（动物遗传育种与繁殖专业论文）计算机视觉技术在猪肉质评定中的应用.pdf

摘要 肉质评定是养猪生产的一个重要内容。依靠人的感官进行评定的方法受到诸多因素的影响和 制约，有很大的主观性和随机性，在准确性方面存在一定弊端。传统的实验室测定方法不仅耗时， 而且耗费实验材料，所以它也不适用于实际生产中肉的等级分类。通过运用计算机视觉技术来对 猪的肉质评定进行量化，可以提高肉质评定的准确性和工作效率。同时也消除了传统品评定方法 的弊端。如果在不同品种、不同环境中进行较大规模试验，获得相应条件下的回归方程，此方法 即可替代传统澍定方法的大部分工作而获得更大范围的应用。 本研究选取大长二元猪5 6 头，采用k o d a kd x 7 6 3 0 数码相机固定物距和焦距，对屠宰分割后 的6 7 肋处眼肌横截面进行拍照同时测定眼肌面积、肌内脂肪和肉色。利用图像处理技术对眼 肌图像进行处理，提取图像特征，建立实测指标与相应图像特征的关系模型。 研究的结果为： 眼肌面积与对应图像特征的相关性显著( p o 0 5 ) ，建立了回归方程y ：o 1 4 2 x + 1 6 2 4 ( r ：= 0 5 8 ) 肌内脂肪与对应图像特征的相关性极显著( p o 0 1 ) ，建立了回归方程y ：o 4 7 6 3 x + 0 1 4 2 1 ( f = 0 7 9 ) 。 计算机视觉技术在猪肉质无损评定中的应用是可靠的，既克服了传统方法的缺陷。又具有较 高的效率和准确性。 关键诃 猪，肉质，计算机视觉 中国农业大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h ee v a l u a t i o no f m e a tq u a l i t yi sa l li m p o r t a n tp a r ti nt h ep i gi n d u s t r y t h ew a yw h i c hu s e so u rs e n s e o r g a nt oe v a l u a t ei si n f l u e n c e da n dr e s t r i c t e db ym a n yf a c t o r s t os o m ee x t e n t ，i ti ss u b j e c t i v ea n d r a n d o m ，a n dn o t9 0 0 da tv e r a c i t y t h et r a d i t i o n a lm e t h o dw h i c he v a l u a t i n gm e a tq u a l i t yi nl a b o r a t o r y c o s t st o om u c ht i m ea n dm a t e r i a i s s ot h i sm e t h o dc a nn o tb eu s e df o rc a r c a s sc l a s s i f i c a t i o ni nt h e p r o d u c t i o n b yt h ea p p l i c a t i o no fc o m p u t e rv e r s i o nt e c h n o l o g y , t h ec o n t e n to fm e a tq u a l i t yi s q u a n t i t a t e d i tm a k e st h ee v a l u a t i o no fm e a tq u a l i t ym o r ev e r a c i t ya n de f f e c t i v e a tt h es a m et i m e ，t h i s m e t h o do v e r c o m e sm a n yd e f e c t so f t h et r a d i t i o n a lw a y i fl a r g e s c a l ee x p e r i m e n t sc a nb ed o n eb e t w e e n d i f f e r e n tb r e e d so ri nd i f f e r e n te n v i r o n m e n t sa n di f t h er e g r e s s i v ee q u a t i o n si nd e f i n i t ec o n d i t i o nc a nb e g o tf r o mt h e s ee x p e r i m e n t s ，t h i ss o l u t i o nc a nb eu s e df o ras u b s t i t u t i o no ft h et r a d i t i o n a lw a y , a n db e a p p l i e dm o r ew i d e l y i nt h i ss t u d y ，5 6y o r k s h e r e l a n d r a c ep i g sw e r ec h o s e n l o i n - e y ep i c t