《现代食品检测技术》全套教学课件

第一章

绪论食品检验技术的概念及任务食品检验技术的内容食品检验技术的方法食品检验技术的分析过程食品检测技术的现状发展动态

食品是指原料不经加工或经过加工或改变性状、具有一定营养价值、对人体无害、可供人类食用的物质

食品品质的优劣直接关系到人们的身体健康，而

评

价

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品

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是食品检测分析的主要任务

食品检验技术是依据物理、化学、生物化学等一些基本原理，运用各种科学技术，按照制定的技术标准，对食品的原料、辅料、半成品及成品的质量进行检测，从而研究和评定食品品质及其变化，并保障食品安全的一门科学。

近年来，食品质量安全问题已成为全社会关注的热点问题

我国人民生活已由温饱型食物结构向营养健康型食物结构转变

人民饮食消费观念由数量型转向质量型，对食品卫生质量标准的要求更高

我国治理和环保科技相对落后，导致环境污染，水土流失，耕地质量下降，农业再生产能力降低

我国工农业生产迅速发展，城市人口剧增，工业三废、城市废弃物大量排放，有毒有害物质渗入土壤

农业化肥、农药用量增加，影响农产品质量对食品质量的要求食品质量的现状ll

我国食品质量安全存在如下两个方面问题：（1）食源性的中毒问题由食源性污染引起的疾病，已成为目前危害中国公民健康的最重要因素之一（2）食品污染的问题大量农药化肥兽药生产调节剂等的使用，尤其是滥用国家已禁止的农药，从源头上给食品安全带来极大的隐患

大头娃娃事件

时间：2003.5

地点：安徽阜阳从2003年5月起，安徽阜阳地区相继出现婴幼儿因饮用劣质奶粉而腹泻、重度营养不良的情况。据统计，2003年5月以来，因食用劣质奶粉出现营养不良综合症的共171例，死亡13例。2004年3月15日前后，阜阳当地电视台连续7天报道了当地大量婴幼儿食用劣质奶粉后变成“大头娃娃”的消息，消息经广泛报道后，全国由此开始围剿劣质奶粉。

因脂肪、蛋白质和碳水化合物等基本营养物质不及国家标准的三分之一，充斥安徽阜阳农村市场的劣质奶粉被人们称为“空壳奶粉”。

食用“空壳奶粉”的婴儿由于蛋白质含量严重不足，根本不能满足婴儿的生长需要，长期食用会导致婴儿患上“重度营养不良综合症”，在本是生长最快的时期停止生长，四肢短小，身体瘦弱，脑袋尤显偏大，被当地人称为“大头娃娃”,严重的甚至越长越轻、越小，直至心、肝、肾等器官功能衰竭而死亡。

“立顿”茶叶事件

时间：2012.3

地点：北京

罪魁祸首：农药残留

绿色和平组织于2012年3月对全球最大的茶叶品牌——“立顿”牌袋泡茶叶进行了抽样调查，并于4月24日发布了调查结果。该组织所抽取的四份样品共含有17种

农

药

残

留

；绿茶、茉莉花茶和铁观音样本中均含有

至少9种

农

药

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；其中绿茶和铁观音样本中农药残留多达13种。与欧盟农药残留标准比对来看，上述四份样品检测出七种尚未被欧盟批准使用的农药残留；四份样本都至少有一种农药残留超过欧盟农药残留标准最大限量。这个事件，被网友称之为立顿“农药门”

“皮鞋酸奶果冻”

时间：2012

地点：北京

罪魁祸首：皮鞋

2012年4月9日，中央电视台著名主持人赵普发微博称：“来自调查记者短信：不要再吃老酸奶和果冻了。尤其是孩子，内幕很可怕，不细说。”

媒体人“朱朱文强”也发微博称，“央视一哥们说，以后别吃果冻和酸奶，问为啥，他比喻说，哪天你扔了双破皮鞋，转眼就进你们肚子了”。

微博发出后，有网友猜测，微博指的是老酸奶和果冻中的增稠剂，有可能就是用皮革炼制的

工业

明胶。

食用明胶是国家允许使用的食品添加剂，在食品领域应用十分广泛。比如冰激凌、酸奶、干酪、软糖、奶糖、火腿肠、酱牛肉、酱油等。但属于食用和药用的明胶太少了，所以，很多是使用工业明胶来代替的。

我国仅有的十几家拥有生产许可证的大企业，生产的合格明胶年产为5万吨左右。一些散落的合格企业生产的明胶多数供应国外市场去了。这更形成了我国每年缺口1万吨合格食用明胶的尴尬局面。

为了降低成本，获得更多利润，国内很多厂家用皮革厂经过铬鞣加工后的皮革屑、边角料、烂皮革等作为生产原料。

金属铬会破坏人体骨骼以及造血干细胞，长期食用会导致骨质疏松，严重的会患上癌症。铬对人体健康的这种危害是一个缓慢的过程，一般在2年以上才会显现出来。

螺旋藻铅超标事件

事件：2012.3.28

地点：绿A、汤臣倍健、清华紫光（金奥力）等多家保健食品企业

罪魁祸首：铅

新西兰毒奶粉

时间：2013.1

地点：新西兰

罪魁祸首：二聚氰胺

德国“二恶英毒饲料”事件

时间：2010.12

地点：德国

罪魁祸首：二恶英

食品质量安全事件之所以接连发生，除了有关食品质量安全的法规不健全之外，食品检测技术不过关、检测仪器使用不方便等也是很重要的原因

目前，食品质量安全存在的严重问题既对食品检测技术提出了更高的要求，同时也将促进食品检测技术水平的提高

控制和管理食品生产，保证和监督食品的质量各类食品生物性化学性物理性影响人体健康生产加工贮藏运输销售

为生产工艺、质量的改进以及食品新资源和新产品的开发、新技术和新工艺的探索等提供可靠的依据。如食品资源的开发、新产品的试制、新设备的使用、生产工艺的改进、产品包装的更新、贮运技术的提高等方面的研究，都需要以分析检测结果为依据。感观检验营养成分分析食品添加

