專(zhuān)利名稱(chēng)：基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于食品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)肉牛產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，牛肉產(chǎn)量也逐年増加。近幾年，牛的年屠宰量已居世界第一，產(chǎn)肉量也僅次于美國(guó)和巴西。但是從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力角度來(lái)看，我國(guó)牛肉出ロ量不到年產(chǎn)量的1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)、澳大利亞、巴西、日本等牛肉產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)。其中ー個(gè)重要原因是，我國(guó)牛肉產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀是牛肉質(zhì)量參差不齊，中低檔牛肉居多，優(yōu)質(zhì)牛肉生產(chǎn)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際先進(jìn)水平。因此，建立我國(guó)牛肉產(chǎn)品分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提高牛肉產(chǎn)品質(zhì)量勢(shì)在必行。為促進(jìn)我國(guó)牛肉產(chǎn)業(yè)健康、快速、可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)部于2003年頒布了牛肉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T676-2003)，由牛肉質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和牛肉產(chǎn)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)組成。 但是對(duì)于評(píng)價(jià)牛肉質(zhì)量等級(jí)，通常采用主觀的視覺(jué)評(píng)價(jià)，多憑專(zhuān)業(yè)人員自身經(jīng)驗(yàn)而非客觀定量判斷，導(dǎo)致判斷誤差大，效率低。隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理的快速發(fā)展，直到20世紀(jì)80年代初，ー些科學(xué)家開(kāi)始研究將人工智能、機(jī)器視覺(jué)和圖像處理等技術(shù)應(yīng)用于牛肉分級(jí)領(lǐng)域，使牛肉自動(dòng)分級(jí)技術(shù)逐步取得進(jìn)展。目前國(guó)內(nèi)外牛肉分級(jí)技術(shù)主要集中在三個(gè)方面一方面是基于機(jī)器視覺(jué)和圖像處理技術(shù)根據(jù)牛胴體的眼肌處大理石花紋含量及肉色進(jìn)行分級(jí)；第二方面是基于光譜技術(shù)對(duì)牛肉的品質(zhì)特征(如嫩度、含水量)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分級(jí)；第三，基于機(jī)器視覺(jué)和光譜信息融合技術(shù)，如利用高光譜成像技術(shù)對(duì)牛肉嫩度、大理石花紋多指標(biāo)檢測(cè)，利用牛肉脂肪和瘦肉在各個(gè)波段處反射值比值的最大值來(lái)確定用于分割大理石花紋的閾值。但是高光譜成像技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)分級(jí)方面存在信息量大，處理速度慢、成本過(guò)高等問(wèn)題，限制了其在商業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用。多光譜圖像技術(shù)的應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的檢測(cè)，大大減少了變量信息的輸入，可提高檢測(cè)速度和精度，已得到了較多應(yīng)用。目前已有的國(guó)內(nèi)專(zhuān)利多應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)切換濾光片的方式得到多色光圖像，或者利用多CCD結(jié)合濾光片的方式獲取多光譜信息，但是存在很多問(wèn)題。