无损检测技术：不放过一个“坏蛋”
本帖最后由 jzxxs 于 2011-11-10 23:23 编辑去菜市场买鸡蛋时，你是怎么挑的？相信大部分人是拿起来对着光看看，是否有裂纹大致一看便知。
据统计，人工筛选有裂纹鸡蛋的速度大约为每秒3个，所以买鸡蛋时查查有没有裂纹并不会费多少事。但如果以这样的速度每天让你挑8个小时呢？估计你的恶梦里会出现鸡蛋。
南京农业大学食品科技学院的科研人员开发的无损检测技术，可以让中小企业的蛋品裂纹检测摆脱人工，实现工业化。
技术背景
用“眼”看和用“耳”听
鸡蛋富含蛋白质、脂肪、多种维生素和微量元素，是人们日常生活中不可或缺的食品，但蛋壳薄且易破碎，细菌会很快侵入和繁殖，引起腐败、变质，影响人们的身体健康。因此，剔除有裂纹的“坏蛋”是鸡蛋生产、经营和加工的重要环节。
“传统方法依靠人工照蛋观察和听蛋壳发出的声音两种方法剔除裂纹鸡蛋。大批量鸡蛋生产时，劳动强度大、生产效率低，而且检测精度易受人工注意力、体力、经验和工作态度的影响。” 南京农业大学食品科技学院潘磊庆博士告诉本报记者。
目前，国内外对禽蛋破损的无损检测研究主要集中在计算机视觉和声学响应两个方面。通俗地讲就是一个用“眼睛”看，一个用“耳朵”听。
计算机视觉通过拍到清晰的禽蛋图像，可以同时检测禽蛋表面污斑、新鲜度、裂纹等品质，但图像难以采集全面、图像噪声多、算法复杂等因素的影响，限制了其实际应用。
声学响应是禽蛋破损检测的有效方法。“在生产线上，用弹性棒敲击蛋，同时用麦克风采集信号，然后进行分析。”此法在国外已得到实际应用，但这种方法也存在容易受外界噪声干扰、蛋壳厚度差异和敲击次数影响准确度的缺点。
技术思路
“看”“听”结合
声学响应和计算机视觉分别从不同的侧重点反映了禽蛋裂纹的信息，但也都各自存在一定的缺点。为实现裂纹鸡蛋的自动化检测，南京农业大学的科研人员从2004年便开始在国家自然科学基金和科技部“863”项目支持下，开展了对鸡蛋裂纹检测的无损技术研究。
潘磊庆介绍，如何充分利用以上两种检测方法的长处，提高检测的全面性、可靠性和灵敏度，是禽蛋裂纹无损检测一个新的研究趋势。
“‘看’和‘听’的结合”。潘磊庆和同事提出的“多传感信息融合”就是充分利用多种传感信息资源，得到描述同一对象不同品质特征的大量信息。然后依据相应的准则对这些信息进行分析、综合和平衡，以获得多个最佳简化的综合变量。
“与单一检测手段相比，它具有信息量大、容错性好以及与人类认知过程相似等优点。”潘磊庆说。
工作过程
采集信号 分析信号
那么潘磊庆所说的“眼睛”与“耳朵”又是怎样工作的呢？
在传送带上运行的鸡蛋到达敲击位置后，触发PVC弹性棒，敲击4 次，同时摄像头也被触发，进行图像采集，在暗室里，光线通过照蛋器上的孔透射鸡蛋，摄像头采集鸡蛋的图像，图像背景为黑色。随后采集到的声音信号和图像信号传入计算机中处理。
如果挑鸡蛋时拿两个在一起碰，声音不清脆的那个很可能就有裂纹。同样，通过分析采集到的频谱信号，也能快速得到比对结果。潘磊庆解释道：“完好鸡蛋只有一个特征频率峰，而裂纹鸡蛋不止一个峰，且频率值与完好鸡蛋差别也较大。”
获得的图像为彩色图像，经过背景去除、灰度转化、中值滤波、阈值分割、区域标记和特征提取等图像预处理和处理技术后，裂纹区域就很明显了。
技术优势
综合两种技术优点
通过数据来看，这种新模式对鸡蛋裂纹的判别准确率达98%，比单一的声学响应和计算机视觉判别准确率分别提高6%和30%。而对鸡蛋总体情况判别准确率达到了96.5%，判别准确率均比单一技术高。
潘磊庆告诉记者，依据实验室研究文献来说，准确率达到95%以上就是高的了。因此，基于声学响应和计算机视觉的多传感器信息融合技术判别鸡蛋裂纹，能够综合两种技术的优点，识别的准确性比单一技术有所提高，而且研究的结果和思路为多传感器信息融合技术判定禽蛋的综合品质方面提供了有益的借鉴。
“如果在生产线上一次同时检测百枚，对于劳动力来说，这将是成百上千倍的提高。蛋的分级、新鲜度、表面洁净程度的检测都可实现工业化了，唯独裂纹检测限制住了工业化的速度，而这一技术则解决了这一问题。”潘磊庆说。
产业前景
需要更大支持
由于生产或运输过程中的碰撞等，鲜蛋中有10%到20%的问题鸡蛋，这意味着剔除“坏蛋”非常必要，尤其是对蛋品要求较高的腌制蛋行业。
记者从潘磊庆口中得知，我国有三十多家蛋品企业使用了国外的蛋品检测设备，这些设备非常昂贵，动辄上千万元人民币，很多技术环节还对我们保密，导致维修保养非常麻烦。只有那些大型蛋品企业才用得起这样的设备，而中小企业则仍然采用人工检测的手段。
除了潘磊庆所在的南京农业大学，浙江大学、江苏大学和华中农业大学等高校也在做类似的禽蛋检测研究。“其实这项技术已经比较成熟了，现在已经进入了产业化的阶段。”但潘磊庆表示，尽管获得了“863”等项目一定的资助，但要实现产业化还需要很大的支持，尤其是与企业的合作，如果顺利，在三到五年内，这项技术能够彻底从实验室走出来，投入工业化生产。
“一样的效率，一样的规模，进口机器一千多万，如果国产也就四五百万。”
(作者： 滕继濮 )
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