專利名稱：豬肉質量等級無損檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及畜肉屠宰生產線品質檢測技術，特別是涉及一種豬肉質量等級無損檢測系統。
背景技術：
豬肉是我國不可或缺的最重要的肉食品，隨著經濟、社會的發展，人們收入水平提高，豬肉的需求量和消費檔次也逐漸提高。自1949年以來，我國生豬養殖業發展迅速，總體上增長較快。國家農業部公布數據顯示，2010年12月全國能繁母豬存欄量為4. 54億頭左右，能繁母豬存欄4750萬頭，根據美國農業部預測，2011年我國生豬出欄和豬肉產量分別為6. 68億頭和5250萬噸，分別較上年約增長0. 5%和3% ；豬肉消費量為5270萬噸，增長 3 % ο目前，我國是世界上第一大豬肉生產國，豬肉產量占世界總產量的50%左右。但是與我國是肉類生產大國極不相稱的是我國的肉類出口量呈大幅下降趨勢。造成我國豬肉出口量減少的原因有很多，其中一個很重要的原因是我國沒有嚴格的豬肉質量分級制度。我國已加入世界貿易組織，市場對外開放的程度將進一步加大，國際市場政策和規則的變化將明顯影響我國豬肉進出口貿易。因此，豬肉質量分級技術的應用，對引導生產的規范化、 標準化、有序化及產業化有著重要意義。豬肉分級主要具有下列作用實現優質優價，促進市場良性運轉；規范和統一國內豬肉產品的質量，促進生產水平的提高，延長產業鏈；對豬肉生產的發展起到導向和推動作用，促進肉牛繁育、屠宰加工、豬肉制品加工協調發展；使國內整個產業納入一個科學、有序的發展軌道，增強國際競爭力。隨著國民生活水平的提高，人們對食品品質和衛生的要求越來越高。目前對豬肉質量進行檢測與分級的主要指標包括背膘厚度、瘦肉率、新鮮度、細菌總數，目前在我國，傳統的豬肉定級工作主要是由人工完成，這種用尺子進行接觸測量的方法，會造成肉樣的污染，達不到衛生要求，另一方面這種方法效率低、準確性差，低溫環境對分級員的身體也不禾|J，且存在一定的人為因素，無法進行復查。在西方國家人們已經開始用數值等客觀有效的方法來判斷豬肉的品質。在經濟全球化的今天，中國的豬肉制品行業面臨著前所未有的重大機遇和挑戰， 雖然我國是肉品生產大國，但不是肉品產業大國。隨著豬肉加工速度的加快，傳統的質量檢測技術已經不能滿足高效率、非接觸的要求。這就要求我們建立可靠的在線檢測系統，實現對豬肉品質參數的無損傷、在線檢測，避免人為因素，實行優質優價，實現生豬養殖企業和屠宰加工企業的雙贏和利益最大化，增強我國肉類產品的國際市場競爭力。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是實現豬肉質量的無損、非破壞、在線快速檢測，提高其檢測效率，簡化檢測過程。
( 二)技術方案為了解決上述技術問題，本發明提供一種豬肉質量等級無損檢測系統，其包括到位檢測及托起模塊，包括檢測單元和托起單元，分別設置在被測豬肉生產線一側，檢測單元用于檢測被測豬肉胴體是否到達指定位置，托起單元用于托起處于運動狀態的被測豬肉胴體并利用被拖起胴體處于相對靜止的瞬間進行圖像采集；圖像采集模塊，設置在被測豬肉生產線另一側，用于采集托起的被測豬肉胴體的圖像；微處理器，與所述到位檢測及托起模塊和圖像采集模塊分別相連，微處理器根據檢測單元所測得的被測豬肉胴體到達位置信號控制托起單元托起被測豬肉胴體，并進一步控制圖像采集模塊對所托起的被測豬肉胴體進行圖像采集和處理。其中，所述到位檢測及托起模塊還包括擋桿單元，設置在被測豬肉生產線一側，在圖像采集模塊進行圖像采集時，擋桿單元阻擋與被測豬肉胴體并列運行在生產線上的其它豬肉酮體；在圖像采集完成后，擋桿單元將其阻擋的豬肉胴體釋放。其中，所述檢測單元包括光電傳感器，設置在被測豬肉生產線上，用于檢測被測豬肉胴體的到達位置。其中，所述托起單元包括托板，所述托板安裝在滑動機構上，所述滑動機構與伺服電機相連，由伺服電機控制滑動機構帶動托板移動；所述托板為傾斜設置。其中，所述托起單元和圖像采集模塊相對設置在被測豬肉生產線的兩側。