《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

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21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342什么是食品、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4近红外可见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5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6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BK200108872002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于电子鼻和GCMS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BK20057071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8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；人工9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10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11反应后差值图像16基础研究应用研究衡水老白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12“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5488142521943620647135数字4001369027471130716423207810444027962301226132051546930680077606250258033064960798306使气味的表达既形象又直观有利于数学建模13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1914Z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1521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16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MFC（聚类值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17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18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272819三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3020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。（见查新报告2005337）CCD3CCD1CCD2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21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3322（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，）2336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24X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25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26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4127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2844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