一种安装于冷库中的肉品品质检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种安装于冷库中的肉品检测装置，包括设于冷库外的电脑，设于冷库内的高光谱扫描系统、水平移动部件、垂直移动部件和移动平台；水平移动部件、垂直移动部件分别用于控制高光谱扫描系统的水平、垂直运动，所述高光谱扫描系统、第一电机、第二电机和第三电机分别与电脑连接。本发明的安装于冷库中的肉品检测装置可减少外界条件的干扰，节省了搬运样品的人力，方便快捷，避免了操作人员进出冷库遭受的严寒之苦。
【专利说明】—种安装于冷库中的肉品品质检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及采集肉品高光谱信息的装置，特别涉及一种安装于冷库中的肉品品质检测装置。
【背景技术】
[0002]随着科技的进步，融合了光谱与空间成像的高光谱技术凭借其定性、定量以及定位的能力，越来越多地被应用到食品及农副产品的质量检测、分类与分级中，具有快速、无损等突出优势。目前，肉类的品质检测上采用高光谱技术的报道持续增多，且检测精度越来越高、检测范围越来越广。如中国专利CN200710178609.8公布了一种利用超光谱成像系统检测肉制品嫩度的方法；中国专利CN200710178609公布了肉制品嫩度无损检测的超光谱成像系统及检测方法；中国专利CN200610097857公布了基于高光谱图像技术的农畜产品无损检测方法及装置。中国专利CN201110060095.2公布了快速无损伤检测冷却肉菌落总数的方法。
[0003]然而，高光谱在生产中应用只处于起步阶段，很多方面与实际生产的结合不理想。高光谱检测的第一步是采集光谱图像信息。现有的高光谱采集系统大多将高光谱仪置于一个不透光的匣子中(光室)，将物体放于载物台上，通过平动载物台，实现高光谱相机对物体的逐行扫描，最后获得高光谱图像。这种高光谱采集装置在肉品检测，尤其在屠宰场的大宗肉品检测中有诸多不便之处，主要表现在:
[0004](I)高光谱匣子的容积以及载物平台的承重有限，使大块胴体不能放进匣子内扫描。切割成小块检测，则影响商品价值。
[0005](2)高光谱检测技术以非接触、快速、无损伤著称，然后现有的高光谱系统让食品置于载物台上扫描，不可避免会让食品接触污染物。
[0006](3)动物胴体大多在冷藏库里低温冷藏，进行光谱扫描时，将肉品拿入拿出，必将产生温度波动，易引起肉品腐败变质。
[0007](4)移动大块肉品费时、耗力、工作效率低，同时，进出冷库使工人忍受严寒之苦。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种安装于冷库中的肉品品质检测装置，在冷库外可完成对高光谱仪的操作和运算，完成检测过程，使工人免受严寒之苦，可用于肉品的PH、嫩度、微生物等常规指标测量以及肉品分级、宰后成熟状况等综合指标检测。
[0009]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0010]一种安装于冷库中的肉品品质检测装置，包括设于冷库外的电脑，设于冷库内的高光谱扫描系统、水平移动部件、垂直移动部件和移动平台；
[0011]所述水平移动部件包括两条水平轨道、两个固定部件、第一电机、第二电机、第一螺杆、轴承和滑轮，所述两条水平轨道分别固定于冷库的两侧墙壁，所述轴承的两端分别穿过设置于两条水平轨道的两个滑轮，并与两个滑轮固定连接；所述轴承的两端分别穿过两个固定部件；所述第一螺杆的两端分别与两个固定部件通过螺纹连接；所述第一螺杆穿过移动平台，与移动平台螺纹连接；所述轴承穿过移动平台；所述轴承在第二电机的驱动下，带动滑轮沿水平轨道在X轴方向上移动，轴承与移动平台、固定部件相对滑动；所述第一螺杆在第一电机的驱动下，带动移动平台在y轴方向移动；
[0012]所述垂直移动部件包括固定于移动平台下方的第二螺杆和第三电机，所述高光谱扫描系统固定于第二螺杆上；所述第二螺杆在第三电机的驱动下带动高光谱扫描系统在垂直方向移动；
[0013]所述高光谱扫描系统、第一电机、第二电机和第三电机分别与电脑连接。
[0014]所述高光谱扫描系统包括扫描平台、高光谱仪、光源和摄像头，所述高光谱仪、光源和摄像头固定安装在扫描平台上。
[0015]所述高光谱仪包括镜头、窄缝、光谱仪和CCD数字照相机。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0017](I)本发明的安装于冷库中的肉品品质检测装置的扫描系统在冷库内，可减少外界条件(温度、湿度、光线等)的干扰，采用高光谱仪移动的方式扫描，节省了搬运样品的人力，方便快捷。
