JP4632448B2 - ベーカリー製品の切片面解析装置 - Google Patents

Description

本発明は、パン等のクラムの気泡構造を切片面の画像により解析する装置、及び該装置により得られたデータに基づくベーカリー製品の評価方法に関する。

パン等のベーカリー製品の品質は、クラムの気泡構造によるところが大きく、気泡の大きさ、大きさの分布、膜厚はパンの食感に大きく作用し、また、気泡の縦横比、軸配向性は、原材料の性質や製パン工程により変化するといわれている。従来はベーカリー製品の品質評価は、製品の切片面についてクラムの気泡を形成していた凹部（以下気泡凹部という。）を視認により判別していたが、客観性が充分に担保されてはいなかった。このため試料表面を、スキャナやコピー機を用いた画像解析により処理することも多くみられた（例えば非特許文献１を参照。）。

しかしクラムの切片面は明度、彩度がほぼ均一なために、スキャナやコピー機を用いた画像解析による場合は、気泡凹部の深度方向が平面として認識され、充分な解析を行うことは不可能であった。また照明用光源を一方向から照射する場合は、影の方向が切片に対して片側のみにしか出来ず、気泡凹部の大きさ等を認識することが難しく、また光線の方向によって結果が異なるという問題点があった。

さらに従来の画像解析法では、画像の撮影、取り込み、画像の変換処理、データ演算、結果表示、評価等が、すべて独立した別々のハード、ソフトウェアで行われてきたが、その操作は煩雑で、使用者はコンピューターの処理、操作に精通している必要があり、また、システムの構築、維持にも大きな労力を要した。そのためその撮影画像から気泡構造を読み取り、数値化することは困難で、従来からの人間の視覚による評価法に依存しているため、客観的に数値化されたデータによる評価法は確立されていなかった。

三浦 靖 他著「Ｐａｉｎ 第7号VOL,47」 31頁〜35頁、２０００年7月発行、日本パン技術研究所出版

本発明は、ベーカリー製品のクラムの気泡構造を切片面の画像により解析する装置、及び該装置により得られたデータに基づくベーカリー製品の評価方法を提供することを課題とする。

＜1＞ 本発明は、ベーカリー製品の切片面の解析において、試料の水平面から一定の角度をなし、かつ試料の１点から等距離上を円運動する回転光源と、前記試料の１点から垂直軸上に設置されたカメラを有し、前記回転光源とカメラが外光の遮断された容器に収められた切片面解析装置である。
＜２＞ 更に本発明は、前記切片面解析装置を用いた、ベーカリー製品の気泡の解析方法、及び該解析方法により得られた気泡のデータを用いたベーカリー製品の品質評価方法である。

本発明により、パンのような明度及び色相の一様な切片面の気泡凹部の構造を、高いコントラストで識別することができ、本発明により得られたデータから、ベーカリー製品の品質を客観的に評価することができる。

本発明は、試料の水平面から一定の角度をなし、かつ試料の１点から等距離上を円運動する回転光源と、前記試料の１点から垂直軸上に設置されたカメラを有し、前記回転光源とカメラが外光の遮断された容器に収められた切片面構造解析装置、及び該装置を用いた、ベーカリー製品の気泡の解析方法、及び該解析方法により得られた気泡のデータを用いたベーカリー製品の品質評価方法である。以下本発明の詳細を図に基づき説明する。

図１は、本発明の解析装置の構造概念図である。図１において、１は光源を、３は光ファイバーを、５は光源レンズ群を、７は転射ミラーを、９は投射ミラーを、１１はカメラを、１３は試料台を、１５は試料をそれぞれ示す。

前記において、光源レンズ群５、転射ミラー７、投射ミラー９により、本発明の回転光源が構成される。少なくとも該回転光源およびカメラよりなる光学コンポーネントは、図に示さない外光が遮断された容器内に収められる。

前記光源１は、明度、彩度の再現性を確保するために、白色光源が好ましく、高演色光源がより好ましく、中でも色評価用基準光源が特に好ましい。又、前記光ファイバー３は、可視光領域で透過性の均一なものが好ましく、さらに伝送損失の小さい材質がより好ましい。

前記光源レンズ群５は、前記光ファイバー３により送られた光を、平行光または平行光に近い状態にするため、集光レンズ、コリメーターレンズ等により構成される。更に該光源レンズ群は、照射光の色むらを防止するために、屈折率の波長依存性の小さいものが好ましい。