其中，所述圖形采集模塊包括相機和設置在相機兩側的光源，所述光源設置在與被測豬肉生產線平行的方向上。其中，所述托板表面的顏色與被測豬肉胴體的顏色不同。其中，所述托板表面的顏色為藍色。其中，所述托板的傾斜角度設置以滿足圖像采集模塊能夠采集到托板托起的被測豬肉胴體的第六和第七根肋骨之間的完整圖像為準。其中，還包括顯示模塊和數據存儲模塊，分別與微處理器相連，用于顯示圖像采集模塊所采集到的圖像以及對圖像處理后的數據進行存儲。(三)有益效果上述技術方案所提供的豬肉質量等級無損檢測系統，為在線檢測系統，能夠實現豬肉非接觸快速檢測，檢測過程簡單，效率高，與傳統實驗室生化檢測相比更具實用性，并且能夠克服傳統人工測量中存在的人為因素，避免生豬養殖者和收購者之間不必要的爭議，實現按質論價，可適用于在豬肉屠宰加工企業的屠宰生產線上自動對豬胴體進行品質檢測和質量分級。
圖1是本發明實施例的豬肉質量等級無損檢測生產線的俯視圖；圖2是圖1的左視圖；圖3是本發明實施例的豬肉質量等級無損檢測系統的結構框圖。其中，1 生產線；2 第一二分體；3 第二二分體；4 光電傳感器；5 相機；6 光源；7 托板。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。本發明為一種基于可見/近紅外技術的豬肉質量等級無損傷檢測系統，屬于采用可見/近紅外技術在線、無損傷評定豬肉質量等級技術領域，在生產線上檢測感興趣區域背膘厚度、顏色、肥瘦比和胴體重，從而評價豬肉質量等級。本系統為非接觸、非破壞、無損在線快速檢測系統，該系統可直接嵌于大型屠宰加工企業的屠宰生產線中。根據企業實地調研，生豬屠宰線的主要工藝流程一般為淋浴一麻電一放血一掛豬一預清洗一打毛一刮毛一開腔一取內臟一剪頭一劈半一去蹄一扒腰子一扒大油一打級 —稱重一快速預冷一冷藏。本系統可嵌入到劈半和打級工序之間，劈半工序之后，將一頭豬對稱的分成兩部分，這兩部分分別稱作第一二分體和第二二分體，同一頭豬的兩個二分體在生產線上同時向前運動，通過本系統的無損在線檢測，得出檢測結果，進而可進行去蹄、扒腰子、扒大油以及打級工序。圖3示出了本實施例的豬肉質量等級無損檢測系統的結構框圖，包括微處理器和分別與微處理器相連的到位檢測及托起模塊、圖像采集模塊、顯示模塊和數據存儲模塊。到位檢測及托起模塊包括檢測單元和托起單元，分別設置在被測豬肉生產線一側，檢測單元用于檢測被測豬肉胴體的到達位置，托起單元用于托起被測豬肉胴體進行圖像采集；圖像采集模塊，設置在被測豬肉生產線另一側，和托起單元相對設置在被測豬肉生產線的兩側， 采集托起單元所托起的被測豬肉胴體的圖像；微處理器根據檢測單元所測得的被測豬肉胴體到達位置信號控制托起單元托起被測豬肉胴體，并進一步控制圖像采集模塊對所托起的被測豬肉胴體進行圖像采集以及對采集到的圖像進行處理；顯示模塊和數據存儲模塊分別用于顯示圖像采集模塊所采集到的圖像以及對圖像處理后的數據進行存儲。圖1是本實施例的豬肉質量等級無損檢測生產線的俯視圖，圖2是圖1的左視圖。 參照圖1和圖2，可對本實施例的檢測系統與生產線相結合的結構進行詳細的描述。具體地，一頭豬所分成的第一二分體2和第二二分體3同時并列在生產線上行進，圖像采集模塊設置在第一二分體2的同側，到位檢測及托起模塊設置在第二二分體3的同側，第二二分體 3作為被檢測的豬肉對象。到位檢測及托起模塊中的檢測單元包括光電傳感器4，設置在第二二分體3—側， 用于檢測第二二分體3 —側的到達位置；托起單元包括托板7和控制托板7移動的伺服電機及其滑塊機構(圖中未標示)，托板7傾斜設置，其傾斜角度以滿足圖像采集模塊能夠采集到托板7托起的第二二分體3的第六和第七根肋骨之間的完整圖像，并且托板7表面的顏色應與第二二分體3的顏色不同，且反差較大，優選將托板7表面顏色設置為藍色。到位檢測及托起模塊還包括擋桿單元，設置在第二二分體3 —側，在圖像采集模塊進行圖像采集時，擋桿單元阻擋第一二分體2 ；在圖像采集完成后，擋桿單元將第一二分體2釋放，使其繼續在生產線上行進。圖形采集模塊包括相機5和設置在相機5兩側的光源6，光源6設置在與豬肉生產線平行的方向上。
