• 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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）
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基于图像光谱仪的高光谱图像系统
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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。
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（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；
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贴标签
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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。
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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
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• 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
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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
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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
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（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
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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
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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
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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
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生理成熟度(骨龄)判断
I2 软骨区域图象 I3
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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
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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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53
26
X射线成像与检测装置系 统
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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
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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）：
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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
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声学特性检测—裂纹
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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
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力学特性检测——重量分级
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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