專利名稱：牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對牛肉的檢測方法及裝置，特指針對牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級方法及裝置。
背景技術(shù)：
我國農(nóng)畜產(chǎn)品在市場上混等混級嚴重，是導(dǎo)致我國農(nóng)畜產(chǎn)品附加值不高，農(nóng)業(yè)增值緩慢以及國際占有率低的一個重要原因。牛肉是重要的畜產(chǎn)品，牛肉胴體等級標準在指導(dǎo)牛肉生產(chǎn)和牛肉價格方面有重要的作用。美國從20世紀20年代就制訂了牛肉胴體等級標準，加拿大、日本、澳大利亞和歐洲等國也很早就制定有本國的牛肉胴體等級標準，中國的現(xiàn)有牛肉胴體等級標準是農(nóng)業(yè)部于2003年頒布的行業(yè)標準(NY/T676-2003)。牛肉胴體分級是依據(jù)各國的牛肉胴體等級標準對牛肉按產(chǎn)量級和質(zhì)量級兩個方面進行分級。牛肉胴體質(zhì)量等級是牛肉等級標準中的一個主要方面，它主要以人工觀察經(jīng)宰殺、冷卻后牛肉胴體第12～13胸肋間眼肌切面處的大理石紋等級、肌肉顏色、脂肪顏色和牛的脊椎骨棘突末端軟骨骨質(zhì)化程度為判定依據(jù)。如美國的牛肉胴體質(zhì)量等級是通過眼肌切面處的大理石紋等級和軟骨骨質(zhì)化程度決定的生理成熟度兩項指標來衡量的；而日本的牛肉胴體質(zhì)量等級是由大理石花紋、肉的色澤、肉的質(zhì)地和脂肪的顏色4個指標來決定；我國的牛肉胴體質(zhì)量等級評定標準主要參考美國的牛肉胴體質(zhì)量等級評定標準，其中也吸納了一些日本的標準，即以眼肌切面處的大理石紋等級和軟骨骨質(zhì)化程度決定的生理成熟度為主要指標，并參考肉的顏色進行微調(diào)來決定牛肉胴體質(zhì)量等級。
目前，牛肉胴體等級是由經(jīng)過專門培訓的評級員通過肉眼觀察和比照標準圖片模板來判定。國外的牛肉評級員在評定牛肉等級時需要在低溫環(huán)境下用標準牛肉圖片來比照實際樣品得出結(jié)論，工作量很大，而且受人的經(jīng)驗、心情等因素影響，不同的人評級的結(jié)果不同，主觀性較強，容易造成評定等級的不一致性。因此，國際上一直在研究用計算機視覺技術(shù)來代替評級員的工作。
中國剛開始開展這方面的研究，還很不完善和規(guī)范。有些研究者只對牛肉質(zhì)量等級的某一方面進行了部分研究，如趙杰文、劉木華、張海東發(fā)表在《農(nóng)業(yè)工程學報》第20卷第1期(2004年1月)的文章“基于數(shù)學形態(tài)學的牛肉圖像中背長肌分割和大理石紋提取技術(shù)研究”，和劉木華、趙杰文、張海東發(fā)表在《農(nóng)業(yè)工程學報》第20卷第2期(2004年3月)的文章“基于模糊C均值聚類的牛肉圖像中脂肪和肌肉區(qū)域分割技術(shù)”，以及屠康.王富昶發(fā)表在《糧油加工與食品機械》2003年10期的文章“計算機視覺在牛肉大理石花紋分級中的應(yīng)用研究”中主要用圖像處理技術(shù)針對牛肉的大理石花紋的提取進行了研究；另一些研究者則沒有按照標準直接針對牛肉的食用品質(zhì)某一方面進行研究，如孫永海、鮮于建川、駱曉沛等在《食品科學》第24卷第4期(2003年10月)發(fā)表的文章“冷卻牛肉新鮮度評價及圖像分析方法研究”用圖像處理技術(shù)對市場上的冷鮮牛肉的新鮮度進行了評價。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的就是要提供一種利用計算機視覺的牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級方法及裝置。其依據(jù)現(xiàn)有標準，用計算機視覺技術(shù)對牛肉胴體眼肌切面處的大理石紋等級、肌肉顏色、脂肪顏色進行檢測分級，同時對牛的脊椎骨棘突末端軟骨骨質(zhì)化程度進行生理成熟度的檢測分級，最后融合評定牛肉質(zhì)量等級。
