無損檢測新技術(shù),讓"壞蛋"無處藏身

去菜市場買雞蛋時,你是怎么挑的?相信大部分人是拿起來對著光看看,是否有裂紋大致一看便知.
據(jù)統(tǒng)計,人工篩選有裂紋雞蛋的速度大約為每秒3個,所以買雞蛋時查查有沒有裂紋并不會費多少事.但如果以這樣的速度每天讓你挑8個小時呢?估計你的惡夢里會出現(xiàn)雞蛋.
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院的科研人員開發(fā)的無損檢測技術(shù),可以讓中小企業(yè)的蛋品裂紋檢測擺脫人工,實現(xiàn)工業(yè)化.
用"眼"看和用"耳"聽
雞蛋富含蛋白質(zhì),脂肪,多種維生素和微量元素,是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡氖称?但蛋殼薄且易破碎,**會很快侵入和繁殖,引起腐敗,變質(zhì),影響人們的身體健康.因此,剔除有裂紋的"壞蛋"是雞蛋生產(chǎn),經(jīng)營和加工的重要環(huán)節(jié).　　"傳統(tǒng)方法依靠人工照蛋觀察和聽蛋殼發(fā)出的聲音兩種方法剔除裂紋雞蛋,大批量雞蛋生產(chǎn)時,勞動強度大,生產(chǎn)效率低,而且檢測精度易受人工注意力,體力,經(jīng)驗和工作態(tài)度的影響."南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院潘磊慶博士告訴本報記者.
　　目前,國內(nèi)外對禽蛋破損的無損檢測研究主要集中在計算機視覺和聲學(xué)響應(yīng)兩個方面。通俗地講就是一個用“眼睛”看，一個用“耳朵”聽。
　　計算機視覺通過拍到清晰的禽蛋圖像，可以同時檢測禽蛋表面污斑、新鮮度、裂紋等品質(zhì)，但圖像難以采集**、圖像噪聲多、算法復(fù)雜等因素的影響，限制了其實際應(yīng)用。
　　聲學(xué)響應(yīng)是禽蛋破損檢測的有效方法。“在生產(chǎn)線上，用彈性棒敲擊蛋，同時用麥克風(fēng)采集信號，然后進行分析。”此法在國外已得到實際應(yīng)用，但這種方法也存在容易受外界噪聲干擾、蛋殼厚度差異和敲擊次數(shù)影響準(zhǔn)確度的缺點。
　　技術(shù)思路
　　“看”“聽”結(jié)合
　　聲學(xué)響應(yīng)和計算機視覺分別從不同的側(cè)重點反映了禽蛋裂紋的信息，但也都各自存在一定的缺點。為實現(xiàn)裂紋雞蛋的自動化檢測，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員從2004年便開始在國家自然科學(xué)基金和科技部“863”項目支持下，開展了對雞蛋裂紋檢測的無損技術(shù)研究。
　　潘磊慶介紹，如何充分利用以上兩種無損檢測方法的長處，提高檢測的**性、可靠性和靈敏度，是禽蛋裂紋無損檢測一個新的研究趨勢。
　　“‘看’和‘聽’的結(jié)合”。潘磊慶和同事提出的“多傳感信息融合”就是充分利用多種傳感信息資源，得到描述同一對象不同品質(zhì)特征的大量信息。然后依據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則對這些信息進行分析、綜合和平衡，以獲得多個*佳簡化的綜合變量。
　　“與單一檢測手段相比，它具有信息量大、容錯性好以及與人類認(rèn)知過程相似等優(yōu)點。”潘磊慶說。
　　工作過程
　　采集信號分析信號
　　那么潘磊慶所說的“眼睛”與“耳朵”又是怎樣工作的呢？
　　在傳送帶上運行的雞蛋到達(dá)敲擊位置后，觸發(fā)PVC彈性棒，敲擊4次，同時攝像頭也被觸發(fā)，進行圖像采集，在暗室里，光線通過照蛋器上的孔透射雞蛋，攝像頭采集雞蛋的圖像，圖像背景為黑色。隨后采集到的聲音信號和圖像信號傳入計算機中處理。
　　如果挑雞蛋時拿兩個在一起碰，聲音不清脆的那個很可能就有裂紋。同樣，通過分析采集到的頻譜信號，也能快速得到比對結(jié)果。潘磊慶解釋道：“完好雞蛋只有一個特征頻率峰，而裂紋雞蛋不止一個峰，且頻率值與完好雞蛋差別也較大。”
　　獲得的圖像為彩**像，經(jīng)過背景去除、灰度轉(zhuǎn)化、中值濾波、閾值分割、區(qū)域標(biāo)記和特征提取等圖像預(yù)處理和處理技術(shù)后，裂紋區(qū)域就很明顯了。
　　技術(shù)優(yōu)勢
　　綜合兩種技術(shù)優(yōu)點
　　通過數(shù)據(jù)來看，這種新模式對雞蛋裂紋的判別準(zhǔn)確率達(dá)98%，比單一的聲學(xué)響應(yīng)和計算機視覺判別準(zhǔn)確率分別提高6%和30%。而對雞蛋總體情況判別準(zhǔn)確率達(dá)到了96.5%，判別準(zhǔn)確率均比單一技術(shù)高。
　　潘磊慶告訴記者，依據(jù)實驗室研究文獻(xiàn)來說，準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上就是高的了。因此，基于聲學(xué)響應(yīng)和計算機視覺的多傳感器信息融合技術(shù)判別雞蛋裂紋，能夠綜合兩種技術(shù)的優(yōu)點，識別的準(zhǔn)確性比單一技術(shù)有所提高，而且研究的結(jié)果和思路為多傳感器信息融合技術(shù)判定禽蛋的綜合品質(zhì)方面提供了有益的借鑒。
　　“如果在生產(chǎn)線上一次同時檢測百枚，對于勞動力來說，這將是成百上千倍的提高。蛋的分級、新鮮度、表面潔凈程度的檢測都可實現(xiàn)工業(yè)化了，唯獨裂紋檢測限制住了工業(yè)化的速度，而這一技術(shù)則解決了這一問題。”潘磊慶說。
　　產(chǎn)業(yè)前景
　　需要更大支持
　　由于生產(chǎn)或運輸過程中的碰撞等，鮮蛋中有10%到20%的問題雞蛋，這意味著剔除“壞蛋”非常必要，尤其是對蛋品要求較高的腌制蛋行業(yè)。
　　記者從潘磊慶口中得知，我國有三十多家蛋品企業(yè)使用了國外的蛋品檢測設(shè)備，這些設(shè)備非常昂貴，動輒上千萬元人民幣，很多技術(shù)環(huán)節(jié)還對我們保密，導(dǎo)致維修保養(yǎng)非常麻煩。只有那些大型蛋品企業(yè)才用得起這樣的設(shè)備，而中小企業(yè)則仍然采用人工檢測的手段。
　　除了潘磊慶所在的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，浙江大學(xué)、江蘇大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校也在做類似的禽蛋檢測研究。“其實這項技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，現(xiàn)在已經(jīng)進入了產(chǎn)業(yè)化的階段。”但潘磊慶表示，盡管獲得了“863”等項目一定的資助，但要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要很大的支持，尤其是與企業(yè)的合作，如果順利，在三到五年內(nèi)，這項技術(shù)能夠徹底從實驗室走出來，投入工業(yè)化生產(chǎn)。
　　“一樣的效率，一樣的規(guī)模，進口機器一千多萬，如果國產(chǎn)也就四五百萬。”

無損檢測新技術(shù),讓"壞蛋"無處藏身