u r e sw e r eo b i t a i n e db y k o d a kd x7 6 3 0d i g i t a lc a m e r aw i t hf i x e dl e n sd i s t a n c ea n df o c u s l o i n - e y ea r e a ，i n t r a m u s c u l a rf a t c o n t e n ta n dm e a tc o l o rw e r ee v a l u a t e dm a n u a l l y t h ep i c t u r e sw e r ep r o c e s s e db yd i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g t h ef e a t u r e sw e r ep i c k e du df r o mt h ei m a g e sa n dt h em o d e l sb e t w e e nm a n u a ld a t aa n d i m a g ef e a t u r e sw e r eb u i l t t h er e s u l t sa r eb e l o w t h em o d e l sb e t w e e nm a n u a ld a t aa n dt h ei m a g ef e a t u r e s w e r ee s t a b l i s h e d t h em o d e lb e t w e e nl o i n - e y ea r e aa n dr e l a t i v ei m a g ef e a t u r e sw a sb u i l t t h ee q u a t i o n w a sy = 0 1 4 2 x + 1 6 2 4 ( 一= o 5 8 ) t h em o d e lk t w e e n ；n t r a m u s c u l a rf a tc o n t e n ta n dr e l a t i v ei m a g e f e a t u r e s w a s b u i l t t o o t h ee q u a t i o n w a sy = o 4 7 6 3 x + 0 1 4 2 l ( r z = o 7 9 ) t h e t e s ts h o w e d t h a t ；t w a s m o r er e l i a b l ea n dh i g hp r e c i s i o nt oe v a l u a t em e a tq u a l i t yb yt h ec o m p u t e rv i s i o nt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：p i g ，m e a tq u a l i t y , c o m p u t e rv b i o nt e c h n o l o g y 独创性声明 y 9 3 8 5 2 9 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：墨l 固二】 时间：z 胛年f 月a 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 鼍i 斛 彩逻 时间：扣占 时间：z n 多 年月2 日 辱g 勉| 黾 第一章绪论 1 1 我国养猪生产的现状 我国养猪生产已经由现代化养猪生产方式代替了传统的养猪生产方式，从而使养猪生产的水 平大大提高。据有关部门统计，到2 0 1 0 年，我国人口将达到1 4 0 4 亿，如人均肉类消费水平为 7 0 k g ( 按目前中等发达国家计算) ，其中猪肉约占6 5 即4 5 5 k g ，全国猪肉需求量为6 3 8 8 2 万吨， 以每头胴体重7 6 k g 计，则需出栏肉猪8 6 3 亿头，如按出栏率1 5 0 计算，需养存栏猪5 7 5 亿头。目 前，我国养猪生产己经有了较大的发展，主要表现在：第一猪的存栏数和猪肉产量持续快速增 长。2 0 0 3 年猪的存栏数4 7 1 0 0 万头，较1 9 7 8 年增长1 6 8 7 2 5 y 头：年猪肉产4 5 5 6 6 6 万吨较1 9 7 8 年 增加3 7 0 0 3 5 万吨：出栏率1 2 4 7 4 ，较1 9 7 8 年提高了7 1 2 7 个百分点。人均猪肉占有量大幅度提高。 2 0 0 1 年人均猪肉占有量3 3 4 0 k g ，较1 9 7 8 年的9 o o k g 增加2 4 3 0 k g 。第二，规模化、集约化、工厂 化养猪的迅速发展开辟了养猪产业化的新局面。通过引进国外先进技术和设施，对养猪业的发 展起到了示范和促进作用。规模猪场出栏猪占生猪总出栏量的比例已达到3 0 第三，猪品种选育、 品种资源保护和良种引进均得到了加强。为适应养猪生产发展的需要，积极引入国外瘦肉型良种 猪种，除长白、大约克夏外，还引进了杜洛克、皮特兰和汉普夏，以及迪h 、p i c ，斯格和达兰等 配套系猪。