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在實際檢測過程中，光電傳感器4檢測到二分體到來，發出信號給微控制器，微控制器控制擋桿單元擋住第一二分體2，同時控制托起單元中的托板7將第二二分體3向著相機5的方向托起，相機5對托起的第二二分體3整體進行拍照，必須保證能夠拍到第二二分體3第六和第七根肋骨之間的完整圖像。通過在生產線上添加擋桿單元以阻擋第一二分體2，從而將需拍照的第二二分體 3暴露在相機5的視野范圍內。擋桿單元以及托起單元所使用到的傳動結構采用電磁鐵與電磁離合器以及液壓緩沖器配合，內部液壓裝置自動進行緩沖，運行平穩，采用標準接口， 便于系統集成，微處理器采用ARM微處理器，控制可靠且便于維護。托起單元是為了獲得高對比度的清晰第二二分體3圖像，第二二分體3在屠宰生產線1上懸掛著向前行進時，由于鏈條的震動造成第二二分體3的晃動，使得相機5比較難于獲得清晰完整的第二二分體3 圖像，使用該托起單元可以使第二二分體3緊緊貼在托板7上，將處于運動狀態的待測豬肉胴體托起并利用被拖起胴體處于相對靜止的瞬間進行圖像采集；同時托板7采用與第二二分體3的顏色差別較大的藍色，從而可充當拍照的背景板。圖像采集模塊在進行圖像采集時，采用直接照明技術，用交流日光燈作為光源6， 光源6發出的光直接照射到第二二分體3的表面上，通過反射的方法獲得到清晰的高對比度圖像；同時，光電傳感器4來檢測是否有二分體通過，當光電開關被二分體擋住時將信號傳遞給微處理器，微處理器處理光電傳感器4的輸入信號，對相機5發出拍照命令，進行圖片的采集，同時對擋桿單元發出阻擋命令，擋住靠近相機5的第一二分體2，露出第二二分體3的感興趣區域便于拍照。相機5采集完圖像后將采集的圖像傳送到微處理器，微處理器利用編制好的圖像處理軟件對圖像進行處理，獲得背膘厚度，同時在顯示模塊上顯示采集到的圖像和處理后得到的背膘厚度。獲得第二二分體3圖像之后，由圖像處理軟件進行處理。首先是從第二二分體3 圖像上找到感興趣區域，這就要進行背景及噪聲的去除。去除背景可以采用閾值分割的方法，本系統中光源6和相機5均固定，室內環境相對穩定，可以采用固定閾值分割，具體的閾值應通過反復試驗得到。噪聲的去除采用中值濾波的方法，得到肌肉和脂肪分開的第二二分體3 二值圖，從中提取豬肉的背膘厚度的像素數，根據相機5鏡頭的焦距、視場大小及鏡頭到二分體的距離關系f = wL/ff, f = hL/H,即可得到背膘厚度。(其中f 鏡頭焦距，w 圖象的寬度，W 被攝物體寬度，L 被攝物體至鏡頭的距離，h 圖象高度視場高度，H 被攝物體的高度。)其中，感興趣區域，即第六和第七根肋骨位置，比較難確定。根據研究，二分體圖像最高點到第六七根肋骨處的長度與二分體總長度的比值接近一個常數k。掃描二分體圖像的二值圖，找到最高點和最低點坐標，兩者之差乘以比例常數k，據此可以得到第六和第七根肋骨的位置，從而得到背膘厚度，完成一個在線檢測循環，同時控制擋桿單元和托起單元復位，進行下一頭豬的檢測。其中，背膘厚度(backfat thickness)是指胴體6 7肋處背中線皮下脂肪的厚度，是檢測中的一個重要參數，是評定豬肉質量等級的重要標準。考慮到我國肉類屠宰加工企業普遍規模較小、實力不強，在設備的選擇上必須考慮其可操作性和成本來增加實施和推廣的速度。可見/近紅外技術作為一種新興發展起來的無損檢測技術，具有客觀、準確和高效的特點，已經被廣泛地應用于各行各業當中，而且成本相對較低，本發明將基于可見/近紅外技術來對豬肉品質進行快速、無損傷檢測與分級。在屠宰線上，機器維修和使用的工具均會造成異物，人的操作則有可能造成二次污染，本發明能夠克服傳統人工測量中存在的人為因素，避免生豬養殖著和收購者之間的爭議，且肉品的安全衛生性得不到保障的問題，實驗發現，本發明系統檢測速度達到1個/秒或> 1個/秒，準確率高于90%。