《现代食品检测技术》课件食品无损检测新技术与融合技术
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食品品质无损检测新技术 2PPT课件
第二章 利用力学(机械)特性的检测技术
第一节 常用的力学(机械)特性 第二节 利用力学特性的检测技术 第三节 利用声学特性的检测技术 第四节 利用超声波的检测技术 第五节 力学(机械)特性的检测的常用仪器 第六节 应用实例
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总体概述
力松弛等)直接影响到面包的质量；
浓缩过程中，用表现黏度的变化确定其浓缩点，黏度过 大会导致变稠，过低则可能出现脂肪分离与糖沉淀。
水果的硬度直接反映出其新鲜度和糖度等内在品质指标。
2020/7/28
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第二章 利用力学(机械)特性的检测技术
第二节 利用力学特性的检测技术
食品、农产品的力学特性是其成熟状态和品 质的一个重要指标。
果蔬生长和存储过程中，细胞间的结合力发 生变化，反映细胞间结合力变化的物理指标是其 坚实度。除此之外物料的重量、表面和内部颜色、 形状、硬度、黏度等指标均会产生一系列的变化。
2020/7/28
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第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
一、果蔬坚实度的检测
检测坚实度的主要原因有下面三个方面： （1）果蔬生长中成熟度的监测和分析，决定合适的收获期。 （2）果蔬收获过程按其成熟度分级，以便存储。 （3）果蔬内部品质的检测，保鲜、存储期的确定。
引起的破坏强度，它受压缩和剪切弹性模量的共同影响，而
振动固有频率无损检测仅与压缩弹性模量有关。
2020/7/28
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第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
模型二 理论分析认为坚实度指数应为S=2m/3f22（f2第2
固有频率）。有人对存储苹果定期进行0~600Hz宽带随机激
第一节 常用的力学(机械)特性 第二节 利用力学特性的检测技术 第三节 利用声学特性的检测技术 第四节 利用超声波的检测技术 第五节 力学(机械)特性的检测的常用仪器 第六节 应用实例
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总体概述
力松弛等)直接影响到面包的质量；
浓缩过程中，用表现黏度的变化确定其浓缩点，黏度过 大会导致变稠，过低则可能出现脂肪分离与糖沉淀。
水果的硬度直接反映出其新鲜度和糖度等内在品质指标。
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第二章 利用力学(机械)特性的检测技术
第二节 利用力学特性的检测技术
食品、农产品的力学特性是其成熟状态和品 质的一个重要指标。
果蔬生长和存储过程中，细胞间的结合力发 生变化，反映细胞间结合力变化的物理指标是其 坚实度。除此之外物料的重量、表面和内部颜色、 形状、硬度、黏度等指标均会产生一系列的变化。
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第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
一、果蔬坚实度的检测
检测坚实度的主要原因有下面三个方面： （1）果蔬生长中成熟度的监测和分析，决定合适的收获期。 （2）果蔬收获过程按其成熟度分级，以便存储。 （3）果蔬内部品质的检测，保鲜、存储期的确定。
引起的破坏强度，它受压缩和剪切弹性模量的共同影响，而
振动固有频率无损检测仅与压缩弹性模量有关。
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第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
模型二 理论分析认为坚实度指数应为S=2m/3f22（f2第2
固有频率）。有人对存储苹果定期进行0~600Hz宽带随机激
现代食品检测技术
现代食品检测技术
第一章 人工嗅觉、人工味觉检测技术
第一节 人工嗅觉、人工味觉检测技术概述 人工嗅觉系统－－电子鼻 人工味觉系统－－电子舌
它得到的不是被测样品中某个或某几种成分的 定性与定量结果，而是样品的整体信息，也 称“指纹”数据。 涉及传感器融合技术、计算机技术和应用数学 以及食品科学技术等
一、生物嗅觉与味觉
短波近红外：780-1100nm 长波近红外：1100-2526nm
第一节 近红外光谱分析技术简介
一、近红外光谱的采集方法
近红外光谱主要是由物质吸收光能使分子振动从基态向高能级 跃迁时产生的。