通过新品种( 系) 或配套系培育以及杂种优势利用的研究，已经育成了4 0 多个新品种( 系) 或配套系。同时，还研究和实施了我国地方猪种的保护及利用方法和途径。第四，饲料和添加剂 工业发展迅速，跃居世界第二位口前，我国己成为世界第二饲料工业大国。2 0 0 2 年全国配合饲 料产量达8 0 0 0 万吨，其中。猪的配合饲料占很大比重。第五，市场的开放使养猪业运转体制发生 了根本性的转变，牧工商一体化经营，产，学、研的结台，促进了养猪产业化的发展。 1 2 猪的肉质性状 中国养猪业渊源流长，早在一万多年前中园已开始饲养家猪。目前世界上存在着3 0 0 多个猪 的品种中，中国猪种约占有1 2 6 个品种，其中收录在中固猪品种志中的有地方品种4 8 个t 培 育品种1 2 个，国外引进品种6 个。当今中国猪的存栏数占世界的4 8 9 9 6 ，猪肉产量占世界4 7 3 左右。我国养猪业经过多年的持续发展，在生猪存栏数与猪肉产量上均居世界首位。国内猪肉市 场供需平衡而略有剩余。但在国际市场上，中国猪肉的出口量仅占很小份额。近年来特别是 我国加入w t o 后，生产优质猪肉的呼声日益高涨，使我们立足国际竞争和养猪产业可持续发展战 略的高度来重新审视这一问题，目前形势与任务赋于优质猪肉生产以更加迫切和重要的意义。随 着我国经济的发展、居民生活水平的提高人们对猪肉的需求由过去的脂肪型，发展n - - - 十世纪 八十年代的瘦肉型。到了二十世纪束二十一世纪初，人们已经不满足于仅仅对猪肉营养的需求， 开始追求猪肉的风味和口感即猪肉的质量，同时更注重猪肉的安全闻露。另一方面，由于国内 对猪肉消费的增加以及对外贸易的发展，我国从二十世纪八十年代规模化养猪场开始出现。养猪 的经济效益非常可观，到后来养猪经济出理薄利。发展到最近几年养猪微利，猪肉的质量不符合 人们的需求是其中一个重要的原因( 曹洪战，2 0 0 3 ) 。 猪肉品质很早就为人所关注，许多学者在这一领域傲了大量的工作，先后对一些猪种的肉质 进行了研究并搞清了劣质肉产生的原因和机制。中国地方猪种有很多优良种质特性，其中最主要 的是：繁殖力高，肉质好，抗逆性强。国外一些高度培育的瘦肉型品挣和品系，虽然具有生长快、 饲料转化事高和瘦肉产量多的优点，但内质不佳，p s e 肉( 肉色灰白、质地松软、切面渗水的劣质 肉) 出现机率较高，使养猪业蒙受巨大经济损失。我国地方猪种肉质显著优于外国猪种，民猪、 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 金华猪、嘉兴黑猪、二花脸猪、姜曲海猪、内江猪、大花白猪、香猪和大围子猪等9 个中国地方 猪种，肉色鲜红，没有灰白色肉：与对照品种( 长白猪、大约克夏猪等) 肉质性状比较，肌肉系水 力良好，失水率( ) 平均低6 8 ：p h 均在6 1 以上，比对照猪高0 4 ；肌肉大理石纹分布均匀、含量 适中：肌肉千物质百分数高2 8 ，肌内粗脂肪百分数高1 8 ( 其中民猪肌内粗脂肪最高，达6 1 0 ) ， 肌纤维直径比对照猪小1 8 4 ，单位面积内肌纤维数多3 4 ，7 。所有这些优良肉质性状形成了中国地 方猪种肉质细嫩、多汁、肉味香浓、适口性良好的优良品质。这一点将成为我国猪肉竞争国际市 场的一大优势。但随着对高瘦肉率猪的选育，猪肉肌纤维有变粗、嫩度下降的趋势，严重影响了 猪肉的适口性。肉质改瞧己成为月前猪育种工作的重点。m c d o n a l d 等( 1 9 9 2 ) 对猪肉品质的遗传 特性进行了研究，揭示了猫应激综合症( p s s ) 的位传机理，并提出了合理使用瘦肉率高但肉质 差的品种的育种方案。g w a n n e y 等( 1 9 9 6 ) 对瘦肉型猪的肉质进行了研究，提出了决定猪肉质量 和食用品质的主要因素。刘小军0 9 9 5 ) 更加广泛深入的研究，如肉的嫩度、风味多汁性、系水力 与肉色等，已经从肌肉生理学、生物化学和组织学等不同方面进行了研究，并取得了很多有用的、 可信的结论。 1 2 1 肉质性状的概念 猪的肉质( m e a tq u a l i t y ) 为复合性状( c o m p l e xt r a i t ) ，通常包括影响肌肉感官质量的一系 列理化性状，以及肌肉的食用品质( e a t i n gq u a l i t y ) 特性等：从广义上讲，肉质还应包括胴体组 成和脂肪质量，如胴体瘦肉含量既是胴体品质的重要指标，也是肉质特性的重要构成因素，而胴 体中脂肪质量不仅决定着肉品的紧实性，而且还很大程度上影响着肉品的感官品质。不同的国家 和民族之间，因长期的生活习惯和生活方式的差异，对肉质的要求不尽相同，如西方社会普遍侧 重肉质的加工特性和营养品质等，而东方社会则普遍侧重肉质的色、香、味等特性。不同的生产 部门间对肉质的关心也有着不同的含义，如生产销售方面最为关心的性状为活重、屠宰率、肌肉 发达程度、低脂肪率和一般外观：肉品加工包装部门则关心肌肉的坚实性、肉的颜色、分割肉的 重量及加工中的失重：零售商对质量的定义则包括对内的外观的要求、贮存稳定性和货架期的长 短：消费者关心的是影响熟肉适口性的那些特性( 如嫩度、风味和多汁性等食用品质性状等) 。 