專利名稱：一種基于圖像與光譜信息融合的肉品在線無損檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種針對農(nóng)畜產(chǎn)品的在線檢測裝置，特指基于圖像和光譜 信息融合的肉品品質(zhì)在線無損檢測裝置。
技術(shù)背景肉及肉制品是人類的主要食物來源之一。隨著消費水平的提高，肉類產(chǎn)品 的品質(zhì)已引起了消費者廣泛重視；肉類加工企業(yè)為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，在激烈 的市場競爭中獲得較強的競爭力，對原料肉和加工半成品進行品質(zhì)監(jiān)測與控制， 對產(chǎn)品進行按質(zhì)分類定價，以最大化產(chǎn)品的經(jīng)濟價值。 .傳統(tǒng)的肉品品質(zhì)檢測是采用人工感觀評定方法和化學(xué)分析方法。人工感觀 評定需要經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的評價人員，評價結(jié)果主觀性強，可重復(fù)性差，進行大 批量的在線檢測勞動強度大；化學(xué)分析方法是經(jīng)過化學(xué)方法進行破壞性檢測， 步驟繁瑣，檢測結(jié)果依賴操作人員的技術(shù)水平與熟練程度，不適用于實際生產(chǎn) 過程中的在線檢測。機器視覺技術(shù)通過各種成像系統(tǒng)實現(xiàn)信息采集，由計算機利用圖像處理技 術(shù)來提取和解釋采集對象的特征，結(jié)合各種模式識別算法，可以對對象進行定 量、定性的描述與分類，在農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。利用機器 視覺技術(shù)可以對肉品的顏色、紋理分布、形狀大小、骨頭等指標(biāo)進行檢測，更 進一步的分析處理還可以對肉品的pH值、彈性、嫩度等指標(biāo)進行檢測。光譜分 析技術(shù)是一種對農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測的有效方法，它利用農(nóng)畜產(chǎn)品對光的吸 收、散射、反射和透射等特性確定農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)；利用光譜檢測技術(shù)可以對肉 類產(chǎn)品的化學(xué)組分，pH值，及嫩度等指標(biāo)進行檢測。這類基于農(nóng)畜產(chǎn)品光學(xué)特性的無損檢測技術(shù)速度快、準(zhǔn)確，不受主觀人為 影響，國內(nèi)外研究者都展開了大量的研究，但主要是利用圖像信息或用光譜信 息對肉產(chǎn)品以單個指標(biāo)來進行分級，不能對肉類產(chǎn)品的內(nèi)外多個品質(zhì)指標(biāo)進行 檢測。肉類產(chǎn)品品質(zhì)復(fù)雜，而且其質(zhì)量與其用途有關(guān)，應(yīng)由其內(nèi)部和外部的多項 指標(biāo)綜合評定。因此利用樣品的圖像和光譜兩方面的信息，利用具有互補性質(zhì) 的信息拓展品質(zhì)檢測的寬度，利用具有冗余性質(zhì)的信息提高品質(zhì)評價的精度， 對肉類產(chǎn)品的內(nèi)外指標(biāo)進行檢測，利用決策層信息融合，結(jié)合實際生產(chǎn)中的品 質(zhì)要求體系，對肉品品質(zhì)進行全面精確的評定進行分類分級，對于優(yōu)化肉類產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、提高肉類產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)濟效益、保障居民消費權(quán)益和食品質(zhì)量有很重要的現(xiàn)實意義。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于圖像與光譜信息融合的肉品品質(zhì)在線 無損檢測裝置。