红外光线的能量要被分子基团吸收，必须满足两个条件： （1）光辐射的能力恰好满足分子振动能级跃迁所需的能量，
用 五、近红外光谱分析技术在食品生产线上的应用 六、近红外光谱分析技术在食品其他方面的应用
第三章 PCR基因扩增技术
第一节 PCR技术的检测原理 一、PCR的基本原理
模版DNA
变性和退火
引物延伸
长产物片段 短产物片段
二、PCR技术的特点
（一）特异性强 （二）灵敏度高 （三）简便快速 （四）对标本的纯度要求低
技术特点： （1）分析速度块，测量过程大多在1min中完成 （2）分析效率高 （3）适用的样品范围 （4）样品一般无需预处理 （5）分析成本较低 （6）测量重现性好 （7）对样品无损伤 （8）便于在线分析 （9）对操作人员要求低
四、近红外光谱分析技术存在的问题
（1）灵敏度相对较低 （2）需要用标样进行校正对比 （3）检测限易受影响 （4）变动性大 （5）难以用常规方法解析图谱 （6）多个谱峰的重叠
第二节 PCR引物的设计
一、引物的选择 二、引物设计的原则 三、引物合成的质量
第一章 人工嗅觉、人工味觉检测技术
第一节 人工嗅觉、人工味觉检测技术概述 人工嗅觉系统－－电子鼻 人工味觉系统－－电子舌
它得到的不是被测样品中某个或某几种成分的 定性与定量结果，而是样品的整体信息，也 称“指纹”数据。 涉及传感器融合技术、计算机技术和应用数学 以及食品科学技术等
一、生物嗅觉与味觉
短波近红外：780-1100nm 长波近红外：1100-2526nm
第一节 近红外光谱分析技术简介
一、近红外光谱的采集方法
近红外光谱主要是由物质吸收光能使分子振动从基态向高能级 跃迁时产生的。
红外光线的能量要被分子基团吸收，必须满足两个条件： （1）光辐射的能力恰好满足分子振动能级跃迁所需的能量，
用 五、近红外光谱分析技术在食品生产线上的应用 六、近红外光谱分析技术在食品其他方面的应用
第三章 PCR基因扩增技术
第一节 PCR技术的检测原理 一、PCR的基本原理
模版DNA
变性和退火
引物延伸
长产物片段 短产物片段
二、PCR技术的特点
（一）特异性强 （二）灵敏度高 （三）简便快速 （四）对标本的纯度要求低
技术特点： （1）分析速度块，测量过程大多在1min中完成 （2）分析效率高 （3）适用的样品范围 （4）样品一般无需预处理 （5）分析成本较低 （6）测量重现性好 （7）对样品无损伤 （8）便于在线分析 （9）对操作人员要求低
四、近红外光谱分析技术存在的问题
（1）灵敏度相对较低 （2）需要用标样进行校正对比 （3）检测限易受影响 （4）变动性大 （5）难以用常规方法解析图谱 （6）多个谱峰的重叠
第二节 PCR引物的设计
一、引物的选择 二、引物设计的原则 三、引物合成的质量
食品安全检测技术PPT培训课件
快速检测法
针对食品安全事件应急处置的需要而发展起来的 一类检测方法，具有快速、简便、准确等特点。 常见的快速检测法包括免疫分析法、生物芯片法 、便携式光谱仪等。
02
食品安全检测技术方法
化学检测技术
原子吸收光谱法
高效液相色谱法
利用原子对特定光波的吸收特性，测 定食品中重金属、农药残留等有害物 质的含量。
现代食品安全检测技术
随着科技的不断进步，现代食品安全检测技术不断发展，出现了许多新型检测手段，如色谱分析、光谱分析、质 谱分析、生物芯片、免疫分析等。这些技术具有高精度、高灵敏度、高通量等优点，大大提高了食品安全检测的 效率和准确性。
食品安全检测技术的分类与特点
化学分析法
通过化学手段对食品中的有害物质进行分析和检 测，具有操作简便、快速准确等优点。常见的化 学分析法包括滴定法、分光光度法、色谱法等。
加强国际合作与交流
统一食品安全检测标准，促进全球食品安全水平 的提高。
建立完善的食品安全检测体系
整合各类资源，构建从农田到餐桌的全程监控体 系。
ABCD
加大研发投入
政府和企业应增加对食品安全检测技术的研发投 入。
加强人才培养与培训
培养具备专业知识和技能的食品安全检测技术人 员。
THANKS
感谢观看
发展
食品安全检测技术面临的挑战
检测标准不统一
全球范围内，食品安全检测标准存在 差异，导致跨国食品贸易中存在诸多 不确定性。
快速发展的食品工业
新型品和加工技术的涌现，对现有 检测技术提出了更高的要求。
复杂样品和高灵敏度需求
样品成分复杂，需要高灵敏度的检测 技术来准确测定。
检测技术的局限性
如免疫分析法、生物检测法等传统方 法，在某些特定污染物检测上存在局 限性。
针对食品安全事件应急处置的需要而发展起来的 一类检测方法，具有快速、简便、准确等特点。 常见的快速检测法包括免疫分析法、生物芯片法 、便携式光谱仪等。
02
食品安全检测技术方法
化学检测技术
原子吸收光谱法
高效液相色谱法
利用原子对特定光波的吸收特性，测 定食品中重金属、农药残留等有害物 质的含量。
现代食品安全检测技术
随着科技的不断进步，现代食品安全检测技术不断发展，出现了许多新型检测手段，如色谱分析、光谱分析、质 谱分析、生物芯片、免疫分析等。这些技术具有高精度、高灵敏度、高通量等优点，大大提高了食品安全检测的 效率和准确性。