[0018](2)本发明的安装于冷库中的肉品品质检测装置的操作系统、运算系统在冷库外，避免了操作人员遭受冷库严寒之苦。
[0019](3)本发明的安装于冷库中的肉品品质检测装置在采集光谱过程中，移动高光谱仪而保持畜肉胴体悬挂于冷库中始终不动，避免肉品温差变动和接触污染。
[0020](4)本发明的安装于冷库中的肉品品质检测装置，利用不透光的冷藏库形成天然的光室，因此本装置不需要专门搭建光室。
[0021 ] ( 5 )本发明中高光谱仪可沿水平轨道和垂直轨道，运动至冷库任意位置、任意高度对肉品进行扫描、检测，摄像头可以帮助操作人员确定高光谱仪所在的位置和高度，确保快速、准确移动高光谱仪并使其正对目标胴体。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的安装于冷库中的肉品品质检测装置的结构示意图。
[0023]图2为本发明的安装于冷库中的肉品品质检测装置的俯视图。
[0024]图3为采用本实施例的安装于冷库中的肉品品质检测装置对冷藏库中肉品进行检测的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0026]实施例
[0027]如图1?2所示，本实施例的安装于冷库中的肉品品质检测装置，包括设于冷库外的电脑1，设于冷库内的高光谱扫描系统、水平移动部件、垂直移动部件和移动平台8 ;所述水平移动部件包括两条水平轨道3、两个固定部件17、第一电机6、第二电机4、第一螺杆7、轴承5和滑轮，所述两条水平轨道3分别固定于冷库的两侧墙壁，所述轴承5的两端分别穿过设置于两条水平轨道3的两个滑轮18，并与两个滑轮18固定连接；所述轴承5的两端分别穿过两个固定部件17 ;所述第一螺杆7的两端分别与两个固定部件17通过螺纹连接；所述第一螺杆17穿过移动平台8，与移动平台8螺纹连接；所述轴承5穿过移动平台8 ;所述轴承5在第二电机4的驱动下，带动滑轮18沿水平轨道3在X轴方向上移动，轴承5与移动平台8、固定部件17相对滑动；所述第一螺杆7在第一电机6的驱动下，带动移动平台8在y轴方向移动；所述高光谱扫描系统包括扫描平台10、高光谱仪15、光源13和摄像头14，所述高光谱仪15、光源13和摄像头14固定安装在扫描平台10上；所述高光谱仪15包括镜头、窄缝、光谱仪和CCD数字照相机。
[0028]所述垂直移动部件包括固定于移动平台下方的第二螺杆12和第三电机11，所述高光谱扫描系统固定于第二螺杆12上；所述第二螺杆12在第三电机11的驱动下带动高光谱扫描系统沿垂直轨道9在垂直方向移动；
[0029]所述高光谱扫描系统、第一电机6、第二电机4和第三电机11分别通过数据线2与电脑连接。
[0030]本实施例的安装于冷库中的肉品品质检测装置的操作过程如下:
[0031]在冷库墙壁某处涂抹标准白板和黑板，扫描样品前，打开电脑I及其操作系统，移动高光谱仪15到黑、白板处。打开光源13扫描标准白板，关闭光源13后扫描标准黑板，完成高光谱的光谱校对。
[0032]扫描肉品时，打开光源13，操作第二电机4带动滑轮18在水平轨道3 (x轴方向)上移动。操作第一电机6可使第一螺杆7转动,使移动平台8在y轴方向上移动。通过摄像头14的观察选择要扫描的目标胴体16，让移动平台8达到适合扫描的位点，操作第三电机11使第二螺杆12转动，使扫描平台10沿垂直轨道9自上而下移动，扫描平台10上的高光谱仪15从而完成对胴体16的光谱图像采集。光谱图像通过数据线2传送到电脑I中，进行光谱分析，对肉品进行相应处理。
[0033]下面采用本实施例的安装于冷库中的肉品品质检测装置对冷藏库中肉品的成熟度进行检测:
[0034]在屠宰场收集100头牛肉屠宰信息，通过安全检疫适合屠宰的牛经击晕、放血、剥皮、分离内脏、劈半等流程后入冷藏库，冷藏库温度设定为4°C，湿度为85%。立即对肉品进行PH值、嫩度的检测及光谱扫描。可以以某一特定部位代表胴体的成熟度，本实施例中以臀肉代表胴体成熟度。
