無損檢測(cè)技術(shù)：不放過一個(gè)“壞蛋”

  
    去菜市場(chǎng)買雞蛋時(shí)，你是怎么挑的？相信大部分人是拿起來對(duì)著光看看，是否有裂紋大致一看便知。  

  據(jù)統(tǒng)計(jì)，人工篩選有裂紋雞蛋的速度大約為每秒3個(gè)，所以買雞蛋時(shí)查查有沒有裂紋并不會(huì)費(fèi)多少事。但如果以這樣的速度每天讓你挑8個(gè)小時(shí)呢？估計(jì)你的惡夢(mèng)里會(huì)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(cè)技術(shù)，可以讓中小企業(yè)的蛋品裂紋檢測(cè)擺脫人工，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。  

  技術(shù)  背景  

  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钪胁豢苫蛉钡氖称罚皻け∏乙灼扑?，?xì)菌會(huì)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(yíng)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(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，而且檢測(cè)精度易受人工注意力、體力、經(jīng)驗(yàn)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(bào)記者。  

  目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)禽蛋破損的無損檢測(cè)研究主要集中在計(jì)算機(jī)視覺和聲學(xué)響應(yīng)兩個(gè)方面。通俗地講就是一個(gè)用“眼睛”看，一個(gè)用“耳朵”聽。  

  計(jì)算機(jī)視覺通過拍到清晰的禽蛋圖像，可以同時(shí)檢測(cè)禽蛋表面污斑、新鮮度、裂紋等品質(zhì)，但圖像難以采集全面、圖像噪聲多、算法復(fù)雜等因素的影響，限制了其實(shí)際應(yīng)用。  

  聲學(xué)響應(yīng)是禽蛋破損檢測(cè)的有效方法。“在生產(chǎn)線上，用彈性棒敲擊蛋，同時(shí)用麥克風(fēng)采集信號(hào)，然后進(jìn)行分析。”此法在國(guó)外已得到實(shí)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(diǎn)。  

  技術(shù)  思路  

  “看”“聽”結(jié)合  

  聲學(xué)響應(yīng)和計(jì)算機(jī)視覺分別從不同的側(cè)重點(diǎn)反映了禽蛋裂紋的信息，但也都各自存在一定的缺點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)裂紋雞蛋的自動(dòng)化檢測(cè)，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員從2004年便開始在國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部“863”項(xiàng)目支持下，開展了對(duì)雞蛋裂紋檢測(cè)的無損技術(shù)研究。  

  潘磊慶介紹，如何充分利用以上兩種檢測(cè)方法的長(zhǎng)處，提高檢測(cè)的全面性、可靠性和靈敏度，是禽蛋裂紋無損檢測(cè)一個(gè)新的研究趨勢(shì)。  

  “‘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(duì)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(duì)這些信息進(jìn)行分析、綜合和平衡，以獲得多個(gè)最佳簡(jiǎn)化的綜合變量。  

  “與單一檢測(cè)手段相比，它具有信息量大、容錯(cuò)性好以及與人類認(rèn)知過程相似等優(yōu)點(diǎn)?！迸死趹c說。  

  工作過程  

  采集信號(hào) 分析信號(hào)  

  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(yùn)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(shí)攝像頭也被觸發(fā)，進(jìn)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(hào)和圖像信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)中處理。  

  如果挑雞蛋時(shí)拿兩個(gè)在一起碰，聲音不清脆的那個(gè)很可能就有裂紋。同樣，通過分析采集到的頻譜信號(hào)，也能快速得到比對(duì)結(jié)果。潘磊慶解釋道：“完好雞蛋只有一個(gè)特征頻率峰，而裂紋雞蛋不止一個(gè)峰，且頻率值與完好雞蛋差別也較大?！?nbsp; 

  獲得的圖像為彩色圖像，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(shì)  

  綜合兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)  

  通過數(shù)據(jù)來看，這種新模式對(duì)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(jì)算機(jī)視覺判別準(zhǔn)確率分別提高6%和30%。而對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)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(diǎn)，識(shí)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(shí)檢測(cè)百枚，對(duì)于勞動(dòng)力來說，這將是成百上千倍的提高。蛋的分級(jí)、新鮮度、表面潔凈程度的檢測(cè)都可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化了，唯獨(dú)裂紋檢測(cè)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?！迸死趹c說。  

  產(chǎn)業(yè)前景  

  需要更大支持  

  由于生產(chǎn)或運(yùn)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(duì)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(guó)有三十多家蛋品企業(yè)使用了國(guó)外的蛋品檢測(cè)設(shè)備，這些設(shè)備非常昂貴，動(dòng)輒上千萬元人民幣，很多技術(shù)環(huán)節(jié)還對(duì)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(cè)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(cè)研究。“其實(shí)這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化的階段?！钡死趹c表示，盡管獲得了“863”等項(xiàng)目一定的資助，但要實(shí)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(xiàng)技術(shù)能夠徹底從實(shí)驗(yàn)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(jìn)口機(jī)器一千多萬，如果國(guó)產(chǎn)也就四五百萬。”  
   
   
(作者： 滕繼濮 )  

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掌握核心技術(shù)，科技是一個(gè)國(guó)家未來的核心競(jìng)爭(zhēng)力

好好好!