食品安全检测技术的分类与特点
化学分析法
通过化学手段对食品中的有害物质进行分析和检 测，具有操作简便、快速准确等优点。常见的化 学分析法包括滴定法、分光光度法、色谱法等。
加强国际合作与交流
统一食品安全检测标准，促进全球食品安全水平 的提高。
建立完善的食品安全检测体系
整合各类资源，构建从农田到餐桌的全程监控体 系。
ABCD
加大研发投入
政府和企业应增加对食品安全检测技术的研发投 入。
加强人才培养与培训
培养具备专业知识和技能的食品安全检测技术人 员。
THANKS
感谢观看
发展
食品安全检测技术面临的挑战
检测标准不统一
全球范围内，食品安全检测标准存在 差异，导致跨国食品贸易中存在诸多 不确定性。
快速发展的食品工业
新型品和加工技术的涌现，对现有 检测技术提出了更高的要求。
复杂样品和高灵敏度需求
样品成分复杂，需要高灵敏度的检测 技术来准确测定。
检测技术的局限性
如免疫分析法、生物检测法等传统方 法，在某些特定污染物检测上存在局 限性。
《食品安全检测技术》课件
农药残留的种类繁多，不同农药的降解周期不同，给检测 带来了一定的难度。此外，农药残留的浓度通常较低，检 测方法需要具有高灵敏度。
食品中兽药残留的检测
01
兽药残留检测的意义
兽药残留对人体健康的危害不容忽视。动物性食品中兽药残留超标，长
期食用可能对人体产生慢性、蓄积性毒副作用，甚至引发癌症和致畸作
用。
02
兽药残留检测的方法
主要包括免疫分析法、微生物法、理化分析法和生物分析法等。其中，
免疫分析法和生物分析法具有高灵敏度和特异性的特点，是兽药残留检
测的常用方法。
03
兽药残留检测的挑战
兽药残留的种类繁多，不同药物的代谢和排泄机制各异，给检测带来了
一定的难度。此外，兽药残留的浓度通常较低，检测方法需要具有高灵
食品安全检测技术的重要性
食品安全检测技术对于保障公众健康和维护消费者权益具有 重要意义。通过检测食品中的有害物质，可以预防食品中毒 和其他健康问题，同时也能促进食品产业的可持续发展。
食品安全检测技术的发展历程
传统检测方法
传统的食品安全检测方法主要包括感官检测、化学分析、微生物培养等。这些方法虽然在一定程度上能够检测食 品中的有害物质，但存在效率低下、精度不高等问题。
现代检测技术
随着科技的不断发展，食品安全检测技术也在不断更新和升级。现代食品安全检测技术包括色谱分析、光谱分析 、质谱分析、免疫分析、生物芯片等。这些技术具有高精度、高效率、低成本等优点，为食品安全检测提供了更 可靠的手段。
食品安全检测技术的分类
按检测原理分类
根据检测原理的不同，食品安全检测技术可以分为化学分析法、物理分析法、生物分析法 等。
敏度。
食品中有毒有害物质的检测
食品中兽药残留的检测
01
兽药残留检测的意义
兽药残留对人体健康的危害不容忽视。动物性食品中兽药残留超标，长
期食用可能对人体产生慢性、蓄积性毒副作用，甚至引发癌症和致畸作
用。
02
兽药残留检测的方法
主要包括免疫分析法、微生物法、理化分析法和生物分析法等。其中，
免疫分析法和生物分析法具有高灵敏度和特异性的特点，是兽药残留检
测的常用方法。
03
兽药残留检测的挑战
兽药残留的种类繁多，不同药物的代谢和排泄机制各异，给检测带来了
一定的难度。此外，兽药残留的浓度通常较低，检测方法需要具有高灵
食品安全检测技术的重要性
食品安全检测技术对于保障公众健康和维护消费者权益具有 重要意义。通过检测食品中的有害物质，可以预防食品中毒 和其他健康问题，同时也能促进食品产业的可持续发展。
食品安全检测技术的发展历程
传统检测方法
传统的食品安全检测方法主要包括感官检测、化学分析、微生物培养等。这些方法虽然在一定程度上能够检测食 品中的有害物质，但存在效率低下、精度不高等问题。
现代检测技术
随着科技的不断发展，食品安全检测技术也在不断更新和升级。现代食品安全检测技术包括色谱分析、光谱分析 、质谱分析、免疫分析、生物芯片等。这些技术具有高精度、高效率、低成本等优点，为食品安全检测提供了更 可靠的手段。
食品安全检测技术的分类
按检测原理分类
根据检测原理的不同，食品安全检测技术可以分为化学分析法、物理分析法、生物分析法 等。
敏度。
食品中有毒有害物质的检测
食品品质无损检测新技术优秀课件
第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
模型二 理论分析认为坚实度指数应为S=2m/3f22（f2第2
固有频率）。有人对存储苹果定期进行0~600Hz宽带随机激 励，结果表明存储期内坚实度指数S=2m/3f22有明显变化。
Abott等对苹果的坚实度作了系统深入的工作。对两个主 要苹果品种用固有频率、M-T试验和苹果组织压缩试验3种 方法测量其坚实度，并进行了对比。试验表明：当固有频率 在480Hz和850Hz有二阶和三阶共振频率f2、f3存在，用f2， f3计算的坚实度指数相关性很好，因此可以用坚实度指数作 为苹果坚实度的非损伤检测指数。
有人提出了一种非线性的球体与平板冲击的力学模型， 并通过最小二乘法拟合出球体的刚度。