h o f f m a n n ( 1 9 9 4 ) 从总体上将肉质特性概括为如下四个方面：即感官品质、加工属性、营养价值、 卫生质量或安全特性。其中，感官品质是指影响消费者是否经常买肉和吃肉的性质：加工属性是 指肉品是否适合进一步加工的性质，这一性质主要取决于屠宰后的处理：营养价值包括肉的化学 组成和适合人类食用的特性：卫生质量或安全特性则意味着应不存在有害微生物及药物残留等。 由此可见，肉质的含义是比较广泛的，影响肉质的因素也很多其中遗传因素和环境 1 2 2 肉质性状的影响因素 肌肉品质变劣是受遗传因素控制，并受宰前处理( p r e s l a u g h t e rt r e a t m e n t ) 和屠宰条件 等的影响。 、遗传因素 般研究认为，肌肉品质与猪的遗传因索如氟烷基因密切相关( l e a c h 等，1 9 9 6 ) 。氟烷敏感 个体中有6 1 1 表现为p s e 肉，非氟烷敏感体仅有2 2 3 。遗传分析认为，猪对氟烷的敏感性是 受常染色体上单一位点的隐性氟烷敏感基因( h a l ”) 控制，呈简单的盂德尔方式遗传，且有可变 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 的外显率和表现度，其基因型有h a l “h a l “、h a l “h a l “和h a l ”h a l “三种。进一步研究认为，该基因 被定位在猪染色体6 p 1 卜q 2 1 上，全长至少2 4 0 k b ，约含1 0 0 个外显子。由于该基因1 8 4 3 碱基 c ( 胞嘧啶) 突变为t ( 胸腺嘧啶) ，导致编码氨基酸由a r g 变成c y s ，从而造成c a ：释放通道功能 异常，同时有可能改变了邻近丝氨酸残基酸的活性，影响其磷酸化作用，其结果是活体时较易在 外界有害刺激下出现应激综合征( p o r i n es t r e s ss y n d r o m e ，p s s ) ，屠宰后较易出现劣质肉。 二、宰前处理 不同的宰前处理对肌肉品质有不同程度的影响。研究结果表明，宰前鞭打、惊吓和粗暴驱赶 可诱发p s s , 空腹、运输、监禁的时间对肉质有显著影响，因为在空腹、运输、监禁期间消耗了 猪体内储存的能量。一般认为，宰前猪体内储存的能量越高，宰后出现p s e 的可能性越大，宰前 体内贮存的能量越低宰后出现d f d 肉的可能性越大。击昏( s t u n n i n g ) 方式对肉质也有影响， 研究结果表明，低频击昏时，无论是高压还是低压，p s e 肉的发生率都高于高频低压，而c m 击 昏时，p s e 肉的发生率低于电击昏表明c 吨击昏优于电击昏，高频电击昏优于低频电击昏。 三、屠宰条件 不同的屠宰条件如烫毛水温、烫毛时间、胴体温度等对肌肉品质有不同程度的影响。烫毛时 间与烫毛水温有关。水温高时，烫毛时间相对较短，如若烫毛时间过长，则易造成屠体温度升离， 影响肉质。研究结果表明，宰后胴体温度高于3 8 5 c 时，p h - 5 9 的比例明显增高，p s e 肉的发 生率增大。 四、其它因素 影响肌肉品质的其它因素有品种、评定时间与方法、判定标准等，一般认为，不同品种猪肌 肉品质间存在差异，其遗传力也存在差异，如肉色长白猪为0 3 2 4 - o 0 9 、大约克猪为0 3 5 + _ 0 1 2 ， 滴水损失长白猪为0 0 1 0 0 6 、大约克猪为0 3 1 0 1 2 ，肌内脂肪长白猪为0 5 8 0 1 0 、大约 克猪为0 6 8 0 1 5 等。评定方法与时间不同，所得结果的差异也很大，如p h 在宰后4 5 m i n 的测 定值明显高于2 h 的测定值，系水力压力法的测定的结果明显高于滴水损失法。 综上所述，比较肌肉品质应在规定条件下标准化的测定结果为依据，否则其测定结果不具有 可比性。 1 2 3 肉质性状的分类 2 3 i 肌肉颜色( m e a tc o l o r ，以f 简称肉色) 肉色是商品肉色、香、味、质几大要素中最直觉最先导的感受印象，是肌肉的生理学、生物 化学和微生物学变化的外部表现，是评定肉质的重要指标。肌肉色素主要由肌红蛋白和血红蛋 3 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 白以及微量有色代谢物组成。肌红蛋白是色素的基本成分，约占总色素的6 7 。肉色的变化主要 由肌红蛋白质( m b ) 决定( f o r r e s t ，j c e ta 1 ，1 9 9 5 ；s w a t l a n d ，h j 1 9 8 2 ) 。肌红蛋白的三种存在形式 还原型肌红蛋白( 紫红) 、氧台胍红蛋白( 鲜红) 、高铁肌红蛋白( 褐色) 赋予肌肉不同的色调。 由于肌肉中正常的酶活动，使肌肉组织中的铁呈还原态( f e 2 + ) ，还原态m b 呈紫红色( 未切割的肉) 。 当把肉切割开来，暴嚣在空气中时，若氧分压很低，色素中铁原子被氧化变成f e 3 + ，呈棕褐色， 这种氧化态的m b 叫做变性m b ( m e t m y o g l o b i n ，m e t - m b ) 。当氧分压高时，还原态的色素与氧分子 反应形成氧合肌红蛋i ! l ( o x y m y o g l o b i n ，m b 0 2 ) ，呈亮红色，很受消费者的欢迎。