通過在線采集肉品的圖像信息與光譜信息，對獲得的信息利用 圖像處理技術(shù)和光譜分析技術(shù)進行特征提取，獲得表征肉品指標(biāo)的特征信息， 建立各測定指標(biāo)的基于圖像特征的、基于光譜特征的和基于圖像與光譜的特征 層數(shù)據(jù)融合的定量預(yù)測模型，利用定量預(yù)測結(jié)果進行決策層數(shù)據(jù)融合，對肉品 進行在線檢測評價。本實用新型采用的技術(shù)方案如下包括傳送帶、光譜采集室、圖像采集室、攝像機掛接橫梁、成像光源、攝 像機、Y型光纖、光譜儀、光譜光源、數(shù)據(jù)處理PC、兩個光電傳感器、電機、 傳送帶支架。攝像機固定在圖像采集室正中間的攝像機掛接橫梁上，攝像機的 四周安裝成像光源，第一光電傳感器固定在攝像機下方的圖像采集室側(cè)壁，放 置肉品的傳送帶位于攝像機下方并穿過圖像采集室，電機驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，傳 送帶上方安裝光譜采集室，第二光電傳感器固定在光譜采集室側(cè)壁，肉品進入 光譜采集室，第二光電傳感器檢測到樣品，發(fā)送信號給光譜儀，光譜儀采集經(jīng)Y 型光纖傳輸?shù)墓庾V信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理PC，肉品連續(xù)傳送進入圖像采集室，第 一光電傳感器檢測到的信號給攝像機，采集肉品的圖像信息接至數(shù)據(jù)處理PC。一種基于圖像與光譜信息融合的肉品品質(zhì)在線無損檢測的方法 實時采集肉品圖像信息和光譜信息，進行信息融合處理，對肉品的綜合品 質(zhì)進行檢測，其具體步驟如下1) 建立在線檢測模型根據(jù)肉品品質(zhì)指標(biāo)的要求，確定檢測指標(biāo)以及各指標(biāo)的權(quán)重，建立質(zhì)量評 定體系；在線采集肉品的圖像和光譜信息，利用圖像處理技術(shù)和光譜分析技術(shù) 對獲得的信息進行數(shù)據(jù)處理，提取表征待檢測指標(biāo)的特征信息；離線對肉品進 行各指標(biāo)的理化測試；利用提取的光譜與圖像特征信息與測試的各指標(biāo)實際值， 建立基于圖像的、基于光譜的、或圖像與光譜特征層融合的品質(zhì)定量預(yù)測模型; 結(jié)合建立的質(zhì)量評定體系，進行決策層融合處理，建立基于圖像與光譜信息融 合的肉品品質(zhì)在線檢測模型；2) 進行在線檢測在線檢測時，待測肉品圖像信息和光譜信息被實時采集后由建立的肉類產(chǎn)4品品質(zhì)檢測模型對輸入的圖像和光譜信息進行處理，提取特征，由單一肉品品 質(zhì)定量預(yù)測模型進行預(yù)測，由決策層數(shù)據(jù)融合模型對肉品品質(zhì)進行在線質(zhì)量分 級評定。所述的在線采集肉品的圖像信息，為紫外、可見光、近紅外或紅外波長范 圍內(nèi)圖像，圖像信息處理包括運動圖像的補償與校正、背景分割、目標(biāo)區(qū)域提 取，提取的圖像特征包括顏色、紋理分布描述、脂肪分布及與肉品pH值、彈性 和嫩度實際生產(chǎn)要求的指標(biāo)的相關(guān)特征提取，建立基于圖像信息的品質(zhì)預(yù)測模 型。所述的光譜信息采集后，結(jié)合光譜平滑、校正和微分預(yù)處理方法，提取表 征肉品化學(xué)組分、pH值、顏色、彈性和嫩度指標(biāo)的特征信息，包括特征波長、 光譜經(jīng)過分解所得得主因子，建立基于光譜信息的品質(zhì)預(yù)測模型。 l所述的提取的圖像與光譜的特征值利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機方法進行特征層信息融合；采用D-S證據(jù)理論、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法進行決策層信息融合。 所述的肉品品質(zhì)預(yù)測模型包含生鮮肉、原料肉或肉制品肉類產(chǎn)品和生產(chǎn)的各階段的品質(zhì)分類系統(tǒng)。本實用新型具有的有益效果是1、 本實用新型根據(jù)肉品的光學(xué)特性，有機結(jié)合圖像處理技術(shù)和光譜分析技 術(shù)，采用信息融合處理方法，利用圖像信息和光譜信息的互補性和冗余性，與 實際生產(chǎn)加工所要求肉品品質(zhì)的評價體系結(jié)合，對肉品品質(zhì)進行評定。