第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
（2）检测果蔬坚实度的振动频率分析法
模型一 : 利用果蔬振动的固有频率检测其坚实度。Cooke
等建立了果蔬简化为线弹性球体的动力学模型，并通过理 论分析得到了各向同性的线弹性球状果蔬，固有频率与其 材料杨氏模量E的关系为：
第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
研究表明，西瓜的固有频率随成熟度的增加而降低，坚 实度指数与含糖量也存在明显的相关关系。
人们对检测坚实度的共同认识： (1)试验和理论分析都表明，冲击力和果蔬的固有频率随成 熟度变化，这些变化的原因是果蔬组织的杨氏模量的改变。 (2)冲击力和冲击引起的振动的固有频率是有潜力成为无 损、在线检测的两个基本物理量。
大，苹果的材料性能沿圆周方向分布比较一致，但外层和 内层材料性能相差较大，比较成熟时内外层材料性能差异 变小。
第二章 利用力学(机械)特性的检测技术 第二节 利用力学特性的检测技术
第七章 食品无损检测新技术
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
CNKI检索”电子鼻“：
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
2.人工味觉
• 人工味觉系统（电子舌）：
– 生物味觉靠味觉细胞的生物膜 – 人工脂膜传感器技术
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
• 疑问：颜色较深口感较好，颜色和体积相 关（颜色越浅，投影面积越大，则体积越 大），体积和质量的关系？ • 查阅文献：孙永海，赵学笃，谭景璐．膨 化食品表面质量的自动检测．农业机械学 报，１９９９，３０（１）：６３～６７
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
裂纹小，不易识别； 蛋壳上大斑点易被误判为裂纹蛋。
贺 静，王树才.基于DSP 实时图像分割算法的鸡蛋蛋壳破损检测[J].湖南科技学院学 报,2010,31(04):55-58,82
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
2.禽蛋无损检测
– 裂纹检测——声学特性
完好蛋
裂纹蛋
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
计算机图像分析与人工评定结果的比较
大理石花纹白色区域所占比例的量化
•
参考文献：屠康，王富昶.计算机视觉在牛肉大理石花纹分级中的应用研究[J].粮油加 工与食品机械，2003（10）：43-45
现代食品检测技术——第二部分 食品检测新技术——食品无损检测新技术
第七章 食品无损检测新技术
食品理化检验新技术ppt课件
▪ 串联质谱技术的根本原理
▪ 化合物分子被70eV的电子轰击，产生碎片 离子〔普通EI质谱的任务方式〕；
▪ 选择目的化合物中的某一特征碎片离子 〔母离子〕，并将其隔离出来〔SIM或SIS 方式〕；
▪ 运用惰性分子碰撞此母离子，使其碎裂后 产生子离子；
▪ 对产生的子离子扫描，获得二级质谱图， 与规范进展比对，确定化合物构造。
5～200 mg/L
有机磷农药 乙酞胆碱醋酶铜丝碳糊电极
1×10-11～10-10mol/L
乙醇
乙醇氧化酶氧电极
120
10～5×103 mg/mL
亚硝酸盐
硝化菌氧电极
50～200 mg/L
过氧化氢
肝组织膜氧电极
14 5×10-3～2.5×10-1U/mL
•
生物传感器可分酶传感器、微生物传感器、组织传
感器、细胞及细胞器传感器、基因传感器、免疫传感器等。
• 根据生物传感器的信号转换器分类：
•
电化学生物传感器、半导体生物传感器、热学型生
物传感器、光学型生物传感器、声学型生物传感器等。
生物传感器的分子识别元件
分子识别元件 酶膜
全细胞膜 组织膜 细胞器膜 免疫功能膜
(3)体积小，测定过程简单迅速，可以实现延续在线监 测，容易实现自动分析。
(4)准确度和灵敏度高。普通相对误差不超越1％。 (5)专注性强，只对特定的底物起反响，而且不受颜色、
浊度的影响。
几种主要的生物传感器
测定项目 葡萄糖
使用电极 葡萄糖氧化酶氧电极 荧光假单胞菌氧电极
稳定性 （天）
100
测定范围 1～5×102 mg/mL
低延迟体积相结合，可提供超高速的梯度洗脱，并 能获得优良的紫外检测灵敏度。 • 二极管阵列检测器全新的光学设计，使得UV灵敏度 和基线稳定性到达了新程度，快速光谱采集的数据 传输率高达160赫兹。
第一章 绪论 现代食品检测技术
2、现代食品检测技术的发展
随着科学技术的发展，食品检测技术的发展十分迅速，其 他学科的先进技术不断应用到食品检测领域中来。 由于新技术的引入，食品行业开发出许多自动化程度和精 度都很高的食品检测仪器。 这不仅缩短了分析时间，减少了人为误差，也大大提高了 食品分析检测的速度、灵敏度和准确度。