剂的检验有毒有害物质检测感官指标色泽风味形态口感……膳食纤维第七类营养素食品添加剂检验1

酸度调节剂2抗结剂3消泡剂4

抗氧化剂5漂白剂6膨松剂7

胶母糖基础剂8着色剂9护色剂10

乳化剂11酶制剂12增味剂13

面粉处理剂14被膜剂15

水分保持剂16

营养强化剂17防腐剂18

稳定剂19

甜味剂20增稠剂21

香料香精22

食品加工助剂食品中有毒有害物质的检测

农药包括：有机农药、无机农药、植物性农药、微生物农药；此外，还有昆虫激素等

重金属包括：汞、铬、铅及砷等生物毒性显著的重金属元素食品中有毒有害物质的检测

来源于包装材料的有毒有害物质

包括聚氯乙烯、印刷油墨中的多氯联苯、包装用纸中的荧光增白剂

其他化学物质

包括黄曲霉毒素、贝类毒素、河豚毒素、亚硝胺化合物等三、食品检验技术的方法

在食品检测中，由于目的不同，或被检测组分和干扰成分的性质以及它们在食品中存在的数量差异，所选择的检测方法也各不相同。三、食品检验技术的方法感官评定物理分析法化学分析法仪器分析法微生物检验法酶检验法检验方法感官指标色泽风味形态口感……物理分析法密度黏度硬度折光率旋光度图

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衣皮细胞

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机械组织

Mechanical

tissue化学检验法

化学检验法以物质的化学反应为基础，使被测成分在溶液中与试剂作用，由生成物的量或消耗试剂的量来确定被测组分含量的方法。化学检验法酸碱滴定法氧化还原滴定法配位滴定法沉淀滴定法仪器分析法紫外-可见分光光度法色谱分析法质谱分析法原子吸收分光光度计荧光分析法专用的自动测定仪基于某些微生物生长需要特定的物质，方法条件温和，克服了化学分析法和仪器分析法中某些被测成分易分解的弱点，方法的选择性也高。维生素微生物检验法抗生素激素酶检验法指利用酶的反应进行物质定性、定量的方法。酶检验法进行分析的主要优点是：

高效和专一。克服了用化学检验法测定时，某些共存成分产生干扰及类似结构的物质也可发生反应，从而使测定结果发生偏离的缺点。

测定条件温和。柠檬酸苹果酸有机酸乳酸葡萄糖酶检验法糖类淀粉麦芽糖维生素C果糖乳糖半乳糖生物传感器是将生物活性材料与电化学换能器相结合得到的传感器，是电化学、电分析化学和生物学等多学科交叉的产物。它主要由生物识别元件和换能器组成添加剂分析食品成分分析食品鲜度分析农药残留分析抗生素残留分析生物毒素分析生物传感器在食品检测方面的应用根据生物敏感元件的不同可将电化学生物传感器分为电化学酶传感器、电化学DNA传感器、电化学免疫传感器、微生物电化学传感器、组织与细胞电化学传感器等。酶是一类由活细胞产生的具有生物催化活性的蛋白质，对相应底物具有高效的催化转化能力。与其它非生物催化剂不同，酶具有高度的专一性，只能催化特定的反应或产生特定的构型，因此电化学酶传感器具有较高的选择性。拓展知识：电化学生物酶传感器环氧基与酶蛋白侧链上氨基进行反应n电极BOO…………

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BOH酶外围糖基含糖基的酶通过聚3-氨基苯硼酸被定向固定在电极上漆酶应用：重金属会抑制酶的活性，可根据电极的响应来检测Cd2+、Cu2+、和Pb2+等重金属残留辣根过氧化物酶底物：酚类应用：酒中酚类物质的检测葡萄糖氧化酶乳酸氧化酶底物：乳酸应用：分析发酵液或酒中的乳酸含量，可用于葡萄酒发酵过程的控制和优化底物：葡萄糖应用：食品成分分析或鲜度分析1.

含有氨基或糖基的酶的种类有很多，得到新型材料膜的基底后，可以根据食品检测方面所需要检测物质的种类，选择合适的酶进行固定化，实现“一材多用”；2.

相比于离子吸附或者氢键吸附法固定化酶，共价键成键时比较牢靠，酶不易脱落——信号稳定；3. 共价键在一定化学条件下可以断裂，便于更换失活的酶，而且该步骤操作简单，成本较低。

生物催化

电化学聚合合成功能化聚苯胺固定化酶实验室检测样品检测

排除干扰

在线分析

根据目的筛选酶

探索酶活适宜条件

探索固定化条件

检测限

灵敏度

传感器寿命物理分析法（

食品无损检测

〉无损检测简介无损检测:

（非破坏性检测）在不破坏待测物原来的状态、化学性质等前提下，为了获取与待测物的品质有关的内容、性质或成分等物理、化学情报所采用的检查方法

食品与农产品的品质有三个方面的内容：①是反映物体外表特征的外部品质；（表面颜色、表面光泽、表面平整度、物体的外表形状以及尺寸大小等内容

）②是反映物体基本物理性质的品质；（质量、密度、弹性、硬度和黏度等内容

）③是反映物体内部特征的内部品质。（安全性、成熟度、新鲜度、营养成分的组成、味觉、口感、病虫害的检测等内容

）检测对象光声 电 …等特性相应响应激励信号目前用的最多的是一些单一技术如：计算机视觉、电子嗅觉等食品无损检测的优点：✎ 与现行的理化分析法不同，无损检测的方法无需大量的试剂、溶剂等化学药品，不会造成环境污染。✎ 无损检测的方法不需要分析的前处理工作，试样制作简单，

可迅速分析，且分析精度高。✎ 无损检测的方法因能即时检测，适用于在线检测(即在流水线上检测)。✎ 无损检测的方法可以在单元操作下获得多个信息。食品无损检测的缺点：（1）初次投入的成本比较高，适合规模化生产；（2）对产品中的微量成分的检测比较困难。（农药、兽药残留等）应用形式：