2、 本實用新型用于肉制品生產(chǎn)加工過程中的在線的原料分級挑選、加工過 程質(zhì)量控制、肉制品成品質(zhì)量檢測，輔助和代替專業(yè)檢測人員，解放勞動力， 排除人為主觀因素，提高生產(chǎn)效率。本實用新型利用肉品的光學(xué)特性，對圖像信息和光譜信息進行數(shù)據(jù)融合處 理，對肉品的內(nèi)外多個品質(zhì)指標(biāo)進行測定，根據(jù)實際生產(chǎn)中對各品質(zhì)的要求進 行分類，用于肉類產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程中在線檢測，實現(xiàn)冷鮮肉品質(zhì)的智能化分 級處理、肉制品加工過程中的原料肉分類、監(jiān)測原料肉的品質(zhì)變化，可以優(yōu)化 肉制品加工工藝，嚴格控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高肉及肉制品的經(jīng)濟價值。

圖1是本實用新型檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi).傳送帶、2.光譜采集室，3.圖像采集室，4.攝像機掛接橫梁，5.成 像光源，6.攝像機，7.Y型光纖，8.光譜采集儀，9.光譜光源，IO.數(shù)據(jù)處理PC， ll.光電傳感器，12.光電傳感器，13.電機，14.傳送帶支架。圖2是本實用新型具體實施方式
(鮮豬肉品質(zhì)評定)技術(shù)路線示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括傳送帶l、光譜采集室2、圖像采集室3、攝 像機掛接橫梁4、成像光源5、攝像機6、 Y型光纖7、光譜儀8、光譜光源9、 數(shù)據(jù)處理PCIO、兩個光電傳感器ll， 12、電機13、傳送帶支架14;攝像機6 固定在圖像采集室3正中間的攝像機掛接橫梁4上，攝像機6的四周安裝成像 光源5，第一光電傳感器ll固定在攝像機6下方的圖像采集室3側(cè)壁，放置肉 品的傳送帶1位于攝像機6下方并穿過圖像采集室3，電機13驅(qū)動傳送帶1轉(zhuǎn) 動，傳送帶1上方安裝光譜采集室2，第二光電傳感器12固定在光譜采集室2 側(cè)壁，肉品進入光譜采集室2，第二光電傳感器12檢測到樣品，發(fā)送信號給光 譜儀8，光譜儀8采集經(jīng)Y型光纖7傳輸?shù)墓庾V信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理PC10，肉 品連續(xù)傳送進入圖像采集室3，第一光電傳感器11檢測到的信號給攝像機6， 采集肉品的圖像信息接至數(shù)據(jù)處理PCIO。本實施例中以對食用鮮肉的分級檢測為例子，以豬肉胴體的背最長肌為對 象，檢測鮮肉中的PSE (蒼白、松軟、滲出性)肉與DFD (干燥、堅硬、色暗) 肉，并將肌內(nèi)脂肪含量作為一個食用品質(zhì)指標(biāo)進行評價。如圖2所示，本實施例的實施過程如下根據(jù)PSE肉和DFD肉的特點，確 定檢測指標(biāo)為肉色(采用CIEZ^^M顏色體系)、彈性、嫩度、滲水性、pH值、 脂肪含量(2% 4%為最佳)，建立鮮豬肉評價體系；采集PSE肉、DFD肉、 正常鮮肉樣品的圖像信息和光譜信息時，樣品水平放置在由電機13驅(qū)動的傳送 帶1上，進入光譜采集室2，經(jīng)過第二光電傳感器12時被檢測到，第二光電傳 感器12發(fā)送信號給光譜儀8，光譜儀8采集由Y型光纖2傳輸?shù)臉悠饭庾V信號， 傳遞給數(shù)據(jù)處理PCIO，樣品連續(xù)傳送進入圖像采集室3，經(jīng)過第一光電傳感器 11時被檢測到，第一光電傳感器器11發(fā)送信號給攝像機6，攝像機6采集樣品 的圖像信息傳遞給數(shù)據(jù)處理PC10;離線對樣品(:正1*"*6*顏色、彈性、嫩度、 滲水性、pH值、脂肪含量等各指標(biāo)理化指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)試驗測定；對獲得的圖像 信息進行預(yù)處理，包括對圖像進行運動補償與校正，提取背最長肌區(qū)域；計算 