本發(fā)明的目的是通過以下方法實現(xiàn)的在一定的光照系統(tǒng)照射下用攝像設(shè)備采集牛肉冷卻后12～13胸肋間眼肌切面圖像和胸椎骨棘的圖像，通過圖像采集設(shè)備傳送到計算機，計算機從所采集的圖像中提取品質(zhì)特征信息，通過高精度的智能識別軟件，對眼肌切面圖像完成大理石花紋、肉色、和脂肪色的等級評定，而對胸椎骨棘的圖像完成生理成熟度等級的評定，最后融合以上評定信息給出所測牛肉的最終等級。
所述從所采集的圖像中提取品質(zhì)特征信息包括從牛肉眼肌圖像中提出信息和從胸椎骨棘的圖像中提取信息。
所述的從眼肌肉圖像中提出信息包括以下步驟1、從整副圖像中區(qū)分出眼肌切面(包括脂肪與肌肉組織)；2、把背最長肌從脂肪、其它肌肉組織及結(jié)締組織中分離出來；3、提取出大理石花紋，背最長肌的肌肉顏色指標和背最長肌中脂肪的顏色指標；所述的從胸椎骨棘的圖像中提取信息包括以下步驟1、利用最大類間方差(OSTU)閾值分割法除去原始RGB彩色圖像的黑色背景；2、然后將RGB圖像轉(zhuǎn)換成Ohta顏色系統(tǒng)。
3、用Ohta系統(tǒng)的第二顏色分量I2分割出軟骨區(qū)域，用第三顏色分量I3分割出硬骨區(qū)域，并計算出軟骨區(qū)域和硬骨區(qū)域的面積。
所述的高精度的智能識別軟件，能根據(jù)現(xiàn)有的國家標準和采集到的標準圖片數(shù)據(jù)庫進行識別分析。利用支持向量機得到大理石花紋的豐富程度，并將所測牛肉的大理石花紋按照國家標準分為七個等級中的一個等級；用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立背最長肌的肌肉顏色指標和脂肪顏色指標與肌肉顏色等級和脂肪顏色等級之間的關(guān)系，并將所測牛肉的肌肉顏色和脂肪顏色按照國家標準分為九個等級中的一個等級；計算出軟骨區(qū)域和硬骨區(qū)域的面積通過貝頁斯分類方法算出牛的骨齡，進而按照國家標準得到牛肉的生理成熟度；根據(jù)牛肉的生理成熟度和大理石花紋豐富程度并結(jié)合肉色等級和脂肪色等級通過支持向量機得到牛肉的最終等級。
本發(fā)明的裝置由圖像獲取硬件部分和圖像識別軟件部分組成，圖像獲取硬件部分由光照系統(tǒng)、攝像設(shè)備、圖像采集設(shè)備和計算機組成。光照系統(tǒng)包括熒光燈光源、光照箱體、漫反射涂層、高頻熒光燈電子鎮(zhèn)流器。圖像識別軟件部分包括眼肌肉圖像處理和胸椎骨棘的圖像處理以及高精度模式識別處理系統(tǒng)。
光照箱體的頂部為圓弧形，并在頂部中央開有一攝像孔，光照箱體內(nèi)側(cè)面涂有一層能產(chǎn)生漫反射的涂層，熒光燈光源布置在光照箱體的底部兩側(cè)，與布置在光照箱體兩側(cè)的高頻熒光燈電子鎮(zhèn)流器相聯(lián)，熒光燈光源發(fā)出的光，通過光照箱體圓弧形頂部的漫反射涂層反射，均勻散射道牛肉上，可避免由于直射光在眼肌肉表面產(chǎn)生的亮斑，并使牛肉表面的光強為660lux。該光照箱可用于實驗室拍攝圖像也可用于生產(chǎn)線拍攝圖像。
攝像設(shè)備安裝在光照箱體頂部，通過攝像孔獲取圖像。它為一攝像頭或一照相機。圖像采集設(shè)備隨攝像設(shè)備改變而變化，當使用攝像頭時，攝像頭通過線路與計算機中的圖像采集卡相連，將圖像傳送到計算機；當使用照相機時，如果為數(shù)字式照相機則可通過讀卡器或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)線將圖像采集到計算機中，如為普通膠卷照相機，則拍攝后沖洗好的照片通過掃描儀傳入計算機，計算機對所采集的圖像進行處理，得到牛肉胴體的等級。
