基于图像纹理和大理石花纹特征的牛肉嫩度智能预测方法研究

论文摘要

牛肉眼肌切面含有丰富的纹理特征信息,是进行牛肉嫩度剪切力检测的重要部位。牛肉嫩度传统的评价方法有感官测定法和机械判定法。感官测定法容易受个人经验、心理和环境的影响,误差大,效率低；机械判定法则借助仪器测量肉的剪切力比较耗时复杂,对牛肉具有破坏性。本课题根据我国牛肉嫩度检测方法现状,研究建立基于图像纹理特征和大理石花纹特征模型的预测牛肉嫩度的方法,为牛肉嫩度预测的智能化提供了理论依据。本课题研究了影响牛肉嫩度的主要因素,牛肉眼肌切面大理石花纹特征的提取方法；纹理图像分析方法及其特征的提取；基于图像纹理特征与大理石花纹特征的牛肉嫩度预测方法。牛肉眼肌切面大理石花纹特征的提取部分研究了硬件平台构成(CCD工业相机、PC机、碗装光源),试验材料(肉的来源)。实现了光源补偿解决了牛肉切面的反光问题,牛肉图像的采集,牛肉眼肌切面图片的预处理,包括灰度化、加权滤波掩膜滤波去噪、拉普拉斯掩膜图像增强、边界跟踪法实现背景的去除、迭代法计算分割阈值、二值化、腐蚀膨胀等方法,得到最优大理石花纹的二值化图片,再选取牛肉图像的特定矩形区域,遍历二值图像中灰度为255的点,提取出大理石花纹面积特征值,再提取二值图像的边缘,遍历提取大理石花纹的周长特征值。提出了纹理显著变化的目标区域的确定方法。应用灰度共生矩阵提取牛肉图像的纹理特征,对灰度共生矩阵及其参数正规化以及对提取出来的各个特征值在4方向上求平均等。实现了对牛肉图像的灰度共生矩阵提取和统计。基于图像纹理和大理石花纹特征的牛肉嫩度预测方法,在对实验数据的比对的基础上,研究了大理石花纹特征与牛肉嫩度的相关性,研究了灰度共生矩阵纹理特征与牛肉嫩度的相关性；选出相关性较高的特征。建立了基于图像纹理特征的牛肉嫩度预测模型,建立了基于图像纹理特征和大理石花纹特征的牛肉嫩度预测模型,并验证了后者的预测效果更优。对该预测模型的预测值和剪切力真值进行线性比对,验证其准确性较高。最后选用外脊肉经行试验验证,试验表明预测效果较好。本课题在安徽省瀚森荷金来肉牛集团与陕西秦宝牧业发展有限公司进行了相关试验,通过对试验结果及其相关数据分析,验证了基于图像纹理特征和大理石花纹特征的牛肉嫩度预测方法的科学合理,具有较高的准确率,适合现实应用和生产中使用,系统具有较高的研究和商用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的来源和意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 牛肉眼肌嫩度的评定方法
• 1.3.1 感官判别方法
• 1.3.2 剪切力判别方法
• 1.3.3 近红外、高光谱检测方法
• 1.3.4 机器视觉预测方法
• 1.4 本课题研究的出发点、目标、主要内容及技术路线
• 1.4.1 研究的目标
• 1.4.3 研究的主要内容及技术路线
• 1.5 本课题研究的创新点
• 第二章 牛肉嫩度的影响因素及大理石花纹特征的提取
• 2.1 牛肉嫩度的影响因素
• 2.1.1 肌原纤维与牛肉嫩度
• 2.1.2 结缔组织与牛肉嫩度
• 2.1.3 肌内脂肪与牛肉嫩度
• 2.1.4 牛龄与牛肉嫩度
• 2.2 牛肉大理石花纹提取硬件和试验材料
• 2.2.1 硬件平台
• 2.2.2 实验材料
• 2.3 牛肉图像的采集
• 2.4 牛肉大理石花纹提取流程
• 2.5 牛肉大理石花纹图像理方法
• 2.5.1 图像预处理方法
• 2.5.2 边界跟踪法去除背景
• 2.5.3 分量迭代阈值分割
• 2.5.4 二值化
• 2.5.5 腐蚀和膨胀
• 2.6 改进型非完全信息的大理石花纹提取方法
• 2.6.1 有效眼肌区域的提取
• 2.6.2 确定有效眼肌区域的中心点坐标
• 2.6.3 改进型非完全信息目标矩形区域的确定
• 2.6.4 大理石花纹特征的提取
• 2.7 实验验证及其结果分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 牛肉纹理特征的提取
• 3.1 纹理的研究内容和主要分析方法
• 3.2 基于灰度共生矩阵方法的牛肉图片纹理特征的提取
• 3.2.1 灰度共生矩阵的定义
• 3.2.2 牛肉图像中灰度共生矩阵二次统计特征量
• 3.2.3 牛肉图片的灰度共生矩阵提取方法
• 3.3 牛肉灰度共生矩阵提取试验及结果
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于图像纹理与大理石花纹特征的牛肉嫩度预测方法研究
• 4.1 试验研究的软硬件条件
• 4.1.1 剪切力客观测量器材
• 4.1.2 牛肉样本
• 4.1.3 试验软件条件
• 4.2 牛肉眼肌区域剪切力评估
• 4.3 各特征值与嫩度的相关性分析
• 4.3.1 不同类特征值与嫩度的相关性分析
• 4.3.2 优选特征指标
• 4.4 牛肉嫩度预测模型的建立与试验验证
• 4.4.1 牛肉嫩度预测模型的建立
• 4.4.2 牛肉嫩度预测模型的试验验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 问题与工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文