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，包括到位檢測及托起模塊，包括檢測單元和托起單元，分別設置在被測豬肉生產線一側，檢測單元用于檢測被測豬肉胴體是否到達指定位置，托起單元用于托起處于運動狀態的被測豬肉胴體并利用被拖起胴體處于相對靜止的瞬間進行圖像采集；圖像采集模塊，設置在被測豬肉生產線另一側，用于采集托起的被測豬肉胴體的圖像；微處理器，與所述到位檢測及托起模塊和圖像采集模塊分別相連，微處理器根據檢測單元所測得的被測豬肉胴體到達位置信號控制托起單元托起被測豬肉胴體，并進一步控制圖像采集模塊對所托起的被測豬肉胴體進行圖像采集和處理。
2.如權利要求1所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述到位檢測及托起模塊還包括擋桿單元，設置在被測豬肉生產線一側，在圖像采集模塊進行圖像采集時，擋桿單元阻擋與被測豬肉胴體并列運行在生產線上的其它豬肉酮體；在圖像采集完成后，擋桿單元將其阻擋的豬肉胴體釋放。
3.如權利要求1所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述檢測單元包括光電傳感器，設置在被測豬肉生產線上，用于檢測被測豬肉胴體的到達位置。
4.如權利要求1所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述托起單元包括托板，所述托板安裝在滑動機構上，所述滑動機構與伺服電機相連，由伺服電機控制滑動機構帶動托板移動；所述托板為傾斜設置。
5.如權利要求1所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述托起單元和圖像采集模塊相對設置在被測豬肉生產線的兩側。
6.如權利要求1所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述圖形采集模塊包括相機和設置在相機兩側的光源，所述光源設置在與被測豬肉生產線平行的方向上。
7.如權利要求4所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述托板表面的顏色與被測豬肉胴體的顏色不同。
8.如權利要求7所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述托板表面的顏色為藍色。
9.如權利要求4所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，所述托板的傾斜角度設置以滿足圖像采集模塊能夠采集到托板托起的被測豬肉胴體的第六和第七根肋骨之間的完整圖像為準。
10.如權利要求1所述的豬肉質量等級無損檢測系統，其特征在于，還包括顯示模塊和數據存儲模塊，分別與微處理器相連，用于顯示圖像采集模塊所采集到的圖像以及對圖像處理后的數據進行存儲。
全文摘要
本發明公開了一種豬肉質量等級無損檢測系統，包括到位檢測及托起模塊，包括檢測單元和托起單元，分別設置在被測豬肉生產線一側，檢測單元用于檢測被測豬肉胴體是否到達指定位置，托起單元用于托起處于運動狀態的被測豬肉胴體并利用被拖起胴體處于相對靜止的瞬間進行圖像采集；圖像采集模塊，設置在被測豬肉生產線另一側，用于采集托起的被測豬肉的圖像；微處理器，與上述兩模塊分別相連，控制其工作過程并對采集到的被測豬肉胴體圖像進行處理。本發明為在線檢測系統，能夠實現豬肉非接觸、非破壞、快速檢測，檢測過程簡單，效率高，并且能夠克服傳統人工測量中存在的人為因素。
文檔編號G01N21/84GK102519962SQ20111040461
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者劉巧巧, 張海云, 彭彥昆, 王偉, 趙松瑋 申請人:中國農業大學