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1、现代食品检测技术课件09食品无损检测新技术与融合技术 目录z 一、食品、农产品快速无损检测研究的一些概 念 z 二、食品、农产品快速无损检测技术（结合本 课程组研究的相关成果） z 三、农产品快速无损检测研究展望 z 四、农产品无损检测的应用介绍2一、食品、农产品快速无损检测的一些概念1. 食品、农产品品质无损检测的意义(1)实现农产品、食品加工增值，提高农民收入基本不经检测和分类直接上市，品质良莠不齐，无法按 质论价，也不利于出口创汇。 而发达国家的检测和分类很多已经自动化，甚至 “论个卖、 贱卖的直接结果 农民收入低。 论颗卖”，增加了附加值，增强了市场竞争力31、食品、农产品品质无损检测
2、的意义(2)无损检测技术一定要有自主知识产权 我国食品、农产品品种多，靠进口设备无法解决 受制于国 进口设备硬件：价格昂贵，维护不便 外厂家 软件：只针对某一品种,柔性差(3)无损检测技术研究具有重要的理论价值 理论和技术领域极宽,属多学科交叉领域 无现成的理论和通用设计方法42 什么是食品、农产品品质无损检测？相应响 应信号 一定形式的输入能量 (光、声、电等)检测 对象光 声 电 力学特性 目前用得最多的是一些单一技术，如：计算机视觉、 超声波、力学、电学、电子嗅觉等。53 食品、农产品品质无损检测采用哪些主要方法?核磁共振 (NMR) 电子自旋共振 (ESR)介电常数 导电率近红外 可见
3、电容容量磁 特 性 方 法振动超声波 声音 压缩电 特 性 方 法法 方 力学X射线红外紫外无 损 检 测 方 法光 学 方 法放射线方法射线射线64 食品、农产品品质无损检测有那些优点?农畜产品品质无损检测具有传统方法无法比 拟的优点: z除得到样品的外部品质信息外，也能获得很 多的内部品质信息，同时保证了样品的完整 性； z检测结果客观、准确、重现性好； z检测速度又较传统的化学方法迅速、绿色。75. 食品、农产品品质无损检测研究有哪些理 论价值和社会效益? 理论价值:这项研究集成了农业物性学、信息技术、 人工智能、计算 机技术、传感技术、光谱技术等多个学科知识，属多学科 交叉领域，具有重
4、要的理论价值。 社会效益：增加农产品的附加值提高农民收入 使农产品加工业从劳动密集型走向技术密集型 构建现代农业 起着 重要 作用已成为当前农业工程领域科学研究的热点！8二、食品、农产品快速无损检测技术（结合本课程 组的相关研究成果）国家863专项 “农畜产品品质快速 无损检测技术” 2002AA248051 国家自然科学基金 “农产品品质评判 的识别模型” 30370813 教育部博士点专项基金 20040299009 江苏省自然科学 基金BK20010882002年以来 本课题组 完成的相 关课题国家863项目 “基于立体视觉的果 实信息的快速提取 定位及机械手避障” 国家自然基金项目 基
5、于电子鼻和GC-MS的 香醋香味物质和呈香机 理研究30672199江苏省自然科学 基金重点项目 BK2005707-1 江苏省自然科学 基金BK20020059二、食品、农产品快速无损检测技术（结合本课程 组的相关研究成果） 正在进行中的相关项目国家十一五科技支撑计划“农产品品质检测和商品化技术装备” -禽蛋动力学及裂纹检测技术2006BAD11A12 国家863项目“基于高光谱图像的无土栽培作物 营养元素亏缺研究2008AA10Z208” 国家自然科学项目：基金名优茶品质智能评审中的 新传感技术及融合模型 国家自然基金项目：高光谱图像信息提取和识别模型 国家自然基金项目：基于近红外茶叶的光