3、现代食品检测技术的内涵
IUPAC推荐使用“校正灵敏度”或者“校正曲线斜率”作 为衡量灵敏度高低的标准。
60
50 40
S 30
S 2=k 2c+S blank-2
20 10
S 1=k 1c+S blank-1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
c
仪器和方法的灵敏度描述
k1, k2分别为两条校正曲线的斜率，即灵敏度。
但未考虑测定重现性影响！
1.现代食品仪器分析方法的分类
电化学分析法
色谱分析法
仪器分析
光分析法
其它仪器分析方法
1）光分析方法
紫外可见法 原子吸收法
光分析法
原子发射法
荧光法
分子光谱 原子光谱
红外法
核磁法
2）色谱分析方法
超临界色谱法
气相色谱法
色谱分析法
薄层色谱法
电色谱法
液相色谱法 激光色谱法
3）电化学分析方法
电导分析法
电位分析法
N −1
平均标准偏差(Standard deviation of mean, sm)
sm = s / N
相对标准偏差(Relative standard deviation, RSD)
−
RSD = s / x
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• 多种传感信息融合的三个级别： （1）数据层（原始层）融合 （2）特征层（中间层）融合 （3）决策层（最高层）融合
40
传感器1 传感器N
传感器1 传感器N
传感器1 传感器N
…
…
…
融合技术的研究
数
特
据
征
融
提
合
取
综合判断
（1）数据层融合
…
特征提取 特征提取
特征提取 特征提取
…
综合判断
（2）特征层融合
气味看得见了!
由30种卟啉组成点阵：
反应前
反应后
差值图像
16
基础研究：
应用研究：
衡水老白干
红星二锅头
“闻”了各种醇类后
所得的差值图像
洋河优曲
枝江大曲
“闻”了几种酒所得的
差值图像
17
发明点（创新点）
农产品 转换
① 的气味
图像
再转换
数字
5.488 4.001 2.078 10.444 5.025 14.252 3.690 0.279 6.230 8.033 19.436 2.747 1.226 13.205 0.649 2.064 11.307 15.469 3.068 6.079 7.135 16.423 0.077 6.062 8.306
21
标准
图样
脂肪
眼肌切面 胸椎切面
软骨区域
背长肌区域
赘肉
软骨区域
22
牛胴体质量检测系统
大理石花纹 等级评定
采集图像
生理成熟度 （骨龄）评定
分割背长肌区域
分割软骨区域
判定大理石花纹等级 判定生理成熟度等级
近
红
外
光
牛胴体质量等级评定
谱
嫩度等级评定
23
牛肉大理石花纹等级评定
去
背
求直方图
景
牛肉眼肌切面
图像块（x，y，λ）
36
基于图像光谱仪的高光谱图像系统
37
基于图像光谱仪的高光谱图像数据
z任意一个波长下都对应着一张图像，对不同的检测目标可以找到 一张最适合的图象；
z不同波长图象上的同一个位置点构成了一条光谱，光谱信息能充
分反映农产品内部的物理结构、化学成分。
38
（2）X射线断层摄影扫描成像技术
① 做到了 信息的无遗漏，提高了检测精度：
CCD1
信息遗漏15％～20％
CCD3
CCD1 CCD2
三个摄像头从不同角度连续拍
摄9幅照片保证了信息无遗
漏，提高了检测精度，这是国 内外没有报道过的。（见查新
报告2005-337）
② 突破常规，解决了信息量激增后的检测速度问题：
· 对同一苹果的9幅图像直接处理，而不是采用三维重构； · 采用统计方法提取苹果的大小、形状特征值； · 采用逻辑判别方法提取苹果的缺陷特征值；
48
贴标签
49
水果重量和糖度的在线分级
• 再以水果糖度和重量的无损检测为例,看看 发达国家无损检测水平。
50
水果糖度的现场监测
• 手持式的糖度检测仪得到广泛地应用
51
• 从以上三个实例可以看出,无损检测技术在 生产上的应用呈现出以下几个趋势:由半自 动化向全自动化、外部品质检测向内部品 质检测、操作由复杂化向简单化和方便化、 规格标准的文字化向数字化转化。
¾ 进口设备硬件：价格昂贵，维护不便 软件：只针对某一品种,柔性差
受制于国 外厂家
(3)无损检测技术研究具有重要的理论价值
¾ 理论和技术领域极宽,属多学科交叉领域 ¾ 无现成的理论和通用设计方法
4
2 什么是食品、农产品品质无损检测？
相应响 应信号
检测 对象
一定形式的输入能量 (光、声、电等)
…
光 声 电 力学…特性
31
分等分级 输送装置 摄像装置 上料装置
控制柜
正在为美国加州戴维斯农场设计制造的
计算机视觉小西红柿分选装置
32
三、农产品快速无损检测研究展望
• 新技术的研究 （1）高光谱图像分析技术 （2）X射线断层摄影扫描成像技术
• 融合技术的研究 • 新的数据处理方法的研究应用
33
（1）高光谱图像分析技术
放射线方法
γ射线
测
β射线
方
法 6
4 食品、农产品品质无损检测有那些优点?