所提取目標(biāo)區(qū)域平均RGB值和大理石紋分布狀況，并分析其與其他各指標(biāo)的相 關(guān)性，尋找能表征pH值、彈性、嫩度、滲水性、脂肪含量的圖像特征；對獲得 的光譜進行校正、平滑、微分等多種預(yù)處理方法，采用逐步線性回歸、主成分 分析，偏最小二乘法，連續(xù)投影尋蹤算法、遺傳算法等確定能表征各指標(biāo)的特 征，包括主成分，偏最小二乘主因子，特征波長等，建立個指標(biāo)的預(yù)測模型；利用圖像特征、光譜特征、和光譜與圖像特征層信息融合處理，建立各指標(biāo)的預(yù)測模型；結(jié)合質(zhì)量綜合評價體系，對各指標(biāo)預(yù)測結(jié)果在進行決策層信息融合 處理，判斷其品質(zhì)，建立肉類產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)；在線檢測時，待檢測樣 品光譜同上述建模樣品的光譜采集過程，光譜和圖像采集后，傳入數(shù)據(jù)處理PC (10)，數(shù)據(jù)處理PC根據(jù)建立的質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)對原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，特 征提取，特征層與數(shù)據(jù)層的融合，判定改樣品是PSE (蒼白、松軟、滲出性) 肉或DFD (干燥、堅硬、色暗)肉，還是正常肉，并給出其脂肪含量。權(quán)利要求1、一種基于圖像與光譜信息融合的肉品在線無損檢測裝置，其特征在于包括傳送帶(1)、光譜采集室(2)、圖像采集室(3)、攝像機掛接橫梁(4)、成像光源(5)、攝像機(6)、Y型光纖(7)、光譜儀(8)、光譜光源(9)、數(shù)據(jù)處理PC(10)、兩個光電傳感器(11，12)、電機(13)、傳送帶支架(14)；攝像機(6)固定在圖像采集室(3)正中間的攝像機掛接橫梁(4)上，攝像機(6)的四周安裝成像光源(5)，第一光電傳感器(11)固定在攝像機(6)下方的圖像采集室(3)側(cè)壁，放置肉品的傳送帶(1)位于攝像機(6)下方并穿過圖像采集室(3)，電機(13)驅(qū)動傳送帶(1)轉(zhuǎn)動，傳送帶(1)上方安裝光譜采集室(2)，第二光電傳感器(12)固定在光譜采集室(2)側(cè)壁，肉品進入光譜采集室(2)，第二光電傳感器(12)檢測到樣品，發(fā)送信號給光譜儀(8)，光譜儀(8)采集經(jīng)Y型光纖(7)傳輸?shù)墓庾V信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理PC(10)，肉品連續(xù)傳送進入圖像采集室(3)，第一光電傳感器(11)檢測到的信號給攝像機(6)，采集肉品的圖像信息接至數(shù)據(jù)處理PC(10)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于圖像與光譜信息融合的肉品在線無損檢測裝置。包括傳送帶、光譜采集室、圖像采集室、攝像機掛接橫梁、成像光源、攝像機、Y型光纖、光譜儀、光譜光源、數(shù)據(jù)處理PC、兩個光電傳感器、電機和傳送帶支架。通過在線采集肉品的圖像與光譜信息，提取表征肉品品質(zhì)的特征信息，建立基于圖像特征的、基于光譜特征的和基于圖像與光譜的特征層數(shù)據(jù)融合的定量預(yù)測模型，利用獲得的定量預(yù)測模型與品質(zhì)評價體系相結(jié)合，建立基于圖像與光譜的決策層數(shù)據(jù)融合模型，對肉品進行在線檢測。本實用新型根據(jù)肉品光學(xué)特性，利用圖像信息和光譜信息的互補性和冗余性，實現(xiàn)肉制品加工過程中原料分級、質(zhì)量檢測，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號G01N21/84GK201392319SQ200920117340
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者伍學(xué)千, 應(yīng)義斌, 廖宜濤, 芳 成, 樊玉霞 申請人:浙江大學(xué)