馬偉民，祝 賀，邢艷霞

（1.臨清市君博食品有限公司，山東 聊城 252600；2.山東農(nóng)業(yè)工程學院，山東 濟南 250100）

畜牧業(yè)作為衡量一個國家農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的專業(yè)標桿，發(fā)展畜牧業(yè)對農(nóng)業(yè)國家來說有著非凡的意義[1]。伴隨著我國國民經(jīng)濟的不斷提升，人們對生活質(zhì)量的要求更是精益求精，作為充斥著國民點滴生活的牛肉消費也出現(xiàn)了較大的改變。2019年，我國已成為世界最大牛肉進口國，2020年我國牛肉進口量已超過200萬噸。隨著國民經(jīng)濟水平的不斷攀升，消費者對肉牛類消費品的質(zhì)量要求也在不斷提高，孕育出極為可觀的高檔牛肉市場，未來我國對牛肉的消費潛力將迅猛提升。但我國當前牛肉消費多依賴于進口，無法依靠自身生產(chǎn)完成市場供給。

我國肉牛業(yè)起步較晚，且目前多以低質(zhì)量、低產(chǎn)量的普通肉牛發(fā)展為主，高速發(fā)展的背景之下，低水平的肉牛發(fā)展已不能滿足我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，因此，追求高質(zhì)量化肉牛建設(shè)將成為我國未來畜牧業(yè)發(fā)展的主流趨勢。

高檔雪花牛肉通常表面呈現(xiàn)色澤鮮艷的大理石花紋外形，為了規(guī)范市場、加強牛肉的生產(chǎn)銷售一體化，促進牛肉產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，目前日本、澳大利亞等主要牛肉生產(chǎn)及消費國均已建立較為完善的牛肉評級體系[2]。盡管我國也頒布了相關(guān)評級標準，但目前國內(nèi)高檔牛肉的評級仍然依靠人工肉眼識別判定，極易受到主觀因素影響，從而影響牛肉評級工作的展開，不利于我國高檔牛肉市場規(guī)范化建設(shè)。因此，本文擬采用計算機視覺技術(shù)，建立牛肉評級系統(tǒng)，以機械代替人工，建立高效、規(guī)范的高檔牛肉市場。

1 牛肉分級系統(tǒng)研究進展

我國傳統(tǒng)牛肉大理石花紋評級，通常由專業(yè)人員經(jīng)過培訓后，通過肉眼識別將真實樣品與標準牛肉等級圖示進行比對，達到評級的目的。該方法存在較大的人為主觀判斷，且效率低下，并不利于建立規(guī)范、高質(zhì)量的高檔牛肉市場。

因此，通過計算機視覺技術(shù)建立高效、自動的牛肉評級系統(tǒng)對生產(chǎn)高效、市場發(fā)展均有著深遠的意義。

1.1 計算機視覺評級標準

我國牛肉質(zhì)量分級標準包括胴體質(zhì)量等級及胴體產(chǎn)量等級標準，牛肉質(zhì)量評級包括對肌肉顏色、大理石紋、脂肪豐富程度以及生理成熟度等多個指標的評定[3]，較為復雜。因此在牛肉等級評定過程中，主要評定對象通常以牛肉眼肌橫切面為主。

所謂計算機視覺即利用成像系統(tǒng)取代傳統(tǒng)視覺器官，建立一種視覺系統(tǒng)[4]。通過多樣的獲取方式獲取牛肉的圖像信息，后通過計算機對獲取的圖像進行數(shù)據(jù)處理，對雪花牛肉中大理石花紋等級做出合理的評定。其中重點在于分割牛肉胴體眼肌切面圖像以及對大理石花紋的提取。參考當下對于牛肉分級技術(shù)的研究進展，利用計算機視覺進行圖像處理的方法進行牛肉分級是當前公認最為理想的解決方法[5]。

1.2 國內(nèi)牛肉分級系統(tǒng)研究進展

早在20世紀80年代初，國外便已經(jīng)展開了對牛肉大理石花紋評級系統(tǒng)的相關(guān)研究，而國內(nèi)相關(guān)方面研究起步較晚，21世紀初才剛剛開始[6]。目前，國內(nèi)基于計算機視覺技術(shù)對牛肉評級的研究主要集中于對眼肌橫切面特征參數(shù)的圖像分析。

通過利用MATLAB識別牛肉肌間脂肪比例，任發(fā)政[6]等得出可以采用MATLAB圖像域值化方法來判定牛肉大理石花紋等級。楊偉龍[7]等在手持設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)立人機交互界面，利用VC++開發(fā)設(shè)計，建立牛肉大理石花紋自動監(jiān)測系統(tǒng)，對所拍攝照片進行圖像處理，提取大理石花紋比例進而達到評級的目的。周彤[8]等提出一種能夠快速提取大理石花紋及其特征參數(shù)的算法，結(jié)合多個指標建立預測模型，進而對檢測樣品進行等級評定。馬鵬鵬[9]在其研究中提出多種圖像分割方法，并得出OTSU閾值分割法優(yōu)于其他幾種方法的結(jié)論。逄濱[2]則對牛肉樣本圖像進行圖像分割算法，得到牛肉多個區(qū)域的二值化圖像，對大理石花紋、肌肉顏色以及脂肪顏色分別建立了相對應(yīng)的分級模型。