农畜产品品质无损检测具有传统方法无法比 拟的优点: z除得到样品的外部品质信息外，也能获得很 多的内部品质信息，同时保证了样品的完整 性； z检测结果客观、准确、重现性好； z检测速度又较传统的化学方法迅速、绿色。
7
5. 食品、农产品品质无损检测研究有哪些理 论价值和社会效益?
计算机视觉与嗅觉两种技术 融合的检测装置
计算机视觉、电子嗅觉和近红外分析
三种技术融合的水果无损检测系统
20
计算机视觉和近红外光谱技术融合的 牛胴体质量等级检测方法及装置
1.检测系统
2.发明点（创新点）：
1）首次建立了参照国家标准 的牛胴体质量无损检测系统
2）检测系统实现了计算机视 觉和近红外光谱两种技术的 融合
X射线断层摄影扫描原理 X射线断层摄影扫描成像
39
融合技术的研究
• 反映农产品品质的指标是多方面的，某种单一的 检测技术往往不能全面地描述一个对象，只能描 述其中某一个方面。将几种检测技术融合，充分 利用多元信息，才能使农产品的质量得到客观、 全面的的评价。因此，融合技术的研究应该是无 损检测研究的新发展方面。
② 传感器芯片
使气味的表达 既形象又直观
有利于数学建模
30种不同的卟
啉组成点阵
卟啉的 使气味的
每种卟啉颜色的变化 用256个色彩级表达
排列组合
表达精度 更高
这是国内外第一台气味图像化识别系统。 该成果将在酒类、饮料等的真假识别 起重要作用
18
2）三技术融合的水果无损检测系统
•原理及检测装置 •发明点（创新点）：
去除黑色背景的灰度图像 模糊C均值聚类（FCM）分割
去除黑色背景牛肉图像的R、G、 B分量灰度直方图
形态滤波
经FCM分割后二值化的 腐蚀和填充后的结果 提取的背长肌区域 牛肉图像
背长肌的大理石纹
24
生理成熟度(骨龄)判断
I2 软骨区域图象 I3
25
4）食品异物软X射线检测系统
z 所开发的软X射线成像与检测装置系统，系统可以用于食品 异物的检测以及水果内部品质的检测。系统包括硬件系统与 相应的软件系统。
正在进行中的相关项目
国家十一五科技支撑计划“农产品品质检测和商品化技术装备” ------禽蛋动力学及裂纹检测技术2006BAD11A12
国家863项目“基于高光谱图像的无土栽培作物 营养元素亏缺研究2008AA10Z208”
国家自然科学项目：基金名优茶品质智能评审中的 新传感技术及融合模型
国家自然基金项目：高光谱图像信息提取和识别模型
对指标1判断 对指标N判断
…
综
合 判
（3）决策层融合
断
41
新数据处理方法的应用
• 随着应用数学和化学计量学的发展，许多 现代数据处理方法应用在农畜产品无损检 测的数据预处理、特征提取和模式识别过 程中。如小波分析、独立分量分析、遗传 算法、神经网络、支持向量机等都可以在 农畜产品无损检测的论文中找到。它们为 农畜产品无损检测提供了先进的数据处理 平台，提高了检测精度和速度。
52
53
26
X射线成像与检测装置系 统
27
28
三摄像装置同步拍摄的水果等级检测系统
摄像头3
摄像头2
摄像头1
输送线
操作控 制系统
(1).苹果随着输送带移动，进入光箱后一边随着输送带移动同时开始自转 (2).三个摄像头从不同角度同步拍摄转动中的苹果，获得9幅图像
29
每个苹果9幅图像获取示意
左
中
右
30
发明点（创新点）：
42
四、农产品无损检测的应用介绍
• 现在我们以禽蛋的无损检测为实例，看 看国外发达国家的无损检测水平
• 主要利用声学特性、光学特性、电学特 性、力学特性等检测禽蛋品质
43
声学特性检测—裂纹
44
光学特性检测—新鲜度
45
力学特性的应用——大小头调整
46
力学特性检测——重量分级
47
自动分级包装
11
3）电子视觉智能化分拣机
（1）软胶囊检测装置简介 发明点（创新点）： ① 首次将计算机图像处理技术用于软胶囊的分拣；
人工
自动
② 开发了国内外第一台智能化软胶囊分拣机，提高 了检测速度和精度，大大降低了劳动成本。
12
（2） 计算机视觉小西红柿分选装置
分等分级 输送装置 摄像装置 上料装置
控制柜
目前用得最多的是一些单一技术，如：计算机视觉、 超声波、力学、电学、电子嗅觉等。
5
3 食品、农产品品质无损检测采用哪些主要方法?