[0035]用本实施例的安装于冷库中的肉品品质检测装置对肉品进行高光谱扫描，高光谱仪由近红外光谱仪(芬兰Spectral Imaging有限公司，波长900-2500nm,波长分辨率是6nm)和CCD相机(比利时Xenics Infrared Solutions公司，像素是320X 300)构成。相机曝光速度为2ms/次，高光谱为近红外波长(900-1700nm)，像素是320 X 256，波长分辨率是6nm。扫描后，从牛胴体后臀处切下长宽高分别为6Cm、3Cm、3Cm的牛肉块。使用pH值测仪器(0rion3Star, Thermo Fisher Scientific Inc.,美国)测量样品的 pH 值,将探头插入到肉样中，使PH值计电极与肌肉中的组织液充分接触，待pH值计读数稳定后记录，每个样品在不同部位测量3次，取测量平均值该样品的pH值。再进行嫩度测量，按农业部行业标准一 NY/T1180 一 2006《肉嫩度的测定剪切力测定法》进行，用质构仪(Instron，Model4301,英国)对每个样品重复测量3次，均值作为该样品的嫩度(单位N)。[0036]四小时后再次对牛肉进行高光谱扫描和属性测量。此后定时重复数据采集，屠宰后前2天为4小时采集一次，2天后8小时采集一次。当肉品的pH值、嫩度值恢复到变化幅度很小时，人工判别肉品成熟，将肉品运出冷库，结束数据采集。考虑屠宰场的经济因素，定18天冷藏期限，结束全部样品的数据采集。
[0037]单个时间点的回归模型建立方法如下(如图3所示):(I)光谱预处理，对牛胴体臀肉处的光谱进行平均化。(2)对所有样本的光谱进行PCA分析，提取前10个主成分。(3)通过支持向量机(SVM)分别建立光谱10个主成分与肉品pH值、嫩度值光谱回归模型，SVM常见的核函数有四种，本案例中选用径向基函数作为核函数。(4)支持向量机的惩罚参数C和核参数g是决定训练精确度的重要参数，本发明中通过粒子群算法(POS)对光谱模型的2个参数进行寻优，以第4小时嫩度模型为例，优化结果是C=2.37g=77.52时，模型的回归效果最好，留一法交叉验证(Leave-One-Out Cross-Validation)的相关系数R=0.91。(5)检验模型，将预测值与测量值进行相关性分析，达到显著相关水平的认为模型成功，未达到显著相关水平的调整建模参数，重新建模。
[0038]依照时间顺序，重复以上建模步骤，建立不同时间点的肉品pH值、嫩度值与光谱回归模型。
[0039]新样品成熟度的测量:对新样品进行定时光谱扫描，将不同时间点光谱数据导入相应时间点的光谱模型，计算出肉品PH值、嫩度值。按时间顺序将预测值连接起来，绘制牛肉的PH值、嫩度值变化曲线，根据变化曲线判别肉品的成熟是否完成。肉品的排酸、嫩化到何种程度定义为成熟，每个厂家可根据实际情况调整。本实例中将PH值回升后，pH值大于6，且最后三次测量值相差不大于0.3 ;同时嫩度比最大嫩度下降超过30%，且最后三次测量值偏差不大于5%。成熟的出厂销售，未成熟的继续冷藏、检测，直至冷藏最后期限。
`[0040]本实验中准备了 40头新样本，进行光谱扫描和分析，有31头牛在14天内提前完成了成熟，人工检测和判别该31头样品中有29头成熟，判别正确93.5%。证明本实施例的肉品品质检测装置在实际生产中可行。
[0041]表1采用本发明进行光谱判别与人工检测结果的对比
【权利要求】
1.一种安装于冷库中的肉品品质检测装置，其特征在于，包括设于冷库外的电脑，设于冷库内的高光谱扫描系统、水平移动部件、垂直移动部件和移动平台； 所述水平移动部件包括两条水平轨道、两个固定部件、第一电机、第二电机、第一螺杆、轴承和滑轮，所述两条水平轨道分别固定于冷库的两侧墙壁，所述轴承的两端分别穿过设置于两条水平轨道的两个滑轮，并与两个滑轮固定连接；所述轴承的两端分别穿过两个固定部件；所述第一螺杆的两端分别与两个固定部件通过螺纹连接；所述第一螺杆穿过移动平台，与移动平台螺纹连接；所述轴承穿过移动平台；所述轴承在第二电机的驱动下，带动滑轮沿水平轨道在X轴方向上移动，轴承与移动平台、固定部件相对滑动；所述第一螺杆在第一电机的驱动下，带动移动平台在y轴方向移动； 所述垂直移动部件包括固定于移动平台下方的第二螺杆和第三电机，所述高光谱扫描系统固定于第二螺杆上；所述第二螺杆在第三电机的驱动下带动高光谱扫描系统在垂直方向移动； 所述高光谱扫描系统、第一电机、第二电机和第三电机分别与电脑连接。
2.根据权利要求1所述的安装于冷库中的肉品品质检测装置，其特征在于，所述高光谱扫描系统包括扫描平台、高光谱仪、光源和摄像头，所述高光谱仪、光源和摄像头固定安装在扫描平台上。
3.根据权利要求1所述的安装于冷库中的肉品品质检测装置，其特征在于，所述高光谱仪包括镜头、窄缝、光谱仪和CCD数字照相机。
【文档编号】G01N21/84GK103776775SQ201410040300
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】孙大文, 谢安国, 曾新安, 王启军 申请人:华南理工大学