如機(jī)械裝置的震動(dòng)影響成像精度，濾光片安裝角度的細(xì)微差別導(dǎo)致不同波長(zhǎng)成像位移，導(dǎo)致空間光譜分辨率低；轉(zhuǎn)輪孔位有限，成像波長(zhǎng)范圍窄；多孔位轉(zhuǎn)輪速度慢，拍攝時(shí)間長(zhǎng)；波長(zhǎng)精度受限于濾光片規(guī)格，不一致容易造成硬件系統(tǒng)不穩(wěn)定。這些問(wèn)題不僅增加檢測(cè)成本并且降低了檢測(cè)效率，而且不適宜開(kāi)發(fā)便攜式多光譜檢測(cè)儀器或者應(yīng)用于在線檢測(cè)。因此為了降低生鮮牛肉嫩度多光譜檢測(cè)系統(tǒng)的成本，避免濾光片轉(zhuǎn)換裝置帶來(lái)的不便，需要ー種光源波長(zhǎng)可變的聚光效果好的牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為，解決背景技術(shù)所述光源波長(zhǎng)可變的聚光效果好的牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)問(wèn)題，提供一種基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，其特征在干，圖像采集卡10和計(jì)算機(jī)11置于暗箱Iタト，在暗箱I內(nèi)，高度可調(diào)載物臺(tái)4置于暗箱底板的中心部位，檢測(cè)時(shí)被測(cè)樣品5置于高度可調(diào)載物臺(tái)4的臺(tái)面上，相機(jī)固定支架3固接在暗箱頂板上，CXDエ業(yè)相機(jī)2鏡頭向下安裝在相機(jī)固定支架3上，CXDエ業(yè)相機(jī)2的鏡頭對(duì)準(zhǔn)高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心，2個(gè)光源固定支架9對(duì)稱(chēng)固接在暗箱I的左右側(cè)壁上，2個(gè)多光譜光源組件6互為對(duì)稱(chēng)分別安裝在左右2個(gè)光源固定支架9上，所述多光譜光源組件6為圓弧形結(jié)構(gòu)，圓弧的圓心在高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心位置，多光譜光源組件6的中心線與高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心線之間有夾角，控制電路8的光源供電輸出端與多光譜光源組件6上的大功率LED陣列7的電源輸入端連接，所述LED即為發(fā)光二極管，高度可調(diào)載物臺(tái)4的電控信號(hào)輸入端與控制電路8的控制信號(hào)輸出端連接，控制電路8的輸入端與計(jì)算機(jī)11的控制輸出端連接，CXDエ業(yè)相機(jī)2的圖像信號(hào)輸出端與圖像采集卡10輸入端連接，圖像采集卡10輸出端與計(jì)算機(jī)11的圖像信號(hào)輸入端連接；所述多光譜光源組件6由圓弧形的光源底座601、圓弧形的鋁制散熱片602和大功率LED陣列7組成，鋁制散熱片602固接在光源底座601的內(nèi)圓弧面上，大功率LED陣列 7安裝在鋁制散熱片602的內(nèi)圓弧面上，所述大功率LED陣列7由LED I 701、LED II 702、LED III 703、LED IV 704、LED V 705 和 LED VI 706 組成，LED I 701、LED II 702、LED III 703、LED IV 704,LED V 705和LED VI 706排列在同一條圓弧線上分別置于鋁制散熱602的6個(gè)LED安裝位置；所述LED I 701為綠光LED，中心波段為530nm ;所述LED II 702為黃光LED，中心波段為590nm ;所述LED III 703為紅光LED，中心波段為630nm ;所述LED IV 704為近紅光LED,中心波段為720nm ;所述LED V 705為近紅光LED，中心波段為850nm ;所述LED VI 706為近紅光LED，中心波段為940nm ;檢測(cè)使用中，所述6種波段的LED依次輪換發(fā)光；所述多光譜光源組件6的中心線與高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心線的夾角范圍為 30。 45。；所述相機(jī)固定支架3為上下、左右和前后可調(diào)的手動(dòng)三維調(diào)節(jié)支架；所述高度可調(diào)載物臺(tái)4為上下可調(diào)的電控ー維調(diào)節(jié)架，由計(jì)算機(jī)11通過(guò)控制電路8控制；所述光源固定支架9為上下和光源組件仰角可調(diào)的手動(dòng)調(diào)節(jié)支架。