為了探究激光散斑技術(shù)檢測冷鮮豬肉新鮮度的可行性,用660和465 nm 2種波長的激光對宰后24 h的豬肉樣本在7 d內(nèi)的激光散斑圖像進(jìn)行采集。以時間序列散斑（time history of speckle pattern,THSP）圖像的慣性矩（inertia moment,IM）作為散斑活性,研究冷鮮豬肉散斑活性隨貨架期的變化規(guī)律。通過分析2種波長不同行的選取對IM值的影響,發(fā)現(xiàn)不同波長其奇偶行IM的規(guī)律不同,并針對傳統(tǒng)IM算法容易出現(xiàn)異常值、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)提出3點(diǎn)改進(jìn):設(shè)計排序算法動態(tài)選擇散斑活性最高峰及周圍2個相鄰行,依此計算樣本IM值;改進(jìn)共生矩陣的修正矩陣計算方法;改進(jìn)非零元素偏離對角線距離的計算方法。結(jié)果顯示,改進(jìn)方法可以有效地抑制異常值干擾,冷鮮豬肉散斑活性隨貨架期呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。根據(jù)測得的揮發(fā)性鹽基氮值（total volatile basic nitrogen,TVB-N）和散斑活性IM值建立豬肉新鮮度等級預(yù)測模型,結(jié)果顯示465 nm波長的激光判別效果要好于660 nm激光,其訓(xùn)練集和預(yù)測集的識別率能達(dá)到87.5%和89.29%。試驗結(jié)果表明利用激光散... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017,33(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

冷鮮豬肉的光譜反射率曲線

?鎮(zhèn)江某超市，試驗前將樣品分割成長寬厚約6cm×6cm×8mm的肉塊共84塊，置于帶蓋透明的培養(yǎng)皿中，編號后置于4℃恒溫箱中貯藏待測。在7d內(nèi)完成對豬肉樣本激光散斑圖像的采集和TVB-N的測定。1.3散斑圖像采集為得到無耀斑的散斑圖像，選取的激光功率為6mW（0.11A），激光入射角為30°。為保證每次試驗的一致性，通過標(biāo)記固定每次采集圖像的位置。為避免樣本的時間序列散斑圖像（timehistoryofspecklepattern，THSP）出現(xiàn)較多重復(fù)列，以ΔT=0.06s為時間間隔采集640幅分辨率為640×480pixels的激光散斑圖像，其原始圖像如圖3所示。1.4激光散斑圖像處理方法1.4.1傳統(tǒng)激光散斑處理方法1）構(gòu)建時間序列散斑（THSP）圖[27]：將每個樣本采集的激光散斑圖像先轉(zhuǎn)化成灰度圖，然后提取每幅灰度圖中固定的某行，按照時間順序從左至右構(gòu)成一幅新的散斑圖，即為THSP圖。圖3原始激光散斑圖像Fig.3Originallaserspeckleimage2）構(gòu)建共生矩陣（co-occurrencematrix，COM）圖：對每幅時間序列散斑圖，若i，j為散斑圖中相鄰2個像素的灰度值，Nij為圖中i，j出現(xiàn)的次數(shù)，如果將Nij的值作為灰度值賦給所構(gòu)建的共生矩陣圖中第i行第j列元素，即可構(gòu)建時間序列散斑圖的共生矩陣圖。計算公式為[28]COM=[Nij]（1）3）計算散斑活性：慣性矩(IM)可直觀地表示COM圖中非零元素偏離對角線的程度，如圖4所示，樣本活性越大，則其COM圖中非零元素偏離對角線的距離就越遠(yuǎn)，通過計算IM值可定量計算樣本生物散斑活性。具體計算公式為[29]ijijijiNMN=∑（2）2IM()ijij=∑Mij（3）其中公式（2）是對共生矩陣COM進(jìn)行歸一化處理，即求共生矩陣的修正矩陣（modifiedco-occurrencematrix,MCOM）。式中iji∑N代?

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報（http://www.tcsae.org）2017年2701.4.2激光散斑處理的方法改進(jìn)1）不同行的選擇由1.4.1節(jié)可知，傳統(tǒng)方法構(gòu)建THSP通常是選擇激光散斑圖中的某一固定行，按照時間順序構(gòu)建其時間序列散斑圖。因此所選行是否具有代表性，將嚴(yán)重影響檢測結(jié)果的穩(wěn)定性。通過對樣本散斑圖像從上到下，分別選擇不同行構(gòu)建THSP圖，再求其慣性矩IM，得到不同波長激光不同行的IM值如圖5所示。圖52種波長下不同行的IM值分布Fig.5DistributionofIMvaluesfordifferentrowsattwowavelengths由圖可知：IM值在激光散斑點(diǎn)中心位置向四周呈近似的高斯分布，證明激光束是一種高斯光；465nm激光的散斑圖像奇數(shù)行的IM值始終大于偶數(shù)行，而660nm紅光激光則恰好相反。這是由于CCD相機(jī)像元的濾光片的排列方式為拜耳分布所致，該結(jié)果將為THSP圖像的構(gòu)建提供參考。在試驗過程中，每次拍攝位置可能不完全一致、反復(fù)搬動會導(dǎo)致樣本形態(tài)發(fā)生細(xì)微變化、以及豬肉表面不規(guī)則等原因，激光光強(qiáng)最高峰位置不一定出現(xiàn)某個特定位置，如果采用傳統(tǒng)的固定行或列求取樣本的IM值，其活性并不一定真實(shí)。針對上述情況，設(shè)計了一種動態(tài)尋找激光光強(qiáng)最高峰位置的方法。經(jīng)統(tǒng)計，重復(fù)擺放誤差導(dǎo)致的激光光強(qiáng)最高峰位置位于第231～291行范圍內(nèi)；提取樣本散斑圖像在該范圍內(nèi)的31個奇數(shù)或偶數(shù)行；從散斑圖像左側(cè)開始掃描各行IM值，當(dāng)某行IM值為最大且與相鄰行的差值小于閾值0.5時（消除奇異值影響），記錄該行值及位置坐標(biāo)，直到掃描結(jié)束，最后取最高峰及周圍2個相鄰行的IM均值作為樣本IM。2）慣性矩算法的改進(jìn)激光散斑是激光在物體表面隨機(jī)干涉形成的動態(tài)散斑，由于噪聲的存在，個別像素灰度值可能會出現(xiàn)異常，這種異常點(diǎn)反映在共生矩陣中就會出現(xiàn)如圖6虛線圓中的孤立點(diǎn)。?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3619501