生产过程质量控制中的无损检测它可以剔除每道生产工序中的不合格产品，并把检测结果反馈到生产工艺中，指导和改进生产，监督产品的质量。

用于成品的质量控制它主要是检验产品是否符合国家或行业的质量标准，保证食品与农产品的安全性。

产品流通和贮藏过程中的品质监测规定的保质期、保存期中的品质监控，同时也为及时发现伪劣产品，打击制假和不合格产品提供科学的依据。无损检测原理原理：从外部给待测物一个激励能量，待测物受激励能量影响时，从输入和输出的关系可获得待测物的物理化学特性。待测物信号放大器信号检测处理待测物物理化学特性反馈信息

计人人力声电算工工学学学机嗅味检检和图觉觉测测电像检检技技磁处测测术术检理技技测术术技术无损检测的步骤①选择合理的检测系统和设定检测系统的参数。②收集包括可能出现的所有状态的样本，一般需要量在50～80个左右，其中一部分用作定标方程的建立，另一部分用作对定标方程的检验。③按统一的检测方法对全部样本进行物理信息的测定。④按国家标准或行业标准用法定的化学方法测量全部样本的

待测成分的含量。⑤

运用化学计量学方法建立定标样本化学测量值与物理检测数据之间的定标方程；⑥

将预测样本的物理检测数据代入定标方程计算出待测成分的理论计算值。⑦

进行预测样本的预测计算值与化学测量值之间的误差计算与分析，若误差不能达到预定的要求，则需要改变定标方程的建立方法，返回到第⑤步重新建立定标方程。仪器分析法

利用能直接或间接地表征物质的各种特性(如物理的、化学的、生理性质等)的实验现象，通过探头或传感器、放大器、分析转化器等转变成人可直接感受的已认识的关于物质成分、含量、分布或结构等信息的分析方法。

利用各种学科的基本原理，采用电学、光学、精密仪器制造、真空、计算机等先进技术探知物质化学特性的分析方法。

通常是测量光、电、磁、声、热等物理量而得到分析结果，而测量这些物理量，一般要使用比较复杂或特殊的仪器设备，故称为"仪器分析"。

仪器分析可用于定性和定量分析结构、价态、状态分析微量及超痕量分析

仪器分析(与化学分析比较)的特点:1.灵敏度高，检出限量可降低。如样品用量由化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的µg、µL级，甚至更低。适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。2.选择性好。很多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。3.操作简便，分析速度快，容易实现自动化。食品仪器分析方法的分类:仪器分析电化学分析法其他仪器分析方法色谱分析法光分析法（1）光分析法:光分析法红外法荧光法原子吸收法紫外可见法核磁法原子发射法（2）色谱分析法:色谱分析法液相色谱法电色谱法气相色谱法超临界色谱法激光色谱法薄层色谱法（3）电化学分析法:电化学分析法电解分析法极谱与伏安分析法电位分析法电导分析法库仑分析法电泳分析法（4）其他分析法:其他分析法联用技术质谱分析法热分析法确定分析项目、内容取样与样品储存选择合适的分析技术与方法样品制备分析测定，取得分析数据分析数据与标准样比较数学统计处理分析结果对分析结果进行解释、研究

蛋白质和脂肪的测定方法已自动化和半自动化；

氨基酸自动分析仪出现，革新了原有的微生物测定氨基酸的手段；

色谱分析、核磁共振、免疫分析等一些分析新技术在食品检验中得以应用；

农药残留试纸法、硝酸盐试纸法、兽药残留用的酶联免疫吸收试剂盒法等食品快速检验技术迅猛发展。

食品检测技术更加注重实用性和精确性微型化成像化一体化多维化功能专用化低能耗化

食品检测技术与计算机技术结合得越来越紧密计算机技术提高了食品检测系统的数据处理能力计算机技术使食品检测更趋于智能化

大力发展实时在线、非侵入、非破坏的食品检测技术

食品检验技术的概念及任务

食品检验技术的内容

食品检验技术的方法

食品检验技术的分析过程

食品检测技术的发展动态

1.仪器分析检验法的分类是什么？

2.食品检验技术的分析过程是什么？仪器分析检验A扶

求计算机视觉技术及应用概况计算机视觉的图像处理技术计算机视觉技术在食品检测中的应用132一、计算机视觉技术

计算机视觉技术是通过一个高清晰度摄像头获取物体的图像，将图像转换成数字图像，再利用计算机模拟人的判别准则去理解和识别图像，通过图像分析作出相应结论的实用技术。

计算机视觉技术一般包含二维图像获取、处理和分析等过程。计算机视觉技术图像处理：着重强调在图像之间进行的变换，是图像到图像的过程图像分析：对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息从而实现对图像的描述，是图像到数据的过程图像理解：在图像分析的基础上，进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，并对图像目标的含义进行解释，从而发现其内在规律性二、计算机视觉技术应用概况

1.

在尺寸和形状检测中的应用

食品原料和产品的外形尺寸是产品分级的重要依据。用图像分析技术可以评价膨化面包的横截面，计算周长、面积、窝眼的方位和孔几率等结构参数，揭示唯一确定面包种类的信息。

1.

在尺寸和形状检测中的应用

产品形状也是外形尺寸检测的重要方面，特别是水果，其形状优劣是分级的重要指标。用基于计算机视觉的检测技术可以测量苹果，蘑菇和马铃薯的尺寸、颜色和形状以及辣椒的形状。

在国外，根据鸡蛋、苹果等的外形特征，相应开发的计算机图像处理系统，提高了这些产品分级机械的速度和精度。

2.

在颜色检测中的应用

颜色是食品质量评价的首选特征之一，利用计算机视觉系统对产品色泽作出评价，可以克服人眼疲劳和差异，同时还可以利用产品各部分颜色的不同作出相应判断。

一个全真图像处理系统可比带有颜色滤波器的灰度图像系统提供更多的颜色信息，有助于对要评价的对象进行更精确的描述。

2.