m b 的这种反应称 氧合作用，这时铁原子价未变( f e 2 + ) 随着空气中气体向肌肉内层的渗透，由表及里地形成氧的 梯度，从而也形成颜色的梯度，肌肉表层的亮红色是由于氧的供应充足所致。因此，在肉色评定 时，要特别注意取样部位和评定时间的一致性( 陈润生，1 9 9 5 ) 。 而肌红蛋白的状态又受到温度、氧气分压、p h 、内面微生物活动、光照、腌制条件( 渗透压) 的影响。为了准确度量肉色必须对上述因子加以限定，并按标准工艺屠宰以避免肌肉中残血( 血 红蛋白) 过多带来度量误差( 张伟力。2 0 0 2 ) 。 影响因素： ( 1 ) 取样部位和评定时间的一致性。 ( 2 ) m b 的状态受到温度、氧气分压、p h 、肉面微生物活动、光照、腌制条件( 渗透压) 的影 响。 ( 3 ) 当种猪携带有劣质肉基因时猪肉的品质会受到很大的影响。 i 2 3 2 肌肉p h 值 p h 值是反映宰杀后猪体肌糖原酵解速率的重要指标，宰后4 5 至6 0 分钟度量的p h 值( p h1 ) 是公认的区分生理正常和异常肉质( p s e 肉) 的重要指标。肌肉中的肌糖原通过无氧代谢途径( 糖酵 解) 生成最终产物乳酸其反应式为：( c 6 h f 0 0 5 ) n + 3 a d p + 3 磷酸2 乳酸+ 2 h 2 0 + 3 a t p + ( c 6 h l 0 0 5 k l 。乳酸的积累导致肌肉p h 值降低肌肉p h 值下降的速度和强度，对一系列肉质性 状( 肉色、系水力、可溶性蛋白浓度、货架期长短) 都有明显影响。肌肉呈酸性首先导致肌肉蛋 白质变性，使肌肉保水力降低和颜色变灰白色，是形成p s e 肌肉的重要机制。因而是评定肉质的 一项重要指标。 影响因素是p h 值下降的速率与遗传、宰前处理、屠宰条件等。 1 2 3 3 大理石纹 脂肪沉积在肌纤维间和肌束间的空隙，形成呈大理石状的纹路称肌肉的大理石纹，是眼观测 定肌肉脂肪含量的指标。大理石纹的多少与肉的多汁性和风味嫩度密切关系。适度的脂肪沉积 4 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 可使肌肉细嫩多汁，香味浓郁。是猪肉质地的重要指标。长白猪肌肉脂肪含量比较少，所以大理石 纹以少量级为多。再者长白猪肌纤维间和肌柬间结缔组织较多，绘准确判定带来一定难度。 大理石纹是肌内脂肪的主观表现，与后者的影响因素是一致的 1 2 3 4 滴水损失( d r i pl o s s ) 猪肌肉中的水以结合水( b o u n d w a t e r ) 、非活动永( i m m o b i l i z e d w a t e r ) 和自由水( f r e e w a t e r ) 形式存在于肌肉的微观结构中，其中结合水约占5 ，这部分水不易受条件改变而变化：非活动 水约占8 0 ，这部份水只有在肌蛋白变性或有外力作用时才发生变化；自由水约占1 5 ，这部分 水较易发生变化。当肌内的p h 维持在正常范围内，肌离栓系其内含水的能力主要取决于毛细管 和表面张力参数，即h = r 2 c o sb d g r ，式中h ；毛细管压，0 ；毛细管与其垂直线的夹角，f 表面张 力，旷重力加速度，d - 液体( 肌浆) 浓度，f 毛细管半径。因此，利用外力作用或不加任何外力 均可测定肌肉的系水力。用漓水损失( d r i pi o s s ) 度量的系水力，是指在一定温度条件下。不摘加 任何外力，只受重力作用下，蛋白质系统的液体损失篮或称贮存损失和自由滴水( 陈润生等， 1 9 9 5 ) 。肌肉的保水力不仅直接影响食肉的滋味、香气、多汁性、营养分损失、嫩度、颜色等食用 品质，而且具有重要的经济意义。 肌肉的p h 值、储存条件、前处理等条件对滴水损失都有影响但与其他指标相比要少，其中 肌肉的p h 值对滴永损失影响很大。肌肉莹酸性时导致肌肉蛋白质变性，使肌肉保水力降低，颜色变 灰白导致形成p s e 肉。 由于尸僵前肌肉的代谢活动产生乳酸、热和c 嘎，肌肉p h 逐渐下降，且肌肉温度升高。温度 升高程度与p h 下降程度相关，估计为2 1 2 p h 单位。肌肉p h 的下降和温度的升高将导致肌肉蛋 白质变性，从而降低系水力。因此屠宰后迅速冷藏对提高肉质十分重要。 i 2 3 5 嫩度( m e a tt e n d e r n e s s ) 肌肉嫩度是评价肌肉食用品质的一项重要指标，同时也是消费者评价肌肉质量高低的标准。 它直接影响着肉的食用价值和商用价值。人们通常所谓的肉嫩和老化，是主观的定性的描述，客 观上是对骨骼肌各种蛋白质结构特性的总摄括( 胨润生，】9 9 5 ) 。 嫩度是猪肉口感的首要物理指标，是猪肉质地和蛋白质结构特性的反映嫩度受多种因素制 约，如品种、年龄、解剖学部位、肌纤维直径与密度、大理石纹程度、羟脯氮酸含量等。屠宰加 工工艺水平对嫩度有显著影响特别是正确的电刺激熟化条件和整胴体冷藏、霉sr j 女：, j 、酸处理和 高压处理都有益于改善嫩度。宰后胴体冷冻速度的控制可以有效的防止冷收缩和解冻僵直，防止 老化。此外，猪肉在烹饪时热处理的温度和时间对嫩度亦有重大影响。肉的嫩度是所有肉质指标 中最不稳定的，最易受干扰的量化指标。