本發(fā)明的軟件部分包括下位機(jī)主程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理程序、界面顯示程序和串ロ程序等，主要完成數(shù)據(jù)的采集和傳送，在計(jì)算機(jī)11上實(shí)現(xiàn)對(duì)串ロ傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、圖形顯示及牛肉品質(zhì)建模預(yù)測(cè)。計(jì)算機(jī)11通過(guò)軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多光譜光源組件6的大功率LED陣列7的6種波段的LED輪換發(fā)光控制，并同時(shí)控制多光譜檢測(cè)系統(tǒng)的CCDエ業(yè)相機(jī)2采集生鮮牛肉的多光譜圖像信息。所述的計(jì)算機(jī)11通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序控制CXDエ業(yè)相機(jī)2對(duì)檢測(cè)對(duì)象拍照。一旦控制電路8的開(kāi)關(guān)裝置啟動(dòng)LED發(fā)光，計(jì)算機(jī)11收到控制電路8的信號(hào)后，即刻觸發(fā)CCDエ業(yè)相機(jī)2采集圖像，即每個(gè)樣品采集6幅圖像。本發(fā)明可采集6個(gè)特定波長(zhǎng)下的生鮮牛肉樣品整體圖像，然后通過(guò)圖像處理和紋理分析，對(duì)牛肉的嫩度值和大理石花紋進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)級(jí)，實(shí)現(xiàn)生鮮牛肉的嫩度無(wú)損檢測(cè)和評(píng)級(jí)。本發(fā)明的有益效果為，與傳統(tǒng)人工感官及通過(guò)理化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)牛肉品質(zhì)，人工進(jìn)行大理石花紋分級(jí)相比，該系統(tǒng)能有效提高檢測(cè)準(zhǔn)確率，降低因檢測(cè)人員疲勞造成的人為誤差，減少檢測(cè)時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)快速無(wú)損品質(zhì)檢測(cè)。本發(fā)明能廣泛應(yīng)用與分割生鮮牛肉的銷(xiāo)售、加工、進(jìn)出口公司、超市及質(zhì)監(jiān)部門(mén)的市場(chǎng)監(jiān)瞀等，根據(jù)市場(chǎng)需求快速檢測(cè)牛肉嫩度、大理石花紋等級(jí)、含水量等重要品質(zhì)參數(shù)，有利于規(guī)范牛肉銷(xiāo)售市場(chǎng)，保證牛肉產(chǎn)品質(zhì)量，提高牛肉產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
圖I為基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為多光譜光源組件主視圖；圖3為本發(fā)明采用的6種大功率LED (發(fā)光二極管)光譜特性曲線；圖4A為530nm波段LED光源照射下的被測(cè)牛肉樣品的圖像； 圖4B為590nm波段LED光源照射下的被測(cè)牛肉樣品的圖像；圖4C為630nm波段LED光源照射下的被測(cè)牛肉樣品的圖像；圖4D為720nm波段LED光源照射下的被測(cè)牛肉樣品的圖像；圖4E為850nm波段LED光源照射下的被測(cè)牛肉樣品的圖像；圖4F為940nm波段LED光源照射下的被測(cè)牛肉樣品的圖像；圖5A為從圖4A中的ROI區(qū)域內(nèi)提取的牛肉樣品反射圖像；圖5B為從圖4B中的ROI區(qū)域內(nèi)提取的牛肉樣品反射圖像；圖5C為從圖4C中的ROI區(qū)域內(nèi)提取的牛肉樣品反射圖像；圖為從圖4D中的ROI區(qū)域內(nèi)提取的牛肉樣品反射圖像；圖5E為從圖4E中的ROI區(qū)域內(nèi)提取的牛肉樣品反射圖像；圖5F為從圖4F中的ROI區(qū)域內(nèi)提取的牛肉樣品反射圖像；圖6為本發(fā)明對(duì)牛肉嫩度檢測(cè)的實(shí)施流程圖。圖中，I—暗箱，2—CCDエ業(yè)相機(jī)3—相機(jī)固定支架，4—高度可調(diào)載物臺(tái)，5—被測(cè)樣品，6—多光譜光源組件，7—大功率LED陣列，8—控制電路，9—光源固定支架，10—圖像采集卡，11—計(jì)算機(jī)，201—1^0 I光譜曲線，202—LED II光譜曲線，203—LEDIII光譜曲線，204—LEDIV光譜曲線，205—LED V光譜曲線，206—LED VI光譜曲線，601—光源底座，602—鋁制散熱片，701—LED I , 702—LED II, 703—LED III, 704—LED IV, 705—LED V,706—LED VI。