無損檢測技術(shù)：不放過一個“壞蛋”

  
    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)大學食品科技學院的科研人員開發(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。  

  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∏乙灼扑椋毦鷷芸烨秩牒头敝常鸶瘮　⒆冑|(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)大學食品科技學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響應兩個方面。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)，但圖像難以采集全面、圖像噪聲多、算法復雜等因素的影響，限制了其實際應用。  

  聲學響應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，同時用麥克風采集信號，然后進行分析。”此法在國外已得到實際應用，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)影響準確度的缺點。  

  技術(shù)  思路  

  “看”“聽”結(jié)合  

  聲學響應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)大學的科研人員從2004年便開始在國家自然科學基金和科技部“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檢測方法的長處，提高檢測的全面性、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)相應的準則對這些信息進行分析、綜合和平衡，以獲得多個最佳簡化的綜合變量。  

  “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)域標記和特征提取等圖像預處理和處理技術(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確率達98%，比單一的聲學響應和計算機視覺判別準確率分別提高6%和30%。而對雞蛋總體情況判別準確率達到了96.5%，判別準確率均比單一技術(shù)高。  

  潘磊慶告訴記者，依據(jù)實驗室研究文獻來說，準確率達到95%以上就是高的了。因此，基于聲學響應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備，這些設備非常昂貴，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，浙江大學、江蘇大學和華中農(nóng)業(yè)大學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。”  
   
   
(作者： 滕繼濮 )  

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掌握核心技術(shù)，科技是一個國家未來的核心競爭力

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