6、谱信息提取和分类 国家自然基金项目：野外果实信息的快速获取与机械手避障研究 江苏省自然科学基金3项10二、食品、农产品快速无损检测技术（结合本课程 组的相关研究成果） 1.无损检测新装置及前沿新技术的研究 1） 农产品气味的图像化识别系统 2）三摄像装置同步拍摄的水果等级检测系统 3）电子视觉智能化分拣机（两台） 4）食品异物软X射线检测系统 2 .在国内外首次开展了融合技术在农产品无损检测中 的应用研究 1)两技术融合的牛胴体质量快速无损检测装置 2)三技术融合的水果无损检测系统113）电子视觉智能化分拣机（1）软胶囊检测装置简介 发明点（创新点）： 首次将计算机图像处理技术用于软胶囊的分拣
7、；人工自动 开发了国内外第一台智能化软胶囊分拣机，提高 了检测速度和精度，大大降低了劳动成本。12（2） 计算机视觉小西红柿分选装置分等分级 输送装置 摄像装置 上料装置 控制柜1314振动上料盘电子视觉图像处理及电气控制检测速度： 10粒/秒 生产率： 30万粒/天气动分选 胶囊输送高标准地保证 了产品质量电子视觉软胶囊自动分拣装置15农产品气味的图像化识别系统从来，气味是闻的，气味能否用 眼睛看呢？ 利用卟啉类化合物与气体反应时 颜色明显变化的性质，研究了将 气味变化用颜色变化来呈现的嗅 觉图像化技术。气味看得见了!由30种卟啉组成点阵：反应前反应后差值图像16基础研究：应用研究：衡水老白
8、干红星二锅头洋河优曲枝江大曲“闻”了各种醇类后所得的差值图像“闻”了几种酒所得的差值图像17发明点（创新点） 农产品 的气味转换图像 再转换5.488 14.252 19.436 2.064 7.135数字4.001 3.690 2.747 11.307 16.423 2.078 10.444 0.279 6.230 1.226 13.205 15.469 3.068 0.077 6.062 5.025 8.033 0.649 6.079 8.306使气味的表达 既形象又直观有利于数学建模 传感器芯片30种不同的卟 啉组成点阵使气味的 表达精度 每种卟啉颜色的变化 排列组合 更高 用256个色
9、彩级表达 卟啉的这是国内外第一台气味图像化识别系统。 该成果将在酒类、饮料等的真假识别 起重要作用182）三技术融合的水果无损检测系统原理及检测装置 发明点（创新点）：（1） 研究了多信息融合的理论和最优融合原则； （2） 这是一台首次融合了三种技术的水果无损检 测系统， 查新结果表明该项工作属国内外首创19z原理介绍该系统将苹果的近红外光谱信息、视觉信息、气味信 息融合起来，同时对苹果的大小、颜色、形状、糖酸 度和成熟度等进行检测，实现质量的综合评判。z装置介绍计算机视觉与嗅觉两种技术 融合的检测装置计算机视觉、电子嗅觉和近红外分析 三种技术融合的水果无损检测系统20计算机视觉和近红外光谱技
10、术融合的 牛胴体质量等级检测方法及装置 1.检测系统 2.发明点（创新点）：1）首次建立了参照国家标准 的牛胴体质量无损检测系统 2）检测系统实现了计算机视 觉和近红外光谱两种技术的 融合21标准 图样脂肪背长肌区域眼肌切面赘肉胸椎切面 软骨区域 软骨区域22牛胴体质量检测系统大理石花纹 等级评定 分割背长肌区域 判定大理石花纹等级 采集图像 生理成熟度 （骨龄）评定 分割软骨区域 判定生理成熟度等级近红外光谱牛胴体质量等级评定嫩度等级评定23牛肉大理石花纹等级评定去 背 景 牛肉眼肌切面 去除黑色背景的灰度图像 去除黑色背景牛肉图像的R、G、 分割 ） B分量灰度直方图 M FC （ 聚类
11、值 C均 模糊 求直方图形态滤波经FCM分割后二值化的 牛肉图像腐蚀和填充后的结果提取的背长肌区域背长肌的大理石纹24生理成熟度(骨龄)判断I2软骨区域图象I3254）食品异物软X射线检测系统z 所开发的软X射线成像与检测装置系统，系统可以用于食品 异物的检测以及水果内部品质的检测。系统包括硬件系统与 相应的软件系统。 （1）硬件系统包括输送装置、软X射线发射装置和接受装 置，射线防护装置等 （2）软件系统处理过程 z 发明点（创新点） （1）本课题采用软X射线成像技术应用于食品中异物检测。 该技术是一项新的检测技术，是以辐射成像技术为核心，集 电子技术、计算机技术、信息处理技术、控制技术和精