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。圖I為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，圖像采集卡10和計(jì)算機(jī)11置于暗箱Iタト，在暗箱I內(nèi)，高度可調(diào)載物臺(tái)4置于暗箱底板的中心部位，檢測(cè)時(shí)被測(cè)樣品5置于高度可調(diào)載物臺(tái)4的臺(tái)面上，相機(jī)固定支架3固接在暗箱頂板上，CCDエ業(yè)相機(jī)2鏡頭向下安裝在相機(jī)固定支架3上，CXDエ業(yè)相機(jī)2的鏡頭對(duì)準(zhǔn)高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心，2個(gè)光源固定支架9對(duì)稱(chēng)固接在暗箱I的左右側(cè)壁上，2個(gè)多光譜光源組件6互為對(duì)稱(chēng)分別安裝在左右2個(gè)光源固定支架9上，所述多光譜光源組件6為圓弧形結(jié)構(gòu)，圓弧的圓心在高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心位置，多光譜光源組件6的中心線與高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心線之間有45°夾角，控制電路8的光源供電輸出端與多光譜光源組件6上的大功率LED陣列7的電源輸入端連接，LED即為發(fā)光二極管，高度可調(diào)載物臺(tái)4的電控信號(hào)輸入端與控制電路8的控制信號(hào)輸出端連接，控制電路8的輸入端與計(jì)算機(jī)11的控制輸出端連接，CCDエ業(yè)相機(jī)2的圖像信號(hào)輸出端與圖像采集卡10輸入端連接，圖像采集卡10輸出端與計(jì)算機(jī)11的圖像信號(hào)輸入端連接。相機(jī)固定支架3為上下、左右和前后可調(diào)的手動(dòng)三維調(diào)節(jié)支架。高度可調(diào)載物臺(tái)4為上下可調(diào)的電控ー維調(diào)節(jié)架，由計(jì)算機(jī)11通過(guò)控制電路8控制。光源固定支架9為上下和光源組件仰角可調(diào)的手動(dòng)調(diào)節(jié)支架，光譜光源組件6的中心線與高度可調(diào)載物臺(tái)4臺(tái)面的中心線的夾角范圍為45°。CXDエ業(yè)相機(jī)2為UNIQ公司UM301型號(hào)相機(jī)，該相機(jī)光譜的響應(yīng)范圍為400-1 lOOnm。圖像米集卡 10 為 Matrox 公司的 CronosPlus。如圖2所示，多光譜光源組件6由圓弧形的光源底座601、圓弧形的鋁制散熱片602和大功率LED陣列7組成，鋁制散熱片602固接在光源底座601的內(nèi)圓弧面上，大功率LED陣列7安裝在鋁制散熱片602的內(nèi)圓弧面上。大功率LED陣列7由LED I 701、LED II 702、LED III 703、LED IV 704、LED V 705 和 LED VI 706 組成，LED I 701、LED II 702、 LED III 703,LED IV 704,LED V 705和LED VI 706自左向右依次排列在同一條圓弧線上分別置于鋁制散熱602的6個(gè)LED安裝位置。大功率LED陣列7所用的各個(gè)大功率LED，功率為3W，額定電流為700mA。該大功率LED的中心波段主要分布在可見(jiàn)及近紅外區(qū)域，包括530nm (綠光)、590nm (黃光)、630nm(紅光)以及近紅外的720nm、850nm和940nm波段，半波帶寬平均為±15nm。圖3為本發(fā)明采用的6種大功率LED光譜特性曲線，各LED光譜特性曲線如圖中LED I光譜曲線201、LED II光譜曲線202、LED III光譜曲線203、LED IV光譜曲線204、LED V光譜曲線205和LED VI光譜曲線206所示，LED I 701為綠光LED，中心波段為530nm ;LED II 702為黃光LED，中心波段為590nm ； LED III 703為紅光LED，中心波段為630nm ；LED IV 704為近紅光LED，中心波段為720nm ； LED V 705為近紅光LED，中心波段為850nm ；LED VI 706為近紅光LED，中心波段為940nm。檢測(cè)使用中，6種波段的LED依次輪換發(fā)光。圖4A至圖4F和圖5A至圖5F分別為本實(shí)施例對(duì)同一牛肉樣品測(cè)試的多光譜的圖像和提取的牛肉樣品瘦肉部位感興趣區(qū)域(ROI)反射圖像。其中，圖4A至圖4F分別為530nm (綠光)、590nm (黃光)、630nm (紅光)波段以及近紅外的720nm、850nm和940nm波段的LED光源照射下的被測(cè)牛肉樣品的圖像；圖5A至圖5F分別為從圖4A至圖4F中的ROI區(qū)域內(nèi)提取的牛肉樣品反射圖像，用于之后的紋理特征分析。