前記転射ミラー７は、前記光源レンズ群５からの光を、後記の投射ミラー９に転射するが、演色性を確保するため、可視光領域での反射率が均一であることが好ましい。前記投射ミラー９は、転射ミラー７からの光を反射して、試料水平面に対し３０〜６０度、より好ましくは４０〜５０度の角度から照射するが、前記転射ミラー７と同様に可視光領域での反射率が均一であることが好ましい。投射ミラーから照射される光は、半影を生じず、散乱が少ない平行光が好ましく、そのため光源レンズ群５からの光は、平行光または平行光に近い状態とすることが好ましい。

前記投射ミラーと転射ミラーとは一体となって、試料の１点の垂直軸を中心軸として回転する。回転機構は図に示さないが、試料の水平面に対し常に一定の角度からの照明を照射すると共に、撮影像のブレを防止するために、高精度かつ振動せずに回転運動が行える必要がある。そのため該回転機構は、回転部分の質量中心が回転軸におかれ、高精度のベアリングが用いられる。

前記光源レンズ群、転射ミラー、投射ミラー、カメラ等よりなる光学コンポーネントは、撮影中は相互間の位置変動が解像度以下である必要があり、光学コンポーネントの相対位置のずれを防止するために、構造全体において十分な剛性強度を有する必要がある。また前記試料台１３は、水平に維持される。

前記投射ミラーからの照射により、試料表面の気泡凹部内に影を生じる。前記投射ミラーからの照射光が平行光であるために、半影を生じず、散乱が少ないシャープな影を得ることが出来る。該投射ミラーを試料の１点から等距離でかつ水平面から一定の角度を保ったまま回転させることにより、試料表面の気泡凹部には、周囲の凹部壁に投影された影が順次出来る。

前記カメラ１１は、試料の１点の垂直線上に設置し、前記投射ミラー９が一周する間、順次複数枚の画像を取り込む。これにより、投射ミラー９の移動と共に、刻々と変化する凹部壁に投影された影を捉える。該カメラは複数枚の画像を連続して撮影するために、動画用であることが好ましい。更に、撮影環境の変化に対し安定した再現性のある画像を得るために、工業用の高解像度カメラがより好ましく、また試料面の明度の大小を判別する目的に限定すれば、モノクロカメラが後の画像データ処理の容易という点でさらに好ましい。

前記カメラにより撮られた画像は、各画素に展開し、各画素は撮られた画像のうち最も輝度の低い画像のデータを取り込む最小輝度ピーク処理をして、１枚の画像を合成する。試料表面部分は常に明るいために、全ての画像においてほぼ最高輝度値になるが、気泡凹部は光源が１周する間に暗くなるときがあるため、前記最小輝度ピーク処理により、気泡凹部は暗部として可視化することができる。

前記画像データの入出力は、パソコンのキー操作により、光源の位置制御シーケンス及び画像の連続取り込みを行う。またこのときに、装置のキャリブレーションのためのグレースケール、標準カラーチャートなどの基準画像を同時に取り込む。取り込んだデータは前記基準画像をもとに明度を調整し、前記最小輝度ピーク処理をした後、１枚の画像データとして保存する（図２）。

前記画像データについて、ベーカリー製品の気泡凹部の平均面積、その分布、平均膜厚、膜厚分布、縦横比、またその軸方向、分布等が統計処理されて、数値として出力される。以下図３に基づき説明する。

前記保存された画像データを読み込み、画像データのコントラスト、輝度値をもとに全体の明るさを調整し、閾値を決定する（図３：画像調整）。これをもとに二値化処理を行い（図３：画像二値化）、該二値化処理により画素の輝度値が、反転する境界箇所を輪郭として判別する（図３：エッジ検出）。

又前記二値化処理による最小輝度値部分を暗部とし、その連続した領域を気泡凹部として認識する。さらに、前記により得られた個々の気泡凹部のデータと、前記エッジ検出で得られたその輪郭の数値データとの関連付けを行い、気泡凹部のデータを抽出する（図３：気泡データ抽出）。

前記により抽出した気泡凹部のデータをもとに、連続した暗部の領域数として気泡数を、単位面積当たりの気泡数として気泡密度を、気泡凹部の縦横比の値及び分布として気泡形状を、気泡長軸の角度(方向)分布として気泡配向を、気泡凹部の面積の全体に占める割合として空隙率を、原画像の気泡凹部以外の輝度平均値として白度を、さらに気泡面積及びその分布等を演算し、数値として出力する（図３：データ数値演算）。以上によりベーカリー製品のクラムの気泡について解析することができる。