因此，嫩度的度量必须对诸多因素加以严格限定。其根 5 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 本原因在于肌肉的组织结构及宰后生物化学变化，特别是取决于肌肉中肌原纤维蛋白的状态( 即肌 球蛋白与肌动蛋自结合的紧密程度) 、结缔组织的组成和含量、肌间脂肪的分布和含量以及肌肉 持水性的大小等。因此肉的总体硬度可以说是由肉中胶原蛋白的含量决定的。提高肉的嫩度，就 要设法降低肉中胶原蛋白的含量，降低肉的本底硬度 1 2 3 6 肌内脂肪含量( i n t r a m u s c u l a rf a t ) 肌内脂肪是指肌肉组织内所含的脂肪，是用化学分析方法提取的脂肪量，不是通常肉眼可见 的肌间脂肪( i n t c r m u s c u l a rf a t ) 。肌内脂肪是猪肉滋润多汁的物理因子，也是产生风味化台物的前 体物质是肉质测定中的重点项目之一。肌内中的脂肪主要以甘油酯、游离脂肪酸和游离甘油等 形式存在于肌纤维、肌原纤维内或它们之间在主观品味评定中，富含适量肌内脂肪对口感惬意 度、多汁性、嫩度、滋味等都有良好作用。根据大理石纹评分可以大致估计出肌内脂肪含量档次， 如大理石纹1 分相当于肌内脂肪2 ，5 分相当于肌内脂肪8 。但某些品种如长白、皮特兰、汉 普夏等的肌内脂肪常低于2 ，而我国早熟的地方品种常高于8 ，此时则无法用大理石纹来推测 肌内脂肪含量，而且现代内质标准对肌内脂肪的定量概念要求精确到o 0 1 。因此度量手段也有 严格要求( 张伟力，2 0 0 2 ) 。据研究肌内脂肪的含量与肉的风味和嫩度呈正相关( w o o d 等，1 9 9 8 ) 。 2 - 3 的肌内脂肪含量可产生理想的口感。 肌内腊肪含量受品种因素的影响。中国地方猪种的肌内脂肪含量高于引进品种猪。据对民猪、 二花脸猪等9 个有代表性地方猪种测定，肌内脂肪含量平均比对照猪高2 2 3 百分单位，其中，民 猪、大花自猪、姜曲海猪、内江猪、河套大耳猪的含量均在5 0 以上( 陈润生，1 9 8 9 ) 。普遍认为， 肌内腊肪丰富是中国猪肉好吃的内在因素之一。国外，发达养猪国家把提高肌内脂肪含量列为新 世纪猪育种的重要选择性状。同时，还受到年龄，饲养条件的影响。 2 3 7 水分 猪肌肉中约含水分7 5 ，且依品种、年龄略有差异。这些水分在高温作用下，由液态变为汽 态而蒸发，其蒸发的水量占肌肉原重的百分率即为肌肉水分。由于肌内中水分含量较高，且肌肉 中含有一些小分子物质如肌糖元、脂肪和可溶性蛋白质等在有氧高温条件下。这些小分子物质 较易发生反应或随水而挥发。因此，常用减压干燥法测定肌肉的水分。 】3 计算机视觉技术 计算机视觉也称机器视觉，指的是计算机自动地获取并分析图像，以获取描述一个景物或控 制某种动作的数据，它是研究用计算机模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术。计算机视觉 是多学科的交叉和结合，涉及到数学、光学、人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、 6 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 图像处理、图像理解、模式识别等多个领域。计算机视觉已有2 0 多年的发展历程。随着计算机、 控制理论、模式识别、人工智能和生物技术的发展，计算机视觉在机器人、工业检测、物体识别、 卫星图像分析、医学辅助诊断、航空测绘和军事技术中的应用越来越广，研究方法也从二维到三 维，从串行到并行，从直接依赖于输入信号的低层处理到依赖于特征、结构、关系和知识的高层 处理。摄像机可以将所耍识别、解释的对象以图像的形式记录下来。实质上摄像机是一个光电 传感器，将反映对象、背景的光信号以电信号的形式记录下来。插入计算机内部的图像采集卡可 以将摄像机采集的电信号转换为数字信号，将图像数字化，以便计算机对其进行各种必要的处理。 光照系统为图像采集提供合适的照明，以利于图像的处理和分析。 与人的视觉能力相比，计算机视觉的总体水平仍然是很低的，问题的关键在于传统的计算机 采用冯诺意曼串行处理结构，不能满足视觉系统全局鸟瞰式综合识别、理解和判断的需要，而 目前出现的许多并行计算机结构，亦不具有任何特殊的视觉功能，因为它们只能模拟视觉系统中 最低层的感知细胞。随着超大规模集成电路技术和计算机结构、算法的开发，数字图像处理技术 不仅在医学、气象、航空航天等领域广泛应用，而且在农业生产和农业现代化方面也已开始应用。 尽管发达国家在此领域己进行了不少研究，仍有许多技术难题还未解决，需进一步深入研究。 计算机测定主要就是借助计算机视觉技术对数码图片进行处理分析，最终达到测定目的。计 算机视觉( 又称机器视觉) 是指利用图像传感器获取对象的图像，并将图像转化成数据矩阵。用 计算机进行分析，同时完成与视觉有关的任务。计算机视觉已有4 0 多年的历史，其理论基础是2 0 世纪7 0 年代中后期逐渐形成的m a r r 视觉计算理论。在这一理论框架下，计算机视觉技术取得了长 足的发展。在农业中得到广泛的应用。 目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测。