本發(fā)明的工作過(guò)程為圖6為本發(fā)明對(duì)牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)的實(shí)施流程圖，具體操作如下步驟300，啟動(dòng)多光譜圖像檢測(cè)系統(tǒng)程序首先，打開(kāi)系統(tǒng)電源，將需要檢測(cè)的對(duì)象放入暗箱I中，開(kāi)啟LED牛肉多品質(zhì)多光譜檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)程序；步驟310，放置被測(cè)樣本于載物臺(tái)將生鮮牛肉的被測(cè)樣品5置于高度可調(diào)載物臺(tái)4的臺(tái)面上，調(diào)整到固定高度，使被測(cè)樣品5表面到CXDエ業(yè)相機(jī)2的鏡頭距離固定不變；步驟320，啟動(dòng)LED發(fā)光的控制電路；步驟330，LED陣列光源輪換發(fā)光大功率LED陣列7中的不同波長(zhǎng)的LED，按LED I 701、LED II 702、LED III 703、LED IV 704、LED V 705、LED VI 706 順序輪換發(fā)光，依次發(fā)光的波段為 530nm、590nm、630nm、720nm、850nm、940nm ；
步驟340，觸發(fā)CCD相機(jī)采集圖像計(jì)算機(jī)11接收到控制電路8的返回信號(hào)后，觸發(fā)CXDエ業(yè)相機(jī)2采集圖像信號(hào)；步驟350，存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)圖像信息(XDエ業(yè)相機(jī)2通過(guò)圖像采集卡10將采集到的光譜圖像信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)11，存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)多光譜圖像，每個(gè)樣品獲取6幅圖像，如圖4A至圖4F所示；步驟360，多光譜圖像降噪，中值濾波計(jì)算機(jī)11通過(guò)圖像處理程序首先對(duì)獲取的多光譜圖像進(jìn)行降噪、中值濾波等預(yù)處理；步驟370，圖像分割去背景，提取瘦肉部位感興趣區(qū)域(ROI)的反射圖像然后經(jīng)閾值分割、ニ值化步驟去除樣品背景，得到樣本的圖像，由于樣品邊緣不規(guī)則，且樣本中存在結(jié)締組織和脂肪，在判別中容易出現(xiàn)誤判，于是從樣本瘦肉部位提取被測(cè)樣本圖像中的
統(tǒng)ー尺寸的200X200像素區(qū)域作為瘦肉部位感興趣區(qū)域(ROI)的牛肉樣品反射圖像，如圖5A至圖5F所示；步驟380，多光譜的圖像特征提取和紋理分析在選取多光譜的感興趣區(qū)域內(nèi)，提取被測(cè)樣本圖像的灰度共生矩陣的特征參數(shù)，包括能量，熵，均勻性，差異性，對(duì)比度及相關(guān)性，這些特征參量主要通過(guò)描述圖像中象素點(diǎn)間灰度級(jí)的相關(guān)性來(lái)反映紋理特征；以檢測(cè)系統(tǒng)軟件程序所提取的特征參數(shù)矩陣為輸入變量，建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)牛肉嫩度；在大理石花紋含量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，由于在波長(zhǎng)530nm為氧合血紅蛋白吸收波段，脂肪與瘦肉反射光譜有最大的比值，故選擇單一的530nm牛肉樣品反射圖像用于提取牛肉大理石花紋；步驟390，判別牛肉的大理石花紋含量等級(jí)；步驟400，預(yù)測(cè)牛肉嫩度；步驟410，檢測(cè)結(jié)果顯示最后將牛肉嫩度和大理石花紋含量等級(jí)和預(yù)測(cè)及判別牛肉嫩度等級(jí)的結(jié)果顯示在檢測(cè)系統(tǒng)的界面中。本發(fā)明利用多光譜圖像技術(shù)進(jìn)行生鮮牛肉嫩度預(yù)測(cè)和分級(jí)處理，主要基于提取圖像的灰度共生矩陣中的紋理特征參數(shù)進(jìn)行紋理分析的原理灰度共生矩陣是一種通過(guò)研究灰度的空間相關(guān)特性來(lái)描述紋理的常用方法。灰度共生矩陣是對(duì)圖像上保持一定距離的兩像素分別具有某灰度的狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到的，反映了關(guān)于方向、相鄰間隔、變化幅度等綜合信息。