上記の通り気泡凹部の大きさ、大きさの分布、膜厚はパンの食感に大きく作用し、また、気泡凹部の縦横比、軸配向性は、原材料の性質や製パン工程により変化することが知られている。前記により出力された数値と、従来からの視覚による評価法との関連付けを行い、従来法での評価点を算出することにより、ベーカリー製品の品質評価を客観的に行うことができる。

＜装置＞
図１は、本発明装置の１実施例の概念図である。図１において、１は光源を、３は光ファイバーを、５は光源レンズ群を、７は転射ミラーを、９は投射ミラーを、１１はカメラ、１３は試料台を、１５は試料をそれぞれ示す。なお前記装置は、図に示さない遮光性の容器内に収められ、外光から遮断されている。試料１５としては、パン切片面を用いた。

前記光源１は、メタルハライドランプ（日本PI 社製、商品名PCS-MH50）を、光ファイバー３は、日本PI社製、商品名 PLG-1シリーズを用いた。光源レンズ群５は、レンズ2群4枚（シグマ光機社製、商品名SLBシリーズ）、及び円形絞りを、30φ×100mmの鏡筒に取り付けて用いた。

前記転射ミラー４は、シグマ光機社製、商品名TCA30を、投射ミラー５はシグマ光機社製、商品名TCA-50を、それぞれ用いた。転射ミラー、及び投射ミラーの回転機構は図に示さないが、オリエンタルモーター社製、商品名CSK264を用い、該回転速度は6rpmとした。

前記カメラは、SONY社製、商品名 XC-ST50を用い、転射ミラー、及び投射ミラーの１回転に８回の撮影とした。

＜データ処理＞
前記撮影された全画像（コマ）は各画素に展開し、各画素は全画像のうち最も輝度の低い画像のデータを取り込み１枚の画像を合成した。

前記画像データの入出力は、市販のパソコンのキー操作により、光源の位置制御シーケンス及び画像の連続取り込みを行い、またこの時装置のキャリブレーションのためのグレースケールなどの基準画像を同時に取り込んだ。取り込んだデータは基準画像を元に明度を調整し、最小輝度ピーク処理をした後１枚の画像データとした。

前記画像データの輝度をもとに閾値を決定し、これをもとに二値化処理を行った後に気泡壁を認識し、数値データに変換した。前記数値データから、平均気泡面積及びその分布、平均膜厚、膜厚分布、縦横比、軸方向、分布等を統計処理し、数値として出力した。同時に気泡壁部平均輝度から色度を判別し同様に出力した。

本発明の装置とデータ処理により、従来は目視に頼っていたパンの品質を客観的に評価可能なデータを得ることができることが明らかとなった。

本発明の装置を用いることにより、従来難しかったベーカリー製品の評価の規格、標準化が可能となる。更に本発明は、明度及び色相が一様な試料の表面凹部構造の測定に用いることができる。

本発明装置の概念図である。 本発明の撮影過程のフローチャートである。 本発明のデータ処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 光源
３ 光ファイバー
５ 光源レンズ群
７ 転射ミラー
９ 投射ミラー
１１ カメラ
１３ 試料台
１５ 試料

Claims (3)

1. ベーカリー製品の切片面の解析において、試料の水平面から一定の角度をなし且つ試料の１点から等距離上を円運動する回転光源からの平行光をベーカリー製品の切片面へ照射することにより切片面の気泡凹部に形成される暗部を、前記試料の１点から垂直軸上に設置されたカメラにより回転光源の回転と共に連続して撮影し、撮影された複数枚の画像に最小輝度ピーク処理をし、連続撮影された画像の最小輝度部分を１枚の画像に合成して、該合成画像の最小輝度部分が切片面の気泡凹部とすることを特徴とするベーカリー製品の切片面の気泡の解析方法。
2. 前記請求項１に記載のベーカリー製品の切片面の気泡の解析方法により得られた気泡凹部のデータをもとに、連続した気泡凹部の領域数として気泡数を、単位面積当たりの気泡数として気泡密度を、気泡凹部の縦横比の値及び分布として気泡形状を、気泡長軸の角度分布として気泡配向を、気泡凹部の面積の全体に占める割合として空隙率を、原画像の気泡凹部以外の輝度平均値として白度を、及び気泡面積並びにその分布を演算し、前記演算値を用いるベーカリー製品の品質評価方法。
3. 試料の水平面から一定の角度をなし、かつ試料の１点から等距離上を円運動する回転光源と、前記試料の１点から垂直軸上に設置されたカメラを有し、前記回転光源とカメラが外光の遮断された容器に収められ、前記回転光源とカメラとの相互の位置変動が解像度以下である請求項１に記載のベーカリー製品の切片面の気泡の解析装置。

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