核磁共振 (NMR)
电子自旋共振 (ESR)
光 学 方 法
电 特 性 方 法
电容容量 介电常数
导电率
近红外
红外
可见
紫外
磁
超声波
特
振动
性 方
力学方法
声音
法
压缩
无
X射线
损 检
• 理论价值:
这项研究集成了农业物性学、信息技术、 人工智能、计算 机技术、传感技术、光谱技术等多个学科知识，属多学科 交叉领域，具有重要的理论价值。
• 社会效益：
增加农产品的附加值提高农民收入 使农产品加工业从劳动密集型走向技术密集型 构建现代农业
40
传感器1 传感器N
传感器1 传感器N
传感器1 传感器N
…
…
…
融合技术的研究
数
特
据
征
融
提
合
取
综合判断
（1）数据层融合
…
特征提取 特征提取
特征提取 特征提取
…
综合判断
（2）特征层融合
气味看得见了!
由30种卟啉组成点阵：
反应前
反应后
差值图像
16
基础研究：
应用研究：
衡水老白干
红星二锅头
“闻”了各种醇类后
所得的差值图像
洋河优曲
枝江大曲
“闻”了几种酒所得的
差值图像
17
发明点（创新点）
农产品 转换
① 的气味
图像
再转换
数字
5.488 4.001 2.078 10.444 5.025 14.252 3.690 0.279 6.230 8.033 19.436 2.747 1.226 13.205 0.649 2.064 11.307 15.469 3.068 6.079 7.135 16.423 0.077 6.062 8.306
21
标准
图样
脂肪
眼肌切面 胸椎切面
软骨区域
背长肌区域
赘肉
软骨区域
22
牛胴体质量检测系统
大理石花纹 等级评定
采集图像
生理成熟度 （骨龄）评定
分割背长肌区域
分割软骨区域
判定大理石花纹等级 判定生理成熟度等级
近
红
外
光
牛胴体质量等级评定
谱
嫩度等级评定
23
牛肉大理石花纹等级评定
去
背
求直方图
景
牛肉眼肌切面
图像块（x，y，λ）
36
基于图像光谱仪的高光谱图像系统
37
基于图像光谱仪的高光谱图像数据
z任意一个波长下都对应着一张图像，对不同的检测目标可以找到 一张最适合的图象；
z不同波长图象上的同一个位置点构成了一条光谱，光谱信息能充
分反映农产品内部的物理结构、化学成分。
38
（2）X射线断层摄影扫描成像技术
① 做到了 信息的无遗漏，提高了检测精度：
CCD1
信息遗漏15％～20％
CCD3
CCD1 CCD2
三个摄像头从不同角度连续拍
摄9幅照片保证了信息无遗
漏，提高了检测精度，这是国 内外没有报道过的。（见查新
报告2005-337）
② 突破常规，解决了信息量激增后的检测速度问题：
· 对同一苹果的9幅图像直接处理，而不是采用三维重构； · 采用统计方法提取苹果的大小、形状特征值； · 采用逻辑判别方法提取苹果的缺陷特征值；
48
贴标签
49
水果重量和糖度的在线分级
• 再以水果糖度和重量的无损检测为例,看看 发达国家无损检测水平。
50
水果糖度的现场监测
• 手持式的糖度检测仪得到广泛地应用
51
• 从以上三个实例可以看出,无损检测技术在 生产上的应用呈现出以下几个趋势:由半自 动化向全自动化、外部品质检测向内部品 质检测、操作由复杂化向简单化和方便化、 规格标准的文字化向数字化转化。
¾ 进口设备硬件：价格昂贵，维护不便 软件：只针对某一品种,柔性差
受制于国 外厂家
(3)无损检测技术研究具有重要的理论价值
¾ 理论和技术领域极宽,属多学科交叉领域 ¾ 无现成的理论和通用设计方法
4
2 什么是食品、农产品品质无损检测？
相应响 应信号
检测 对象
一定形式的输入能量 (光、声、电等)
…
光 声 电 力学…特性
31
分等分级 输送装置 摄像装置 上料装置
控制柜
正在为美国加州戴维斯农场设计制造的
计算机视觉小西红柿分选装置
32
三、农产品快速无损检测研究展望
• 新技术的研究 （1）高光谱图像分析技术 （2）X射线断层摄影扫描成像技术
• 融合技术的研究 • 新的数据处理方法的研究应用
33
（1）高光谱图像分析技术
放射线方法
γ射线
测
β射线
方
法 6
4 食品、农产品品质无损检测有那些优点?
农畜产品品质无损检测具有传统方法无法比 拟的优点: z除得到样品的外部品质信息外，也能获得很 多的内部品质信息，同时保证了样品的完整 性； z检测结果客观、准确、重现性好； z检测速度又较传统的化学方法迅速、绿色。
7
5. 食品、农产品品质无损检测研究有哪些理 论价值和社会效益?