作為紋理的特征量，往往不是直接應(yīng)用弧度共生矩陣，而是在灰度共生矩陣的基礎(chǔ)上在提取紋理特征參量，成為二次統(tǒng)計(jì)量。本發(fā)明在對(duì)多光譜圖像進(jìn)行紋理特征分析時(shí)，提取了常用的特征參數(shù)來(lái)反映牛肉樣品的紋理特征。例如能量(ΣΣ {P2(i，j，d，θ)})，主要反映在某個(gè)相對(duì)位置的灰度共生矩陣的強(qiáng)度。熵(-ΣΣ P(I，j)log(P(i，j)))，是圖像信息量的量度，無(wú)紋理時(shí)為0，滿紋理時(shí)為最大，可反映脂肪含量等特征。均勻性(Σ Σ l/l+(i，j)2)P(i，j，d，θ)}),反映了圖像總體上相鄰像素間灰度變化幅度，即被測(cè)樣本的紋理粗細(xì)狀況。對(duì)比度(ΣΣ (i-j)2P2(i, j,d, Θ))，反映了圖像的紋理清晰程度，圖像越清晰，對(duì)比度值越大。式中，i和j分別為兩個(gè)像素的灰度，δ為兩個(gè)像素間的位置關(guān)系，不同的δ決定了兩像素間的距離和方向θ，一般常用0° ,45° ,90°和135°這四個(gè)方向上的位置。用灰度共生矩陣描述紋理的特征參數(shù)還有平均值、方差、慣性等，它們從不同角度對(duì)紋理進(jìn)行分析。對(duì)于實(shí)際的圖像，其紋理往往是很復(fù)雜的，需要在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)不同種類(lèi)及紋理特征的被測(cè)樣本，選用最有利于紋理特征描述的特征參數(shù)進(jìn)行建模分析。
在實(shí)際檢測(cè)中，利用本發(fā)明的多光譜成像檢測(cè)系統(tǒng)采集牛肉樣本的多光譜圖像，然后按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行參照值測(cè)量。采用偏最小ニ乘支持向量機(jī)建模方法，以檢測(cè)系統(tǒng)軟件程序所提取的特征參數(shù)矩陣為輸入變量，建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)牛肉嫩度，預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)可達(dá)到
O.9以上。在大理石花紋含量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，由于在波長(zhǎng)530nm為氧合血紅蛋白吸收波段，月旨肪與瘦肉反射光譜有最大的比值，故可選擇單一的530nm牛肉樣品反射圖像用于提取牛肉大理石花紋，通過(guò)計(jì)算牛肉圖像有效眼肌面積，提取脂肪密度參數(shù)，與大理石花紋標(biāo)準(zhǔn)圖譜比照建立判別模型，可對(duì)牛肉大理石花紋含量進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)，其準(zhǔn)確率能達(dá)到90%以上。本發(fā)明還能針對(duì)不同品種的被測(cè)對(duì)象以及不同的被測(cè)參數(shù)，如檢測(cè)牛肉含水率、肉色等；選擇相應(yīng)特征波段的光源，實(shí)現(xiàn)牛肉多品質(zhì)參數(shù)的快速檢測(cè)。本發(fā)明適用于分割生鮮牛肉的銷(xiāo)售、加工、進(jìn)出口公司，以及質(zhì)監(jiān)部門(mén)的市場(chǎng)監(jiān)瞀。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，圖像采集卡(10)和計(jì)算機(jī)(11)置于暗箱(I)外，在暗箱(I)內(nèi)，高度可調(diào)載物臺(tái)(4)置于暗箱底板的中心部位，檢測(cè)時(shí)被測(cè)樣品(5)置于高度可調(diào)載物臺(tái)(4)的臺(tái)面上，相機(jī)固定支架(3)固接在暗箱頂板上，CXD工業(yè)相機(jī)(2)鏡頭向下安裝在相機(jī)固定支架(3)上，CXD工業(yè)相機(jī)(2)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)高度可調(diào)載物臺(tái)(4)臺(tái)面的中心，2個(gè)光源固定支架(9 )對(duì)稱(chēng)固接在暗箱(I)的左右側(cè)壁上，2個(gè)多光譜光源組件(6)互為對(duì)稱(chēng)分別安裝在左右2個(gè)光源固定支架(9)上，所述多光譜光源組件(6)為圓弧形結(jié)構(gòu)，圓弧的圓心在高度可調(diào)載物臺(tái)(4)臺(tái)面的中心位置，多光譜光源組件(6)的中心線與高度可調(diào)載物臺(tái)(4)臺(tái)面的中心線之間有夾角，控制電路(8)的光源供電輸出端與多光譜光源組件(6)上的大功率LED陣列(7)的電源輸入端連接，所述LED即為發(fā)光二極管，高度可調(diào)載物臺(tái)(4)的電控信號(hào)輸入端與控制電路(8)的控制信號(hào)輸出端連接，控制電路(8)的輸入端與計(jì)算機(jī)(11)的控制輸出端連接，CXD工業(yè)相機(jī)(2)的圖像信號(hào)輸出端與圖像采集卡(10)輸入端連接，圖像采集 