12、密机 械技术于一体的新技术。 （2）开发的实验装置开创了国内X射线技术应用于食品工 业的先例，具有很强的推广性。26X射线成像与检测装置系 统2728三摄像装置同步拍摄的水果等级检测系统摄像头3 摄像头2 摄像头1输送线操作控 制系统(1).苹果随着输送带移动，进入光箱后一边随着输送带移动同时开始自转 (2).三个摄像头从不同角度同步拍摄转动中的苹果，获得9幅图像29每个苹果9幅图像获取示意左 中 右30发明点（创新点）： 做到了 信息的无遗漏，提高了检测精度：CCD1信息遗漏1520 三个摄像头从不同角度连续拍 摄9幅照片保证了信息无遗 漏，提高了检测精度，这是国 内外没有报道过的。（见查新
13、 报告2005-337）CCD3CCD1 CCD2 突破常规，解决了信息量激增后的检测速度问题： 对同一苹果的9幅图像直接处理，而不是采用三维重构； 采用统计方法提取苹果的大小、形状特征值； 采用逻辑判别方法提取苹果的缺陷特征值；31分等分级输送装置摄像装置上料装置控制柜正在为美国加州戴维斯农场设计制造的 计算机视觉小西红柿分选装置32三、农产品快速无损检测研究展望 新技术的研究 （1）高光谱图像分析技术 （2）X射线断层摄影扫描成像技术 融合技术的研究 新的数据处理方法的研究应用33（1）高光谱图像分析技术 基于滤波片的高光谱图像系统 1）基于滤波片的高光谱图像系统 2）基于滤波片的高光谱图
14、像数据 基于图像光谱仪的高光谱图像系统 1）基于图像光谱仪的高光谱图像系统 2）基于图像光谱仪的高光谱图像数据34基于滤波片的高光谱图像系统35基于滤波片的高光谱图像数据高光谱图像的获取方式连续采集一系列波长下的样本二 维图像（x，y） 图像块（x，y，）36基于图像光谱仪的高光谱图像系统37基于图像光谱仪的高光谱图像数据z任意一个波长下都对应着一张图像，对不同的检测目标可以找到 一张最适合的图象； z不同波长图象上的同一个位置点构成了一条光谱，光谱信息能充 分反映农产品内部的物理结构、化学成分。38（2）X射线断层摄影扫描成像技术X射线断层摄影扫描原理X射线断层摄影扫描成像39融合技术的研究
15、 反映农产品品质的指标是多方面的，某种单一的 检测技术往往不能全面地描述一个对象，只能描 述其中某一个方面。将几种检测技术融合，充分 利用多元信息，才能使农产品的质量得到客观、 全面的的评价。因此，融合技术的研究应该是无 损检测研究的新发展方面。 多种传感信息融合的三个级别： （1）数据层（原始层）融合 （2）特征层（中间层）融合 （3）决策层（最高层）融合40融合技术的研究传感器1 数 据 融 合 特 征 提 取 综合判断（1）数据层融合传感器N传感器1传感器N传感器1传感器N特征提取 综合判断（2）特征层融合特征提取特征提取特征提取对指标1判断对指标N判断综 合 判 断（3）决策层融合41
16、新数据处理方法的应用 随着应用数学和化学计量学的发展，许多 现代数据处理方法应用在农畜产品无损检 测的数据预处理、特征提取和模式识别过 程中。如小波分析、独立分量分析、遗传 算法、神经网络、支持向量机等都可以在 农畜产品无损检测的论文中找到。它们为 农畜产品无损检测提供了先进的数据处理 平台，提高了检测精度和速度。42四、农产品无损检测的应用介绍 现在我们以禽蛋的无损检测为实例，看 看国外发达国家的无损检测水平 主要利用声学特性、光学特性、电学特 性、力学特性等检测禽蛋品质43声学特性检测裂纹44光学特性检测新鲜度45力学特性的应用大小头调整46力学特性检测重量分级47自动分级包装48贴标签49水果重量和糖度的在线分级 再以水果糖度和重量的无损检测为例,看看 发达国家无损检测水平。50水果糖度的现场监测 手持式的糖度检测仪得到广泛地应用51 从以上三个实例可以看出,无损检测技术在 生产上的应用呈现出以下几个趋势:由半自 动化向全自动化、外部品质检测向内部品 质检测、操作由复杂化向简单化和方便化、 规格标准的文字化向数字化转化。5253百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆 31