计算机视觉与嗅觉两种技术 融合的检测装置
计算机视觉、电子嗅觉和近红外分析
三种技术融合的水果无损检测系统
20
计算机视觉和近红外光谱技术融合的 牛胴体质量等级检测方法及装置
1.检测系统
2.发明点（创新点）：
1）首次建立了参照国家标准 的牛胴体质量无损检测系统
2）检测系统实现了计算机视 觉和近红外光谱两种技术的 融合
X射线断层摄影扫描原理 X射线断层摄影扫描成像
39
融合技术的研究
• 反映农产品品质的指标是多方面的，某种单一的 检测技术往往不能全面地描述一个对象，只能描 述其中某一个方面。将几种检测技术融合，充分 利用多元信息，才能使农产品的质量得到客观、 全面的的评价。因此，融合技术的研究应该是无 损检测研究的新发展方面。
② 传感器芯片
使气味的表达 既形象又直观
有利于数学建模
30种不同的卟
啉组成点阵
卟啉的 使气味的
每种卟啉颜色的变化 用256个色彩级表达
排列组合
表达精度 更高
这是国内外第一台气味图像化识别系统。 该成果将在酒类、饮料等的真假识别 起重要作用
18
2）三技术融合的水果无损检测系统
•原理及检测装置 •发明点（创新点）：
去除黑色背景的灰度图像 模糊C均值聚类（FCM）分割
去除黑色背景牛肉图像的R、G、 B分量灰度直方图
形态滤波
经FCM分割后二值化的 腐蚀和填充后的结果 提取的背长肌区域 牛肉图像
背长肌的大理石纹
24
生理成熟度(骨龄)判断
I2 软骨区域图象 I3
25
4）食品异物软X射线检测系统
z 所开发的软X射线成像与检测装置系统，系统可以用于食品 异物的检测以及水果内部品质的检测。系统包括硬件系统与 相应的软件系统。
正在进行中的相关项目
国家十一五科技支撑计划“农产品品质检测和商品化技术装备” ------禽蛋动力学及裂纹检测技术2006BAD11A12
国家863项目“基于高光谱图像的无土栽培作物 营养元素亏缺研究2008AA10Z208”
国家自然科学项目：基金名优茶品质智能评审中的 新传感技术及融合模型
国家自然基金项目：高光谱图像信息提取和识别模型
对指标1判断 对指标N判断
…
综
合 判
（3）决策层融合
断
41
新数据处理方法的应用
• 随着应用数学和化学计量学的发展，许多 现代数据处理方法应用在农畜产品无损检 测的数据预处理、特征提取和模式识别过 程中。如小波分析、独立分量分析、遗传 算法、神经网络、支持向量机等都可以在 农畜产品无损检测的论文中找到。它们为 农畜产品无损检测提供了先进的数据处理 平台，提高了检测精度和速度。
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X射线成像与检测装置系 统
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三摄像装置同步拍摄的水果等级检测系统
摄像头3
摄像头2
摄像头1
输送线
操作控 制系统
(1).苹果随着输送带移动，进入光箱后一边随着输送带移动同时开始自转 (2).三个摄像头从不同角度同步拍摄转动中的苹果，获得9幅图像
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每个苹果9幅图像获取示意
左
中
右
30
发明点（创新点）：
42
四、农产品无损检测的应用介绍
• 现在我们以禽蛋的无损检测为实例，看 看国外发达国家的无损检测水平
• 主要利用声学特性、光学特性、电学特 性、力学特性等检测禽蛋品质
43
声学特性检测—裂纹
44
光学特性检测—新鲜度
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力学特性的应用——大小头调整
46
力学特性检测——重量分级
47
自动分级包装
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3）电子视觉智能化分拣机
（1）软胶囊检测装置简介 发明点（创新点）： ① 首次将计算机图像处理技术用于软胶囊的分拣；
人工
自动
② 开发了国内外第一台智能化软胶囊分拣机，提高 了检测速度和精度，大大降低了劳动成本。
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（2） 计算机视觉小西红柿分选装置
分等分级 输送装置 摄像装置 上料装置
控制柜
目前用得最多的是一些单一技术，如：计算机视觉、 超声波、力学、电学、电子嗅觉等。
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3 食品、农产品品质无损检测采用哪些主要方法?
核磁共振 (NMR)
电子自旋共振 (ESR)
光 学 方 法
电 特 性 方 法
电容容量 介电常数
导电率
近红外
红外
可见
紫外
磁
超声波
特
振动
性 方
力学方法
声音
法
压缩
无
X射线
损 检
• 理论价值:
这项研究集成了农业物性学、信息技术、 人工智能、计算 机技术、传感技术、光谱技术等多个学科知识，属多学科 交叉领域，具有重要的理论价值。
• 社会效益：
增加农产品的附加值提高农民收入 使农产品加工业从劳动密集型走向技术密集型 构建现代农业