本發(fā)明的有益效果是同時準確的檢測出牛肉的大理石花紋、肉色、脂肪色和生理成熟度等多個胴體質(zhì)量指標，并能得到所測牛肉胴體質(zhì)量等級。與現(xiàn)有牛肉評級員評級方法相比，可以減少勞動強度和人為主官因素的干擾，其結(jié)果更客觀、準確。


圖1攝像設(shè)備為攝像頭的裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2攝像設(shè)備為照相機的裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖3眼肌肉圖像處理過程流程圖；圖4眼肌肉圖像在處理過程中的變化圖；圖5胸椎骨棘的圖像處理過程流程圖；圖6胸椎骨棘圖像在處理過程中的變化圖；圖7高精度模式識別分級示意圖。
圖中1-熒光燈光源；2-高頻熒光燈鎮(zhèn)流器；3-光照箱體；4-漫反射涂層；5-攝像頭；6-圖像采集卡；7-計算機；8-輸出設(shè)備；9-載物臺；10-牛肉；11-照相機；12-讀卡器；13-掃描儀；I.黑色背景；.II脂肪；III.背長?。籌V.周圍肌肉組
具體實施例方式
本發(fā)明由圖像獲取硬件部分和圖像識別軟件部分組成，圖像獲取硬件部分由光照系統(tǒng)、攝像設(shè)備、圖像采集設(shè)備和計算機7組成；圖像識別軟件部分包括眼肌肉圖像處理和胸椎骨棘的圖像處理以及高精度模式識別處理系統(tǒng)。
光照系統(tǒng)包括熒光燈光源1、高頻熒光燈電子鎮(zhèn)流器2、光照箱體3、漫反射涂層4。如圖1，所述光照箱體2頂部中央開有一攝像孔，熒光燈光源1布置在光照箱體3的底部兩側(cè)，熒光燈光源1發(fā)出的光，通過光照箱體3圓弧形頂部的漫反射涂層4反射的光均勻散射到牛肉上，并使牛肉表面的光強為660lux(勒克司)。
攝像設(shè)備安裝在光照箱體3頂部，通過攝像孔獲取圖像。它為如圖1所示的攝像頭5或如圖2所示的照相機11。圖像采集設(shè)備隨攝像設(shè)備改變而變化，當使用攝像頭5時，攝像頭5通過線路與計算機中的圖像采集卡6相連，將圖像傳送到計算機7；當使用照相機11時，如果為數(shù)字式照相機則可通過讀卡器12或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)線將圖像采集到計算機中，如為普通膠卷照相機，則拍攝后沖洗好的照片通過掃描儀13傳入計算機7。
用以上所述硬件部分到牛肉屠宰線上直接獲取眼肌肉圖像和胸椎骨棘圖像或取牛的眼肌肉和胸椎骨棘到實驗室拍攝圖像，傳入計算機用軟件部分進行處理。
所述的牛肉眼肌圖像處理過程如圖2所示，包括以下處理(1).利用最大方差自動取閥值法(OSTU)把黑色背景從牛肉眼肌圖像中去除，如圖3中(a)原始采集到的牛肉眼肌圖像到(b)去除背景后的牛肉眼肌圖像的處理；(2).用模糊C均值聚類(FCM)分割牛肉圖像中的脂肪和肌肉像素，得到牛肉圖像中的脂肪顏色和肌肉顏色指標，如圖3中從去除背景后的牛肉眼肌圖像(b)到(FCM)分割后的牛肉眼肌二值圖像(c)的處理；(3).用數(shù)學形態(tài)濾波算法或突包算法消除周圍肌肉組織與背長肌之間的連接，提取背長肌，如圖3中從(FCM)分割后的牛肉眼肌二值圖像(c)到形態(tài)濾波腐蝕和填充后圖像(d)和從形態(tài)濾波腐蝕和填充后圖像(d)到提取的背長肌區(qū)域圖像(e)的處理；(4).提取牛肉背長肌中的大理石紋，結(jié)果如圖3中(f)所提取的大理石花紋。