在颜色检测中的应用

在实际应用中，有许多不同的技术可以用来提取和分析颜色信息，使用颜色图像系统可以识别鲜桃的缺陷。

用颜色特征作为大豆质量检测指标之一，可区分霉变大豆。

利用计算机视觉技术可以检测面包或其他焙烤食品的颜色来控制食品的质量。

3.

在产品表面缺陷和损伤检测中的应用产品表面缺陷或损伤检测一直是产品分级的难题。

使用基于神经网络分类器的立体颜色直方图可以分析鸡胴体全身缺陷。

利用计算机视觉技术对连续旋转鸡蛋进行裂纹检测，正确率可达到94%。

4.

在食品成分检测中的应用计算机视觉技术在食品成分检测方面的应用有很多。

根据比萨饼底部的数字化图像的颜色特征来判断赖氨酸的含量。

运用数字化图像技术分析面包横截面气孔面积与整体面积的比例、大小均匀性、壁厚度和面包心亮度，判断乳化剂在面包烘焙中的作用。

5.

在食品口感质量评价中的应用

用图像处理技术可以获得膨化食品断面的彩色图像，并对图像进行纹理分析，从而对膨化食品质量进行评价。

用图像处理技术的纹理分析方法可以评价牛肉质量，因为牛肉纹理特征与嫩度之间存在较强的相关关系，从而可以准确预报牛肉嫩度。三、计算机视觉技术特点计算机图像处理技术是计算机视觉技术的主体，计算机图像处理技术的特点就代表了计算机视觉的主要特点。

图像信息量大

图像处理技术综合性强一 图像处理简介

数字图像处理（digital

imageprocessing）：通俗

地讲，就是用计算机对图像进行一系列的操作，

从而达到某种预期效果的技术。图像按空间坐标和明暗程度的

连续性可

分:

模拟图像：指空间坐标和明暗程度都是连续变化的

图像。

数字图像：是一种空间坐标和灰度均不连续的、用

离散的数字(一般用整数)表示的图像。数字图像处理的应用领域①生物医学图像处理各种细胞自动计数、分类，染色体分析，癌细胞识别X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面。②军事图像处理导弹的精确制导，各种侦察照片的判读公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图片的复原等。第二节

计算机视觉的图像处理技术③工业图像处理邮政信件的自动分拣高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别④遥感图像处理资源调查/灾害检测/资源勘察/农业规划/城市规划⑤机器人视觉水下机器人、自动化生产线、无人驾驶汽车第二节

计算机视觉的图像处理技术二 图像数字化（一）图像获取设备图像处理的第一步是获取对象物的图像所获图像的质量直接影响后续各项处理的精度常用的图像获取装置或称图像传感器:1．摄像机和图像采集卡摄像机:目前使用最广泛的图像获取设备。第二节

计算机视觉的图像处理技术传感器类型：Mega

Speed

黑白

或

彩色

CMOS

传感器最大分辨率：1280X1024像素尺寸：

12μmX12μm光谱范围：400nm-1000nm像机尺寸：100mmX100mmX152mm像机重量：1.6KgPCI卡：标准PCI视频输出：高速数据到计算机或通过NTSC或PAL接口拍摄速度：可任意设置电源要求：6V直流或220V交流增益调节：可软件设置，图象尺寸：可软件设置采集模式：自动、手动或触发器控制文件存储：AVI或JPG、BMP图象处理：可用软件进行图象增强抗冲击：50G高速摄像机图像采集卡:是支持视频信号输入输出计算机的设备将摄像机摄取的模拟图像信号转换为数字信号，以便于计算机处理。农产品自动分级及品质检测:目前研究——绝大多数研究的对象仍是静态的农产品个体

实际生产——大多是动态的农产品图像图像处理和分析更复杂。要适应动态需要，应选用高速图像采集装置（高速摄像头+高速采集卡/每秒几十帧到上千帧不等）。第二节

计算机视觉的图像处理技术图像采集卡第二节

计算机视觉的图像处理技术2．数码摄像机数码摄像机将图像采集、A/D转换等多种功能集于一体，直接输出计算机可接受的数字信号。3．扫描仪精度和分辨率中等，成本很低。但速度较慢，实时性差。4.

遥感中常用的图像获取设备多光谱摄像机、红外辐射计、红外摄像仪、多通道红外扫描仪、多光谱扫描仪、微波辐射计、俯视雷达、合成孔径雷达等。第二节

计算机视觉的图像处理技术（二）图像存储器保存图像处理过程中有关数据和处理最终结果的装置。（三）输出装置输出可分为:软拷贝装置：阴极射线管显示器(CRT)、液晶显示器(LCD)、场致发光显示器(ELD)、发光二极管显示器(LED)。硬拷贝方法:

激光打印、喷墨打印、胶片照相和光盘刻录等。第二节

计算机视觉的图像处理技术三 数字图像处理基础

数字图像处理的基本内容①图像信息的获取。通过图像采集装置获取待研究物体图像，并借助图像处理专用硬件将其转换成适合计算机处理的数字信号。②图像信息的存储。一般作档案存储主要采用磁盘、光盘等。③数字图像处理。计算机图像处理的概念，用计算机对图像进行各种操作,包括图像增强、分割、描述、分析、识别等一系列处理。④图像信息的输出与显示。图像处理的最终信息的显示和输出也是不可缺少的环节。第二节

计算机视觉的图像处理技术四 图像增强图像增强：按照特定的要求，采用一系列技术，突出图像中的某些信息以改善图像的视觉效果，或将图像转换为更适于人或机器进行处理的形式。为后续的特征提取、识别、分析和理解等工作打下良好的基础。第二节

