の２波長の蛍光強度の比、特定の２波長の蛍光強度の差、特定波長領域におけるスペクトル強度面積、主成分分析などを初めとした多変量解析結果等である。スペクトル解析装置５は、抽出した特徴量を、所定の記憶領域に一時的に記憶する。

図４は、検査対象物Ｍとしての食肉の部位（軟骨、筋、赤身等）毎の蛍光スペクトルにおいて、５２５ｎｍ以上５４９ｎｍ以下の平均蛍光強度を「１」として、スペクトルを規格化した場合の、３９０ｎｍの蛍光強度比を示すものである。なお、図４において、実際に検出したい物体は食肉内の軟骨である。
図４から、正常部である赤身及び脂と比較して、軟骨は３９０ｎｍの蛍光強度比が大きいことがわかる。つまり、検査対象物Ｍの二次元画像において、３９０ｎｍにおける蛍光強度比が大きい箇所は、軟骨であるとみなすことができ、すなわち、検査対象物Ｍ中の軟骨を検出することができることになる。

判定処理装置６は、スペクトル特徴量データ記憶装置８に予め格納されている検査対象物Ｍの各成分又は異物のスペクトル解析における照合用の特徴量を、データベース作成装置７を介して取得し、スペクトル解析装置５で抽出した、スペクトル解析による特徴量と照合することにより、検査対象物Ｍに含まれる異物の判定を行う。また、判定処理装置６は、その判定結果を表示装置９に表示する。

データベース作成装置７は、照合用の特徴量、つまり、検査対象物Ｍの各成分のスペクトル特性を示す特徴量、また骨及び軟骨のスペクトル特性を示す特徴量を照合用の特徴量として、検査対象物Ｍの各成分を特定する情報、また、骨及び軟骨を特定する情報と対応付けてデータベースを作成し、これをスペクトル特徴量データ記憶装置８に格納する。データベース作成装置７では、例えば成分が既知の検査対象物Ｍの各成分の位置と、この成分が既知の検査対象物Ｍに対して紫外線を照射したときに得られる蛍光のスペクトル特徴量とを対応付けてデータベースを作成する。同様に、骨及び軟骨と、骨及び軟骨に対して紫外線を照射したときにえられる蛍光のスペクトル特徴量とを対応付けてデータベースを作成する。作成した、検査対象物Ｍの各成分、また、骨及び軟骨のスペクトル特徴量からなるデータベースは、スペクトル特徴量データ記憶装置８に記憶される。
データベース作成装置７は、判定処理装置６からの指示に応じてスペクトル特徴量データ記憶装置８に格納されたスペクトル特徴量、つまり照合用の特徴量を読み出し、判定処理装置６に出力する。

なお、例えば、同一のブロック肉から切り出した薄切り肉に対して検査を行う場合には、ブロック肉から切り出した薄切り肉の一部を検査対象物Ｍとして励起光を照射すると共に、蛍光が生じた測定点の成分を例えば目視により検出してデータベースを作成する。さらに、作成したデータベースをもとに照合用の特徴量を作成し、この特徴量を利用して、同一のブロック肉から切り出した他の薄切り肉に対する検査を行えばよい。つまり、同一のブロック肉から切り出した薄切り肉は、同等の特性を有すると予測されることから、より高精度に検査を行うことができる。
このような骨検査装置１において、検査対象物の異物判定を行う場合には、検出したい部位、この場合には、骨又は軟骨に対応する照合用の特徴量を、スペクトル特徴量データベースから決定し、照合用の特徴量に基づいた異物判定機能に、新規に測定された検査対象物Ｍから得られた特徴量を入力することで、異物判定を行う方法を用いて行う。

なお、スペクトル解析装置５でのスペクトル解析は、イメージング分光カメラ３で撮像される毎に行うようにしてもよく、また検査対象物Ｍに対する一連の撮像が終了した後に、画像メモリ装置４に格納されている一連のスペクトルキューブデータに対してスペクトル解析を行うようにしてもよい。同様に、判定処理装置６では、スペクトル解析装置５でのスペクトル解析が行われる毎に判定処理を行うようにしてもよく、検査対象物Ｍに対する一連のスペクトル解析が終了した後に、所定の記憶領域に一時記憶されているスペクトル解析結果、すなわちスペクトル特徴量データに対して一括して判定処理を行うようにしてもよい。また、判定処理装置６での判定結果は、判定を行う毎に表示するようにしてもよく、一連の検査対象物Ｍに対する判定処理が終了する毎に表示するようにしてもよい。

図５は、判定処理装置６における、判定処理時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
まず、判定処理装置６では、照合用の特徴量を決定する（ステップＳ１）。具体的には、検査対象物Ｍに含まれると予測される各成分の特徴量と、検査対象物Ｍから検出すべき骨又は軟骨の特徴量とを決定し、これを照合用の特徴量とする。例えば、スペクトル特徴量のデータベースに格納されている検査対象物Ｍに含まれると予測される既知の成分の特徴量と、検査対象物Ｍから検出すべき骨又は軟骨の特徴量との一覧を表示装置９に表示し、利用者が、所望の成分と、骨又は軟骨の特徴量とを選択することで、決定する。

次いで、ステップＳ２に移行し、ステップＳ１で設定した特徴量を照合用の特徴量とする。また、スペクトル解析装置５で抽出し所定の記憶領域に一時記憶されているスペクトル解析により得た特徴量を判定対象の特徴量とする。そして、照合用の特徴量と判定対象の特徴量とを比較することによって判定を行う。そして、判定結果を表示装置９に表示し、例えば、照合の結果一致しないと判定された測定点の位置を明示する等の処理を行う（ステップＳ３）。これにより、検査対象物Ｍに対する判定処理が終了する。
このように、本実施形態における骨検査装置１では、検査対象物Ｍの蛍光の分光スペクトルを取得し、各測定点のスペクトルの特徴量を照合することによって、測定点の成分を特定することができる。そのため、検査対象物Ｍが食肉の場合、軟骨を示す特徴量と照合することで、食肉に混入している軟骨を検出することができる。そのため、目視検査を行う場合に比較して、検査に要する負荷を大幅に削減することができると共に、検出精度を向上させることができる。