所述的胸椎骨棘的圖像處理過程如圖4所示，包括以下處理(1).利用最大類間方差(OSTU)閾值分割法除去原始RGB彩色圖像的黑色背景，得到如圖5中(a)去除背景的牛胸椎骨圖像；(2).然后將RGB圖像轉(zhuǎn)換成Ohta顏色系統(tǒng)；(3).分別提取Ohta顏色空間I2、I3分量圖像，并進行灰度閾值分割及二值化后處理得主要含有軟骨分割圖像如圖5中(b)I2分量二值化圖像、硬骨區(qū)域的分割圖像如圖5中(c)I3分量二值化圖像；
(4).用形態(tài)腐蝕，掃描填充的方法，使各塊軟骨與硬骨區(qū)域相互分離得更清晰如圖5中(d)開操作和掃描填充后的I2分量圖像、(e)開操作和掃描填充后的I3分量圖像；(5).根據(jù)設(shè)定的域值和條件，最后用面積法提取軟骨和硬骨區(qū)域如圖5中(f)面積排序法提取的軟骨區(qū)域、(g)面積排序法提取的硬骨區(qū)域。
經(jīng)以上圖像處理的結(jié)果自動輸入高精度的模式識別軟件，并根據(jù)現(xiàn)有的國家標準和采集到的標準圖片數(shù)據(jù)庫進行識別分析。利用支持向量機得到大理石花紋的豐富程度，并將所測牛肉的大理石花紋按照國家標準分為七個等級中的一個等級；用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立背最長肌內(nèi)的肌肉肉顏色指標和脂肪顏色指標與肌肉顏色等級和脂肪顏色等級之間的關(guān)系，并將所測牛肉的肌肉顏色和脂肪顏色按照國家標準分為九個等級中的一個等級；計算出軟骨區(qū)域和硬骨區(qū)域的面積通過貝頁斯分類方法算出牛的骨齡，進而按照國家標準得到牛肉的生理成熟度；將牛肉的生理成熟度和大理石花紋豐富程度作為主要參數(shù)，而肉色等級和脂肪色等級作為次要參數(shù)，輸入支持向量機得到牛肉的最終等級。如圖6所示得出牛肉大理石花紋的等級、肉色等級、脂肪色等級以及牛肉的生理成熟度，并且得到牛肉胴體質(zhì)量的最終等級。
權(quán)利要求
1.牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級方法，其特征在于在光照系統(tǒng)照射下用攝像設(shè)備采集牛肉冷卻后12～13胸肋間眼肌切面圖像和胸椎骨棘的圖像，通過圖像采集設(shè)備傳送到計算機，計算機從所采集的圖像中提取品質(zhì)特征信息，通過高精度的智能識別軟件，對眼肌切面圖像完成大理石花紋、肉色、和脂肪色的等級評定，而對胸椎骨棘的圖像完成生理成熟度等級的評定，最后融合以上評定信息給出所測牛肉的最終等級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級方法，其特征在于所述從所采集的圖像中提取品質(zhì)特征信息包括從牛肉12～13胸肋間眼肌圖像中提出信息和從胸椎骨棘的圖像中提取信息；所述的從眼肌肉圖像中提出信息包括以下步驟(1)、從整副圖像中區(qū)分出包括脂肪與肌肉組織的眼肌切面；(2)、把背最長肌從脂肪、其它肌肉組織及結(jié)締組織中分離出來；(3)、提取出大理石花紋，背最長肌的肌肉顏色指標和背最長肌中脂肪的顏色指標；所述的從胸椎骨棘的圖像中提取信息包括以下步驟(1)、利用最大類間方差閾值分割法除去原始RGB彩色圖像的黑色背景；(2)、然后將RGB圖像轉(zhuǎn)換成Ohta顏色系統(tǒng)；(3)、用Ohta系統(tǒng)的第二顏色分量I2分割出軟骨區(qū)域，用第三顏色分量I3分割出硬骨區(qū)域，并計算出軟骨區(qū)域和硬骨區(qū)域的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級方法，其特征在于所述的高精度的智能識別軟件，根