计算机视觉的图像处理技术五 彩色图像处理

伪彩色图像处理人为地将灰度图像像素按一定的规则赋予不同的彩色，从而将灰度图像变换成彩色图像，这种处理方法称为伪彩色

(pseudo

color)技术。伪彩色技术是一种有效的图像增强措施，其目的是为了提高图像的可视分辨率。第二节

计算机视觉的图像处理技术l，

假彩色增强技术假彩色(false

color)处理是通过彩色映射增强图像，但其处理的原始图像不是灰度图像，而是一幅真实的自然彩色图像，

或是遥感多光谱图像等。假彩色处理主要目的：①把景物映射成奇特的色彩，会比原来的自然彩色更引人注目，留下深刻的印象。如:绿色背景中放一只红香蕉，就格外吸引人的眼光。遥感多光谱图像②为了提高分辨率，根据人眼的生理特点，将感兴趣而又不易分辨的细节赋予人眼较敏感的颜色。如:人眼对绿色亮度的响应最灵敏，可把原来是其他颜色的细小物体变换成绿色，这样就容易鉴别了。③将多光谱图像合成彩色图像，不仅看起来自然、逼真，更重要的是，通过与其他波段图像配合，可从中获得更多的信息，

便于区分不同类型的景物。六 数字图像文件格式

数字图像处理通常会产生大量含有数字的图像文件，而且每个文件数据量相当大，它们必须被存档，另外经常需要在不同的用户及系统间交换。

目前，大多数商业化的图像处理程序可以读写几种流行的图像文件格式。第二节

计算机视觉的图像处理技术第二节

计算机视觉的图像处理技术六 数字图像文件格式Hm

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计算机视觉的图像处理技术格式BMPJPEGGIFTIFF标准的Windows或OS/2的图形图像的基本位图格式所损压缩的静态图像文件存储格式压缩图像存储格式，文件长度比较小支持所有图像类型，分为压缩和非压缩两大类

BMP：最典型的应用BMP格式的程序就是Windows的画笔。BMP是用于Windows和OS/2的位图格式，文

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，

开

发Windows环境下的软件时，BMP格式是最不容易出问题的格式，因此，该格式是当今应用比较广泛的一种格式。但缺点是该格式文件比较大，所以只能应用在单机上，不受网络欢迎。

GIF

是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少。

TIFF

格式支持任意大小的图像，具有图形格式复杂、存贮信息多的特点。可采用无损压缩方案存储。JPEG文件扩展名为.jpg或.jpeg，其压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据，获取得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，由于它优异的性能，所以应用非常广泛。食品图像分析中，经常用计算机视觉系统判断食品质量（一）

色度学基础

1.颜色的表示方法设置一套作为标准的颜色样本，被试的颜色与样本进行比较，然后用特殊记号来表示根据刺激光的物理性质和色感觉的对应关系，找到相对应的量来表示试料的光物理性质

2.三基色及色度表示原理

（1）三基色的概念

几乎所有的颜色都能由三种基本色彩混配出来，这三种色彩叫做三基色三基色相互独立，任何一种基色都不能由其它两种颜色合成

（2）颜色混配方法相加混色•

彩色电视机相减混色•

彩色电影和幻灯片等相加混色相减混色有发光体发出的光相加而产生各种颜色先有白色光，而后从中减去某些成分得到各种色彩三基色是红、绿、蓝三基色是黄、青、品红（二）颜色模型1.

RGB颜色模型R：红色，Red，700

nmG：绿色，Green，546.1

nmB：蓝色，Blue，435.8

nm

RGB模型用三维空间中的一个点来表示一种颜色。

每个点有三个分量，分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值，亮度值限定在［0,

1］。z蓝(Blue)品红(Magenta)红(Red)绿(Green)

黄(Yellow)y青(Cyan)xO

在RGB模型立方体中，原点所对应的颜色为黑色，它的三个分量值为（0,0,0）。

距离原点最远的顶点对应的颜色为白色，它的三个分量值为（1,1,1）。

从黑到白的灰度值分布在这两个点的连线上，

该线称为

灰色线。

其余六点对应——红、绿、蓝、黄、青、品红。

RGB的取值通常是0

~255的整数红蓝绿青（蓝绿）品红黄2.

CMY颜色模型C：青色，CyanM：品红色，

MagentaY：黄色，Yellow常用于从白光中滤去某种颜色，成为减色原色空间。3.

HIS颜色模型H：色调，hue，I：

明度，intensityS：饱和度，saturation与人的颜色感觉一致，反映了人的视觉系统观察彩色的方式，有利于图形处理。八 图像分割图像分割是图像处理中极为重要的一个环节。将检测对象从背景中分离出来，以便提取农产品的品质信息。

分割的精确程度影响甚至决定分析、识别和理解的准确程度。分割问题的困难:图像数据的模糊和噪声的干扰。

灰度阈值分割法灰度阈值分割法:设置一个灰度阈值T，把图像中每个像素的灰度值与它进行比较，将大于等于T的像素与小于T的像素分划成两类，即物体与背景。

基于边缘的图像分割能从一粗糙轮廓识别出物体。物体的边界在图像中是由灰度不连续性所反映的，通常先通过边缘检测算子提取图像中可能的边缘

点，再把这些点连接起来形成封闭的边界。应用实例探讨计算机视觉技术无损检测禽蛋的裂纹，代替工业生产中的人工照蛋检测禽蛋品质的传统方法，自动剔除破损

蛋

。计算机视觉技术能够模拟人眼的功能，对禽蛋裂纹的判

断具有显著的优势，工业生产中可以代替人的劳动，并避免

人工的不足，可以高速、准确、全面地判断禽蛋的品质。其中：CCD摄像头：佳能A85；图像采集卡：加拿大 Matrox

П图像采集卡；光源：25W白炽灯；PC：P4

1.7G处理器，显卡为nvidia

GeForce

MX440

64MB

；图像处理软件系统：Image processing

1.0鸡蛋：江苏省源创禽业发展有限公司提供的无公害褐壳鸡蛋，鸡种为罗曼蛋鸡检测判断流程图背景去除灰度转化中值滤波分析图像信息（第1幅）阈值分割区域标记参数提取查看直方图进入系统受测鸡蛋获取图像(2幅)存在裂纹区域不存在裂纹区域继续分析图像其他区域或第2幅图像判断是否判断否是另一枚鸡蛋2幅图像区域搜索完毕且无裂纹输出结果