卡(10)輸出端與計(jì)算機(jī)(11)的圖像信號(hào)輸入端連接； 所述多光譜光源組件(6)由圓弧形的光源底座(601)、圓弧形的鋁制散熱片(602)和大功率LED陣列(7)組成，鋁制散熱片(602)固接在光源底座(601)的內(nèi)圓弧面上，大功率LED陣列(7)安裝在鋁制散熱片(602)的內(nèi)圓弧面上，所述大功率LED陣列(7)由LED I (701)、LED II (702)、LEDIII(703)、LED IV(704)、LED V (705)和 LED VK706)組成，LED I (701)、LED II (702)、LED 111(703)、LED IV (704)、LED V (705)和 LED VI (706)排列在同一條圓弧線上分別置于鋁制散熱片(602)的6個(gè)LED安裝位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，所述LED I (701)為綠光LED，中心波段為530nm;所述LED II (702)為黃光LED，中心波段為590nm ;所述LED 111(703)為紅光LED，中心波段為630nm ;所述LED IV (704)為近紅光LED，中心波段為720nm ;所述LED V (705)為近紅光LED，中心波段為850nm ;所述LED VI(706)為近紅光LED，中心波段為940nm ;檢測(cè)使用中，所述6種波段的LED依次輪換發(fā)光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，所述多光譜光源組件(6)的中心線與高度可調(diào)載物臺(tái)(4)臺(tái)面的中心線的夾角范圍為 30。 45。。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，所述相機(jī)固定支架(3)為上下、左右和前后可調(diào)的手動(dòng)三維調(diào)節(jié)支架。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，所述高度可調(diào)載物臺(tái)(4)為上下可調(diào)的電控一維調(diào)節(jié)架，由計(jì)算機(jī)(11)通過(guò)控制電路(8)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源固定支架(9)為上下和光源組件仰角可調(diào)的手動(dòng)調(diào)節(jié)支架。
全文摘要
本發(fā)明屬于食品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于多光譜圖像技術(shù)的生鮮牛肉嫩度檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)，在暗箱內(nèi)，CCD工業(yè)相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)高度可調(diào)載物臺(tái)臺(tái)面的中心，2個(gè)多光譜光源組件分別通過(guò)2個(gè)光源固定支架對(duì)稱(chēng)置于暗箱的左右側(cè)壁上，多光譜光源組件上的大功率LED陣列有6種波段的LED組成，檢測(cè)時(shí)被測(cè)樣品置于高度可調(diào)載物臺(tái)的臺(tái)面上，6種波段的LED依次輪換發(fā)光，CCD工業(yè)相機(jī)采集被測(cè)樣品的多光譜的圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理提取多光譜的瘦肉部位感興趣區(qū)域的牛肉樣品反射圖像，從而提取牛肉大理石花紋，對(duì)牛肉大理石花紋含量進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)和預(yù)測(cè)牛肉嫩度。本發(fā)明適用于分割生鮮牛肉銷(xiāo)售、加工、進(jìn)出口公司，以及質(zhì)監(jiān)部門(mén)的市場(chǎng)監(jiān)督。
文檔編號(hào)G01N21/25GK102854148SQ20121031663
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者徐楊, 田瀟瑜, 彭彥昆, 馬世榜, 唐鳴, 牛力釗 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)