據(jù)現(xiàn)有的國家標準和采集到的標準圖片數(shù)據(jù)庫，利用支持向量機得到大理石花紋的豐富程度，并將所測牛肉的大理石花紋按照國家標準分為七個等級中的一個等級；用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立背最長肌的肌肉顏色指標和脂肪顏色指標與肌肉顏色等級和脂肪顏色等級之間的關(guān)系，并將所測牛肉的肌肉顏色和脂肪顏色按照國家標準分為九個等級中的一個等級；計算出軟骨區(qū)域和硬骨區(qū)域的面積通過貝頁斯分類方法算出牛的骨齡，進而按照國家標準得到牛肉的生理成熟度；根據(jù)牛肉的生理成熟度和大理石花紋豐富程度并結(jié)合肉色等級和脂肪色等級通過支持向量機得到牛肉的最終等級。
4.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級方法的裝置，由圖像獲取硬件部分和圖像識別軟件部分組成，其特征在于圖像獲取硬件部分由光照系統(tǒng)、攝像設(shè)備、圖像采集設(shè)備和計算機(7)組成；光照系統(tǒng)包括熒光燈光源(1)、光照箱體(3)、漫反射涂層(4)、高頻熒光燈電子鎮(zhèn)流器(2)；光照箱體(3)的頂部為圓弧形，并在頂部中央開有一攝像孔，光照箱體(3)內(nèi)側(cè)面涂有一層能產(chǎn)生漫反射的涂層(4)，熒光燈光源(1)布置在光照箱體(3)的底部兩側(cè)，與布置在光照箱體(3)兩側(cè)的高頻熒光燈電子鎮(zhèn)流器(2)相聯(lián)；攝像設(shè)備安裝在光照箱體(3)頂部，為一攝像頭(5)或一照相機(11)；圖像識別軟件部分包括眼肌肉圖像處理和胸椎骨棘的圖像處理以及高精度模式識別處理系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級裝置，其特征在于攝像設(shè)備為攝像頭(5)時，攝像頭(5)通過線路與計算機(7)中的圖像采集卡(6)相連，將圖像傳送到計算機。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的牛肉胴體質(zhì)量的計算機視覺檢測分級裝置，其特征在于攝像設(shè)備為照相機(11)時，為數(shù)字式照相機則可通過讀卡器(12)或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)線與計算機(7)相連；為普通膠卷照相機(11)，則拍攝后沖洗好的照片通過掃描儀(13)傳入計算機(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種針對牛肉的檢測方法及裝置，其由圖像獲取硬件部分和圖像識別軟件部分組成，圖像獲取硬件部分由光照系統(tǒng)、攝像設(shè)備、圖像采集設(shè)備和計算機組成。光照系統(tǒng)包括熒光燈光源、光照箱體、漫反射涂層、高頻熒光燈電子鎮(zhèn)流器。在一定的光照系統(tǒng)照射下用攝像設(shè)備采集牛肉12～13胸肋間眼肌切面圖像和胸椎骨棘的圖像，通過圖像采集設(shè)備傳送到計算機，計算機從所采集的圖像中提取品質(zhì)特征信息，通過高精度的智能識別軟件，對眼肌切面圖像完成大理石花紋、肉色和脂肪色的等級評定，而對胸椎骨棘的圖像完成生理成熟度等級的評定，最后融合以上評定信息給出所測牛肉的最終等級?？梢詼p少勞動強度和人為主官因素的干擾，其結(jié)果更客觀、準確。
文檔編號G01N21/84GK1603801SQ20041006521
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者趙杰文, 鄒小波, 劉木華, 黃星奕 申請人:江蘇大學