现在，随着计算机硬件成本的下降和运行速 度的提高，在农产品品质自动检测和分级领域应用计算机视觉技术已变得越来越具有吸引力，国 内外的研究人员己为开发用于农产品品质识别和分级的机器视觉系统倾注了大量心血。机器视觉 不仅是人眼的延伸，更重要的是具有人脑的部分功能，其在农产品品质检测上的应用正是满足了 这些变化的要求。应用计算机视觉技术有利于设计制造自动分级流水线，因而计算机视觉技术在 农产品品质自动检测识别方面有广阔的应用前景。 13 1 计算机视觉系统的硬件组成 一般计算机视觉硬件系统的组成如图l 所示。摄像机将所要识别、解释的对象以图像的形式 记录下来，插入计算机内部的图像采集卡可以将摄像机采集的电信号转化为数字信号，即图像数 字化，以便计算机对其进行各种必要的处理。图中监视器用来观察摄像机的取景范围，类似照相 机的取景器。经处理的图像可通过输出设备输出。 7 圈像采集装置 t 计算机视觉摹缱曩件戤 系统中各组成的功能； 数码照相机摄像机：将光信号转变为电信号。 图像采集版：可将电信号数字化便于计算机工作。另外，图像采集版还具有存储功能。 计算机：进行图像处理的主要部分，主要包括图像预处理、图像变换等步骤。 1 3 2 计算机视觉系统的软件组成 圈2 计算机视觉软件系统的组成 8 中国农业大学醺士学位论文 第一章绪论 要使计算机视觉硬件系统有效地实现所要求的功能，还必须有一套很好的软件系统与之相配 套。软件系统的差别较大，识别的对象、目的不同其软件系统不同，但硬件系统完全一样。其实 软件系统的基本框架是一样的，如图2 所示。其中预处理的目的是消除图像中无关的信息并恢复 加强有用的信息，增强有关信息的可测性和最大限度地简化数据，从而提高图像分割、特征提取， 识别分析的可靠性。图像分割是图像预处理后的进一步工作，基本上是对像素进行分类识别，它 将图像分解为一些特定的性质相似的部分，并对这部分图像进行特征提取、识别分析。 现有可用于实现此功能的软件或语言有m a t l a b 、p h o t o s h o p 、v b 、c h 等。它们各有所长但 是相比之下由美国m a t h w o r k s 公司自2 0 世纪8 0 年代开发的m a t l a b ( m a t r i xl a b o r a t o r y 矩阵实验室) 是一教在图像处理和数据分析都具优势的软件。它具有优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化 能力。本文肌内脂肪含量计算机测定部分所进行的图像处理和分析主要应用了此软件。 1 3 3 计算机视觉系统的工作原理 计算机视觉系统由它的软件系统和硬件系统共同组成，两者的有机结合实现如下的功能。 ( 1 ) 图像采集模块该模块包括灰度图像采集和彩色图像采集两个子功能。 ( 2 ) 图像预处理模块该模块由直方围均衡、图像增强、均值滤波和边缘检测4 个子功能组 成，对采样的图像可以实现平滑、滤波、增强及边缘检测等诸多算法处理。 ( 3 ) 特征提取模块通过图像变换，更易于分析，从而得到相应的结果。 ( 4 ) 结果输出模块检测与分析的结果由一个窗口给出。 图像采集工作是由图像采集卡来完成图像采集卡将摄像机输出的全视频信号，经由其内 部的一个a d 转换器，将其输入的模拟信号数字化，便于计算机工作。 图像预处理中通过滤波实现对噪声的滤除，实现图像的平滑。边缘检测用于增强边缘信息并 作阈值化处理。采用s o b e l 算法可得到只包含边缘信息的黑白二值图。直方图均衡是将原直方图 通过t ( r ) 调整为均衡的，然后反过来按均衡化的直方图去调整原图像，从而达到人眼视觉要求 的目的。 9 田3 计算机柱堂幕麓工作藏蠢墨 图像变换则分成数学函数变换、逻辑变换和几何变换。数学函数变换包括三角函数变换、指 数变换、乘方和开方等单幅变换处理以及多幅图的加减乘除等变换处理；逻辑变换包括各种同源 图像的逻辑运算等变换；几何变换则包括局部和全部图像的几何空问变换，其中包括放大和缩小 的变换。数学变换是对灰度和亮度图像的像素值进行数学变换，依据函数的特性，实现目标图像 的锐化，便于进一步的识别，逻辑变换则对多幅图进行按位逻辑运算。 1 4 计算机视觉技术在肉质性状测定中的应用 肌内脂肪含量是评价肉质等级的重要标志，一般依靠人的感官依据相应的标准去评定，由于 人的感官评定受许多环境因紊、人的心理因素等制约，有很大的主观性和随机性，在准确性方面 存在一定弊端。通过运用计算机视觉技术来对内的大理石花纹含量进行量化，可以提高肉质评定 的准确性和工作效率。1 9 9 6 年。b l g w a r t n e y 等从牛肉真彩图像中提取出h 、s 、l 三个颜色特 征值，分别以三个特征值的标准差和平均值作为研究参数，并与通过化学分析方法所得腊肪含量 进行比较。结果表明，图像中的颜色a 寺征值与肌内脂肪含量存在很强的相关性，二者建立的回归 模型中r 2 值达0 8 7 ，r s d 值为0 0 2 8 。k k u c h i d a 于2 0 0 0 年运用计算机视觉技术预测肉中脂肪 含量，摄取牛肉真彩图像，灰度变换后对图像进行二值化，通过计算得到图像中肌内脂肪面积比 率，并以该指标做为肉中脂肪含量预测指标，经回归分析建立预测方程为y = 0 7 9 3 x 一3 0 吐， r ：= 0 9 6 。