分级的精度和准确率完好鸡蛋裂纹鸡蛋受测总体准确率检错率准确率检错率准确率检错率比例128/1357/13579/845/84207/21912/219百分数95%5%94%6%94.5%5.4%稻谷、玉米、麦子等多种农作物；苹果、犁、柑橘、芒果、猕猴桃、西瓜等各种水果；黄瓜、西红柿、辣椒、马铃薯等各类蔬菜；鸡蛋、牛肉等禽畜产品；茶叶、核桃等一、依据颜色进行的研究表面颜色是农产品和食品的重要外观特征，常用作评价农产品和食品的主要指标。第三节

计算机视觉在食品检测中的应用二、利用外形尺寸进行的研究利用计算机视觉系统对混杂的酥油草和黑麦草进行区分。采集两种草籽的图像，进行预处理，然后提取两种草籽的十个形状参数：长度、宽度、厚度、孔数、周长、面积等。用回归分析方法得出单一草籽和混杂草籽特性的模型，能正确地区分出混杂数据中83.13％的酥油草籽和79.87％的黑麦草籽。图像处理方法检测玉米粒表面的霉变。霉变部分的RGB值要比完好部分的RGB值小，但两种部位的颜色有较多重叠。采用计算机视觉技术得到的分类结果达到98.7％的精度。三、缺陷检测四、综合检测技术应用研究出烟叶外观特征的定量描述方法：自动提取每片烟叶的颜色、形状、纹理三类特征的180个特征参数;运用统计分析法选择特征，建立了烟叶质量自适应分级系统。该系统对不同年份、不同产地烟叶的分组分级效果稳定，对多个地区烟叶的检测准确率在80％以上。

计算机视觉技术及应用概况（二维图像的获取、处理、分析）

计算机视觉的图像处理技术（图像增强

彩图处理

图像分割

色度学基础知识）

计算机视觉在食品检测中的应用第三章

人工嗅觉

、人工昧觉检测技术人工嗅觉、人工味觉检测技术概述人工嗅觉、人工味觉的传感器阵列及模式识别人工嗅觉、人工味觉技术在食品检测中的应用132

香、酸、甜、苦、辣、咸

靠人类自身的嗅觉和味觉来进行判断——训练有素、经验丰富的专家

弊端：主观性判断结果与年龄、性别、识别能力及语言文字表达能力有关同一人员，与自身的身体状态、情绪变化有关

香、酸、甜、苦、辣、咸

靠化学分析——色谱法、光谱法、毛细电泳法等

弊端：复杂，数据结果与人类感受相差巨大期望：客观准确的鉴别方法来代替人工品闻食品

----模拟动物和人的嗅觉和味觉功能----

人工嗅觉系统：电子鼻

人工味觉系统：电子舌

——

简单、快捷、准确、无损与普通化学分析方法的区别：得到的不是被测样品中某种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。

电子鼻和电子舌模拟人和动物的鼻子与舌头，不

仅可以根据不同的食品测得不同的信号，而且可

以将这些信号与经学习建立的数据库中的信号加

以比较，进行识别判断。

电子鼻和电子舌可以识别食品的气味和味道，鉴

别产品真伪，控制从原料到产品的整个生产过程

的工艺，保证产品质量。人工嗅觉/味觉传感器融合技术计算机技

应用数学术 技术食品科学味觉指纹分析仪（电子舌）（Electronic

Tongue

Analyzer）气味指纹分析仪（电子鼻）（Electronic

Nose

Fingerprint

Analyzer）

电子鼻和电子舌的工作原理是建立在模拟生物的嗅觉和味觉形成过程基础上的

化学物质引起的感觉不是化学物质本身固有的，而是化学物质与感觉器官反应后出现的味觉物质味蕾感受膜味觉物理化学人类的主要化学感受：味觉、嗅觉、三叉神经感觉味觉：辨别进入口中的不挥发的化学物质；嗅觉：辨别容易挥发的物质；三叉神经感觉：感受体分布在黏膜和皮肤上，对挥发和不会发的物质均有作用，能区分刺激和化学反应的种类。共同作用，嗅觉突出（一）生物嗅觉嗅感：挥发性物质散发的气体分子与鼻腔内嗅觉神经反应所引起的刺激感，是一种生理反应。生理传导过程如下：a.信号产生阶段b.

信号传递与预处理阶段c.

大脑识别阶段一

生物嗅觉与生物昧觉；一

一丁嘀

导一

二：；k引至三副剧

’沾函，j-1 币1

国！｜

嗅唰表面电荷器世H苦H

去帮川嗅球中经对信

川

大脑皮层

i附，ff

阳嗅随行甘哪！｝

啤」

II

;

I

II

↑1

I

信号处理

川!L.!:!.:!_J 以奋信号I

:

;I递到大脑

川川图

1

-

1人的嗅感产生过程框图

人的鼻腔中约有5000万个嗅觉细胞，单个嗅觉细胞生存期约22d，灵敏度不高，选择性差。

人的嗅觉系统对气味的识别能力是由大量性能彼此重叠的嗅细胞，嗅球中经和大脑共同作用的结果。

一般来讲，从气味分子被嗅细胞表面吸附到产生嗅觉反应仅需0.2-0.3s.