計算機視覺技術(shù)除了在牛肉大理石花紋分級方面有所應(yīng)用，也有一些研究將其與其他肉食品質(zhì)聯(lián)系在一起。趙慧[10]等則利用計算機視覺系統(tǒng)對午餐肉進行色彩測定，將得到的L，a，b值進行線性回歸，從而達到準確測定午餐肉顏色，代替色差計的目的。孫永海[11]等運用大理石紋與灰度空間相關(guān)矩陣兩種方法，就是否含有脂肪組織進行圖像特征分析，并利用線性回歸方法對牛肉的嫩度做出等級評定。吳貴茹[5]分別利用OTSU分割、色差法兩種方法對采集到的12-13胸肋處眼肌切面的圖像信息進行分割，以胴體重、眼肌面積。背膘厚度三個參數(shù)進行線性回歸，建立預測雪花牛胴體產(chǎn)量的模型。

盡管目前國內(nèi)對牛肉分級技術(shù)以及牛肉品質(zhì)檢測技術(shù)確定了一定的研究，但利用計算機通過圖像分割法對大理石花紋牛肉樣品進行等級評定尚缺乏一種通用的算法流程，且對于評級結(jié)果的也沒有一個較為權(quán)威的標準[9]。當前，大部分研究并沒有實際應(yīng)用于市場，較多的尚停留在實驗室科研階段。實際生產(chǎn)過程中，較多的外界環(huán)境因素均會干擾計算機對牛肉分級造成影響，為確保牛肉大理石花紋分級系統(tǒng)與實際生產(chǎn)相結(jié)合，單靠計算機進行圖像處理是遠不夠的，本文研究擬創(chuàng)建一套手持式牛肉大理石花紋評級體系，確保在生產(chǎn)過程中能夠取代人工，達成機械智能化牛肉評級的目的。

2 研究目標及內(nèi)容

2.1 工作內(nèi)容

計算機視覺牛肉大理石花紋分級系統(tǒng)工作原理如圖2所示，由圖像采集系統(tǒng)以及計算機兩部分組成。

圖像采集系統(tǒng)以黑色罩臺為背景，以防外界光線對圖像采集帶來的干擾，利用LED光源以及CCD攝像頭對牛肉表面圖像進行采集。采集好的牛肉樣品圖像手動輸入至系統(tǒng)，通過計算機對采集到的圖像進行分析。

系統(tǒng)將對采集到的圖像進行顏色識別，以此來區(qū)分肌肉與脂肪分區(qū)，遍歷牛肉樣品整體顏色區(qū)塊后，系統(tǒng)將返還輸出牛肉樣品的RGB值。依據(jù)得到的結(jié)果與現(xiàn)有牛肉標準比對能夠量化表示牛肉大理石花紋的分布。

2.2 目標建設(shè)

考慮到想要將牛肉大理石花紋牛肉分級系統(tǒng)真正投入到實際生產(chǎn)過程中，除了在圖像分割處理、設(shè)備便攜度方面有待改進外，還需要系統(tǒng)能夠?qū)εＨ鈽悠愤M行自動識別，以此實現(xiàn)快速、高效的生產(chǎn)效率。以下，本文將闡述未來一段時間內(nèi)對系統(tǒng)的完善思路。

在采集學習多幅牛肉眼肌切面圖像（其中包括多幅牛肉中國大理石狀牛肉標準圖譜）后，系統(tǒng)通過提取其中多個特征參數(shù)（大理石花紋豐富程度的量化指標、脂肪顆粒、肌肉顏色等），用于學習標準大理石花紋等級，建立用于評級的系統(tǒng)模型。依據(jù)前文得到的牛肉樣品RGB值進行建模，系統(tǒng)能夠自動與評級模型進行比對，輸出得到待檢測牛肉樣品的相應(yīng)等級。

2.3 待解決問題

大理石花紋牛肉分級評定工作需要在牛肉加工現(xiàn)場進行，因此系統(tǒng)需要考慮在實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一系列問題，如處理由于周圍環(huán)境影響造成的圖像識別誤差，將系統(tǒng)便捷一體化處理、上手簡單等問題。

本文擬定采用RGB色彩空間的目標亮度自動調(diào)節(jié)法，能夠有效解決雜亂背景色彩對圖像識別判定的影響。

此外，為確保本系統(tǒng)投入至實際生產(chǎn)現(xiàn)場后，方便檢測人員操作，考慮后期開發(fā)手機應(yīng)用程序，能夠在手機上直接操作，通過攝像頭拍攝直接提取圖像信息，進而達到自動評級的目的。

3 牛肉大理石花紋牛肉評級系統(tǒng)的前景展望

綜上所述，近幾年國內(nèi)外針對牛肉大理石花紋的計算機視覺分級技術(shù)有了一定的研究進展，符合中國食品工業(yè)的前進路線。中國自加入世貿(mào)組織后，我國畜牧業(yè)與國際市場直接接軌，我國肉牛產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的沖擊。參照其他肉牛業(yè)發(fā)達的國家，其牛肉評級方法以及質(zhì)量評定系統(tǒng)無一例外均自成體系且已趨近完善。隨著國民經(jīng)濟生活水平不斷提高，對食品品質(zhì)也更加看重。因此，想要形成高檔牛肉售賣體系，就必須建立一套規(guī)范的、符合本國肉牛的優(yōu)質(zhì)高檔牛肉大理石花紋分級系統(tǒng)，從而使我國肉牛業(yè)更加優(yōu)質(zhì)化、規(guī)范化、國際化，促進高檔肉牛產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)步、快速發(fā)展。