g e r r a r d 在1 9 9 6 年运用直方图对牛肉的颜色图像进行分析计算，准确测定了肉的颜色 和大理石花纹。k u c h i d a 于1 9 9 8 年利用翻像分析技术测量得到牛1 2 肋截面眼肌中脂肪面积比率， 根据该指标进行脂肪含量的预测判定，预测准确率达到9 6 ，并为胴体质量分级提供了客观依据。 o l i v i e rb a s s e t 等在2 0 0 0 年还结合运用了其它组织分析技术，分析了多组牛肉切片图像，通过肉样 0 的组织特性而知样茄的质量。 目前，对于肉中大理石花纹的计算机识别应用研究，国内报道不多。2 0 0 2 年，任发政等应 用m a t l a b 图像处理技术分析牛通脊大理石花纹图像，将边界识别算法中灰度等级均匀化，然后 对图像进行直方图分析，确定红白灰度值域，读取像素域值，并对图像二值化，计算红白比例。 将肉眼评定标准与结果对比，发现m a t l a b - 二值化后图像识别结果与肉眼评定标准的相关性很 强，并建立回归方程y = 5 9 5 8 5 2 2 6 9 6 0 x ( y 为肉眼评定不同等级牛肉大理石花纹等级，x 为图 像处理方法所得红白比例) ，r = 0 9 3 6 6 。屠康于2 0 0 3 年探索了以计算机视觉技术为基础，以c + + 程序语言为开发工具，运用图像处理技术，研究计算机视觉系统来对牛肉肌内脂肪含量和分布进 行量化，结果与现有人工标准相吻台并且可以量化表示肌内脂肪的分布。 1 5 本研究的目的意义 在猪肉肉质评价过程中，猪的眼肌面积，肌内脂肪含量和肉色评分是评价猪肉质量的主要因 素和重要指标。目前这些指标的测量大都采用传统测量方法，这些方法复杂、费时、效率低下， 在测量过程中既存在人为误差叉造成肉样损失。如果每头猪都需经过这种测量方法来评价肉质， 势必带来很大的经济损失，因此，探求新的检测方法以达到快速无损测量就显得格外重要。 采用计算机视觉技术对猪的肉质性状进行测定，既保证了评定指标的准确客观，又能避免人 为和环境因素对测定的影响，此外还能极大地提高测定的效率。本研究将通过实验室掼5 定眼肌面 积、肌内脂肪含量和肉色等肉质性状指标，结台对计算机视觉系统得到的图象特征，从而建立肉 质测定数据与相应的图象特征的关系模型，进一步验证计算机视觉技术在猪肉质测定中应用的可 行性。 2 1 屠宰 2 1 1 宰酋处理与宰条件 第二章肉质性状的测定 本试验选取天津宁河原种猪场提供的5 6 头长大二元猪，宰前活重为9 0 k g - 1 2 0 k g 。猪体健 康，营养良好，体表无外伤及肿块。宰前禁食2 0 h 一2 4 h ，禁食期内应供给充足的饮水。宰前严禁 鞭打、惊吓、急赶和互相打斗等有害应激。屠宰猪运抵屠宰场地后应在2 h 内屠宰完毕。 2 1 2 宰过程 猪击晕后于颈下第一对肋骨水平线前缘。偏颈中线左侧4 5 。进刀，进刀深度1 5 c r n 一2 5 c m ，刺 破动脉弓或大血管，放血至猪停止呼吸。烫毛水温控制在6 2 c 一6 5 c ，时间控制在5 m in - 7 m i n 。 分别于剔毛后挣毛时、开膛去内脏后和劈边后用冷水冲淋2 m i n 3 r a i n ，并测量胴体的温度，通常 情况下，胴温应降至3 8 5 c 以下。 2 2 取样 2 2 1 取样时间 取样时间直接影响到测定时间和测定结果，特别是p h 的测定。因此，猪停止呼吸后 2 0 m i n 一3 0 m i n 应取样完毕并立即送达实验室。 2 2 2 取样部位 切取左半胴体胸腰结合部至倒数第6 胸椎部背最长肌，长约3 5 c r n 一4 0 c m 。 2 2 3 取样方法 ( 1 ) 垂直于倒数第6 胸椎部切开背部皮脂，深达肌膜，切口长约1 5 c m 一2 0 c m 。 ( 2 ) 垂直子倒数第6 脾椎部切开背部皮脂，深达肌膜，切口长约1 5 c r a 一2 0 c m 。 ( 3 ) 沿肌膜表层剥离背部皮脂，露出背最长肌，分别于倒数第6 胸椎部和倒数第6 胸椎部横 断背最长肌。 ( 4 ) 顺脊椎的棘突方向剥离骨肉后，再顾脊柱横突方向剥离骨肉，直至完整的l d 取出。 ( 5 ) 贴标签于倒数第6 胸椎部，标签上注明屠宰时间、样号、取样时间和取样人。 2 中国农业大学磺士学位论文第二章肉质性状的测定 曼葛鼍喜量舅蔓烹量舅皇蔓詈自鼍量鼍毫寡曼鼍量舞qi _ ( 6 ) 称重并记录后，置有盖白方瓷盘中于宰后4 0 m i n 内送实验室。 2 3 肉色的测定 2 3 1 试剂与材料 ( 1 ) 瓷盘：3 6 e m 5 0 e m ，白色无盖。 ( 2 ) 塑料板：2 5 c m 3 5 c m x 2 c m ，白色。 ( 3 ) 刀。 ( 4 ) 手套：一次性卫生手套。 ( 5 ) 温度计，范围o c l o o 。 ( 6 ) 滤纸。 ( 7 ) 蒸馏水。 ( 8 ) 洗涤瓶，5 0 0 r a l 。 2 3 2 仪器设备 智能肉色检测仪。 2 3 3 测定时间 猪停止呼吸后2 h 以内的鲜肉样，或经冰箱( o 一4 ) 中保存2 4 小时的肉样，测定结果应注明 测定时间。 2 3 4 前