气味可单一、可复合；自然气味多是复合的，单一气味多是人造的。

人的嗅觉能够分辨出的气味约10000种。

味觉的感受器是味蕾，主要分布在舌背部表面和舌缘，口腔和咽部黏膜的表面也有零散的味蕾存在。

儿童味蕾比成人多，老年人会发生味蕾萎缩

味蕾由味觉细胞和支持细胞组成

舌表面约有50万个香蕉型的味觉细胞。

味觉细胞顶端有纤毛——味毛，味觉感受的关键部位

在20-30℃味觉的灵敏度最高。

舌表面不同区域对不同味刺激的敏感程度不同

1：舌表面味蕾上的味觉细胞的生物膜感受味觉物质并形成生物电信号；

2： 该生物电信号经神经纤维传至大脑；

3： 大脑识别。

味道：

甜、咸、酸、苦、涩、辣、鲜

酸味：氢离子，盐酸、氨基酸，柠檬酸…

甜味：蔗糖、葡萄糖…

苦味：奎宁、咖啡因…

鲜味：谷氨酸单钠(海藻)、肌苷酸二钠(鱼和肉)、鸟苷酸二钠（蘑菇）…

咸味：NaCl…

味刺激物质必须具有一定的水溶性，能吸附于味觉细胞膜表面上，与味觉细胞的生物膜反应，产生味感。

味觉细胞生物膜的主要成分：脂质（酸、咸、苦）、蛋白质（苦，甜、鲜）、无机离子、少量的糖和核酸（一）人工嗅觉简介（1）人工嗅觉系统---电子鼻人工嗅觉模拟生物的嗅觉器官，工作原理与人类嗅觉形成相似。万宝路香烟气味指纹比较和辩认数据处理信息采集传感器信号信号处理数据分析和比较结论大脑大脑皮层分辨气味指纹气味气味指纹吻合：万宝路香烟x（2）人工嗅觉系统---电子鼻基本组成：气敏传感器阵列、信号预处理单元、模式识别单元

气体传感器阵列：有多个相互之间性能有所重叠的气体传感器构成；功能上相当于彼此重叠的人的嗅觉感受细胞。与单个气体传感器相比，检测范围更宽灵敏度和可靠性更高。

信号预处理单元：滤波、变换、放大和特征提取等

模式识别单元：主要有统计模式识别和人工神经网络模式识别嗅觉的强度：既可用每个传感器的绝对电压、电阻或电导值表示，也可用相对信号值表示；已经成熟应用于食品、化妆品、香料、香精等的香气质量评定；人工嗅觉的研究需关注以下三个方面：（1）研究对微量、痕量气体分子瞬时敏感的检测器，以得到与气体成分相对应的信号。（2）研究对检测的信号进行识别与分类的数据处理器，以便将有用信号与噪声加以分离。（3）研究将测量数据转化为感官评定指标的智能解释器，以得到与人的感官相符的结果。2016年5月16日星期一5种主味•酸•甜•苦•咸•鲜结论味道滑润纯正大脑大脑皮层分辨舌头味蕊信息采集数据处理气味指纹比较和辩认传感器信号信号处理数据分析和比较

Artificial

Taste

System,

ATS,

电子舌

某些传感器可实现味觉的某些感觉：

酸度：pH计

咸度：导电计

甜度：比重计、折光仪

缺陷：

1.所测物理化学参数要受到外界非味觉物质的影响；

2.所测参数不能反映味觉物质之间的交互作用产生的效果，所以不能模拟实际的生物味觉感官功能。

人工味觉系统：多通道类脂膜味觉传感器阵列和模式识别算法组成。

原理：根据类脂/高聚物膜对味觉溶液物质产生电势变化。

模式识别：神经网络和混沌识别区分：酸甜苦鲜咸区分：咖啡、啤酒、日本米酒、牛奶酒类检测

人工嗅觉和人工味觉的仿生过程：嗅觉传感器：由气敏元件、电路和其它部件一起组

成的传感装置。气敏元件：指能感知环境中某种气体（如CO,CO2,O2，Cl2等）及其浓度的一种元件。气体传感器应满足：1.具有较高的灵敏度和宽的动态响应范围；2.性能稳定，传感器的响应不随温度、湿度的变

化而发生变化；3.响应速度快，重复性好；4.保养简单、价格便宜。用作人工嗅觉气体传感器的材料应满足：1.

与多种气体均有响应，即通用性强，要求对成千上万种不同的嗅味在分子水平上作出鉴别。2.

与嗅味分子的相互作用或反应必须是快速、可

逆的，不产生任何“记忆效果”，即有良好的还

原性。

根据材料类型的不同，现有的气体传感器可分为金属氧化物型半导体传感器、有机导电聚合物传感器、质量传感器、红外光电传感器等分类原理优点 缺点金属氧化物型半导体传感器吸附气味分子后会引起电阻下降产生负的电信号活性材料:

SnO2\ZnO2\TiO3

等衬底材料:采用硅、玻璃和塑料稳定性好、能 选择性不高、工作温度耗小、寿命长、较高,长时间工作后响应耐腐蚀性强、 基准值易发生漂移宽的适用范围、对气体混合物中的硫化较低的成本物呈“中毒

”反应,受水汽影响大等缺点导电高分子传感器活性材料:噻吩、吲哚、呋喃等成分构成的导电聚合物。发生聚合反应引起电阻增加

,产生正的信号体积小、能耗小、常温下工作而无需加热有利于向便携方向发展活性材料电聚合过程较为困难和费时接触响应也存在随时间发生漂移的现象对湿度过于敏感

,严重时会干扰响应质量传感器一类是石英晶体微天平传感器(QCM

)一类是声表面波传感器(SAW)灵敏度高、信号易于微机处理及抗传输干扰等优点对温度湿度敏感性强

单个嗅觉受体细胞的性能并不高，但是生物嗅觉系统的整体性能却令人惊叹，同理，气体传感器也向传感器阵列发展，即将多个性能有所重叠的气体传感器组合起来。

趋于集成化、检测范围宽、携带方便。

人工味觉传感器测得的不是某一化学成分的定性定量结果，而是整个所测物质味道的整体信息

食物中大致含有1000种以上的化学物质，味觉物质之间还存在相互作用——多通道类脂膜味觉传感阵列表

1-3常用的类脂膜材料英文名Oioctyl

phosphate

(

DOP

)Chole$terolOleic

acid中文名二辛基磷酸盐胆间醇油般要基乙醇二

辛基甲基氯f七锁油烯酸二磺肢二甲基澳化镀三

甲摹磺股氧化锥

按

9:

1

配

DOP

和

TOM

A拨

5:

5

配

DOP

和l

TOMA按

3:

7

配

DOP

和

TOMAdecyl

alcoholTrioctyl

methyl

ammonium

chloride(

TOMA

)。leyl

amineDiatearyl

dimethy

ammonium

bromidetrimethyl

stea1γi

ammonium

chlorideDOP:TOMA

ι

9:

IDOP:TOMA

=

5:

5DOP:TOMA

=

3:

1

传感器阵列的模拟信号转换数字信号输入计算机中,被测嗅觉的强度可用每个传感器的输出的绝对电压、电阻或电导来表示。

电子鼻数据中提出有效特征值：斜率、最大值、相对最大值、平均值、积分值等。2016年5月16日星期一二、人工嗅觉与人工味觉的模式识别多元数据统计分析方法（主要有主成分分析法PCA、偏最小二乘法PLS、聚类分析法CA、线性判别法LDA）等;神经网络方法（反向神经网络BP、径向基结合径向基神经网络RBF);模糊方法.将多维响应信号转换为感官评定指标值或组成成分的浓度值，得到被测气味定性分析结果的智能解释器。2016年5月16日星期一南京农业大学食品科技学院 39一

、人工嗅觉在食品检测中的应用(电子鼻)（一）人工嗅觉技术应用简介应用领域：酒类、茶叶、鱼类、肉类等食品挥发气味。质量分级和新鲜度判别。传统方法：气相色谱法缺点：需要制备和处理样品，选择合适的萃取溶剂以及合适的色谱分离条件，分析时间较长，需要标准品对比。一

、人工嗅觉在食品检测中的应用(电子鼻)国外已有了商品化的人工嗅觉系统，如表所示：国内还停留在试验阶段。表

1-6商品化的人工嗅觉

系统人

士I奥觉系统名称所在国家所用传感器类型所用传感器数口A

i

rsense德｜叫MOS10A

lpha

MOS法闰MOS/

CP/

QCM达到

24A

romaScan英国CP32Blood

hound

Sensor英同CP14HKH.

SensorSysteme德同QCM6Lt"n

nai1z

electron

ic德同MOS/

QCM达到

40eotonics美同

、英同CP12N

ord

ic

Sensor

Technologies瑞上MOSFET/

MOS/

IR/

QCM达到

15R

ST

H.ostock德国QC如I/MOS/SA

W达到

6

MOS：金属氧化物传感器

CP：导电聚合物传感器；

QCM：石英晶体谐振传感器；

SAW：声表面波传感器

IR：红外线光电传感器

MOSEET：金属氧化硅场效应管传感器1.电子鼻具有新颖的仿生检测技术，与传统成分分析仪器不同，它根据测定样品气味的整体信息，产生“指纹”图谱，提供样品的隐含性质。2.电子鼻测定速度快，一般仅需几分钟，能及时反馈信息，调整生产流程中的各项工艺条件，确保质量评价(QA)和质量管理(QC)指标，从而使产品质量得到保证.3.电子鼻测定范围广。它不仅能测定气体、液体，而且也能测定固体等各种形态的样品。样品不需前处理，极少使用各种有机溶剂，是一项“绿色”检测技术。4.避免了靠人体感官测定中的主观因素及其它的人为误差，提高测定的精确度，而且可以避免人工测定嗅味中因吸入样品对健康带来影响。5.测试结果都基本上代表样品的整体性。气相色谱法(GC)、色谱-质谱联用技术

(GC-MS)与电化学方法是经样品分离后的结果，而且时效性和成本上需要考虑。（一）人工味觉的应用概况用于：咖啡、啤酒、离子饮料、饮用水等的品质检测污染物的检测（Fe3+,Cu2+等）（二）多通道人工味觉系统在食品味道检测中的应用装置及原理：用类脂膜构成的多通道电极制成，多通道电极通过多通道放大器与多通道扫描器连接，从传感器得到的电子信号通过A/D转化为数字信号，然后进入计算机进行模式识别处理，得出相应的味道。8个人工昧觉晌应

示意图电每一个膜电位

的变化人工昧觉测试的～上，电位的、，应若不同的

图1-15为区分:2种酸（醋酸、柠檬酸）;3种鲜味化合物（谷氨酸钠、肌苷酸二钠、鸟苷酸二钠）

结果：变化趋势相似，但响应强度不同。阿尔法.莫斯电子鼻及电子舌技术及其在世界食品行业的应用智能电子化感官分析系统智能电子化感官分析系统

公司简介

什么是电子鼻和电子舌?

为什么用智能电子感官技术?

电子鼻和电子舌在世界食品行业的应用.

世界食品行业用户对阿尔法.莫斯技术的推荐阿尔法.莫斯公司简介

总部坐落在风景优雅的法国城市图卢兹

世界最领先,唯一成熟的电子鼻和电子舌技术,被誉为“感官分析电子化的专家”.

其技术已广泛应用于食品,烟酒,饮料,环保,香料和医药等行业的研发及质控

电子鼻,电子舌>95%的世界市场占有率.食品应用代表用户Bull

DogOil

MarketOther

Users

in

the

Food

Market化妆品家用品代表用户IFBM

(France,法国IFBM葡萄酒厂),AnheuserBusch

(USA,美国著名葡萄酒产家)Brown

Forman(USA,美国著名啤酒产家)Coors

Brewing

(USA,康胜啤酒)Baccardi

Corp

(USA,美国葡萄酒产家)Scottish

Courage(Scotland,苏格兰威士忌产家)Mastroberardino

(Italy,意大利著名葡萄酒产家)AsahiBreweries

(Japan日本)Hakutsuru(Japan日本)National

Institute

ofBrewing

(Japan

日本)Institute

ofIndustrial

Research

(Japan

日本

)…阿尔法.莫斯电子鼻,

电子舌世界酿酒行业的一些代表用户法国ALTADIS,Phillips

Morris(美国.菲利普莫里斯,瑞士.菲利普莫里斯),ITC(