また、検査対象物Ｍが食肉とは異なる別の食品、例えば魚肉の場合、食品に含まれる骨又は軟骨等の成分に応じてスペクトル特徴量が異なるが、スペクトル特徴量を分光スペクトルから得るようにしているため、検査対象物Ｍを他の食品に変更した場合であっても、判定処理装置６での判定処理に用いるスペクトル特徴量、つまり照合用の特徴量を変更するだけで容易に対応することができる。つまり、例えば従来のようにバンドパスフィルタ等といった構成部品の変更を伴うことなく実現することができ、その結果、骨検査装置１の汎用性を向上させることができる。

また、搬送装置１１の上流側に、表面清浄化装置１２を設けている。ここで、特に冷凍の食肉には、氷や水が付着しやすく、このように、氷や水が付着した状態で、光照射を行うと、目的とする分光スペクトルを得ることが困難となり、骨や軟骨の検出精度が低下する可能性がある。
本実施形態における骨検査装置１では、表面清浄化装置１２を設け、検査対象物Ｍの表面の水や氷をブラシやエアー等によって除去した後、光照射を行っているため、水や氷等の影響を受けない分光スペクトルを取得することができる。すなわち、水や氷等によって骨検査装置１の検出精度が低下することを回避することができる。

なお、上記実施形態において、搬送装置１１の、骨検査装置１の下流側に、搬送装置１１のライン上の検査対象物Ｍをラインから取り除くための除去装置を設け、骨検査装置１において骨又は軟骨として判定がなされたときには、この骨又は軟骨としての判定がなされた測定点を含む検査対象物Ｍを、自動的にラインから取り除くように構成してもよい。
また、上記実施形態においては、搬送装置１１により、ライン上の検査対象物Ｍを搬送する場合について説明したが、これに限るものではなく、励起光源２による励起光を移動させることで、検査対象物Ｍ全体に励起光を照射するように構成することもできる。

また、上記実施形態においては、検査対象物Ｍとして、牛、豚、鶏等の薄切り肉を適用する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、検査対象物Ｍとして魚肉を適用することもできる。例えば、検査対象物Ｍとして魚肉フレークを適用し、魚肉フレーク中に含まれる骨等を検出するようにしてもよい。また、牛、豚、鶏等に限るものではなく、鹿、熊、猪、鯨、アザラシ、等といった、食用の動物等において骨や軟骨の有無を検査することも可能である。要は、励起光を照射することにより蛍光発光し、蛍光の特性の違いから、検査対象物Ｍ中に含まれる骨又は軟骨の成分を識別することができれば適用することができる。

また、上記実施形態においては、骨検査装置１において、データベース作成装置７によって、データベースを作成する場合について説明したが、予め別の骨検査装置を用いてデータベースを作成しておき、実際に検査対象物Ｍに対して検査を行う骨検査装置１では、この他の骨検査装置で作成したデータベースをもとに、判定処理を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、暗箱１３を設け、暗箱１３内において、スペクトルキューブデータを取得する場合について説明したが、これに限るものではない。暗箱１３を設ける代りに、暗室でスペクトルキューブデータを取得するようにしてもよい。

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

１ 骨検査装置
２ 励起光源
３ イメージング分光カメラ
４ 画像メモリ装置
５ スペクトル解析装置
６ 判定処理装置
７ データベース作成装置
８ スペクトル特徴量データ記憶装置
９ 表示装置
１２ 表面清浄化装置
１３ 暗箱

Claims (4)

1. 検査対象物としての食肉又は魚肉に励起光を照射する励起光源と、
   前記励起光が照射されることにより前記検査対象物から発せられる蛍光を分光して前記検査対象物上の複数の測定点における分光スペクトルであるスペクトルキューブデータを取得し記憶部に格納するデータ取得部と、
   前記記憶部に記憶された前記スペクトルキューブデータから前記測定点における前記分光スペクトルの特徴量を抽出するスペクトル解析装置と、
   照合用の食肉又は魚肉中の骨又は軟骨から発せられる前記蛍光の前記スペクトルキューブデータから予め取得した前記特徴量を照合用の特徴量とし、当該照合用の特徴量と、前記スペクトル解析装置で抽出した前記スペクトルキューブデータの前記特徴量と、を照合して前記スペクトル解析装置で抽出した前記特徴量に対応する測定点の成分を判定する判定処理部と、
   を備えることを特徴とする骨検査装置。
2. 前記データ取得部は、
   前記検査対象物から発せられる蛍光を線状領域毎に入射し、入射光をその位置情報を保持しながら分光する分光器を含むことを特徴とする請求項１に記載の骨検査装置。
3. 前記検査対象物に含まれる前記骨又は軟骨を特定する情報と、前記検査対象物の前記骨又は軟骨から発せられる蛍光を分光して得られる前記スペクトルキューブデータとを対応付けたデータベースを作成するデータベース作成装置を備え、
   前記判定処理部は、前記データベースから前記特徴量を抽出し、当該特徴量を前記照合用の特徴量として前記測定点の成分を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の骨検査装置。
4. 前記データ取得部で前記スペクトルキューブデータが取得される前に、前記検査対象物の表面の付着物を除去する表面清浄化装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の骨検査装置。