X射线食品异物检测系统设计与图像处理方法研究

论文摘要

近年来，食品安全已经成为全球关注的焦点。预防、控制和消除食品异物带来的危害，减少食源性疾病对健康的影响，离不开检测系统。通过X射线照射食品，根据食品与异物的物理特性不同，获得能够区分食品与异物的X射线成像图像，利用图像处理和机器视觉方法来检测包装食品中可能存在的金属、玻璃、沙子等异物，减少物理性食品安全危害，保障食品安全生产。本文对X射线食品异物检测系统进行了设计，并研究和探讨了运用图像处理方法对包装食品中的异物进行检测的基本思路和方法。论文介绍了物理性食品异物检测技术的目的和意义，国内外研究现状和发展趋势；详细介绍了得到高质量X射线图像所需要的硬件，包括X射线源及X射线源的控制、X射线信号检测、数据采集与处理、I/O控制等，并给出了检测系统的整体硬件框架，说明了各个硬件模块的功能和相互之间的关系；对X射线食品异物检测系统软件进行了设计，根据不同的功能需求，分别对采用的FPGA、DSP和上位机等组成部分的软件设计进行了说明，介绍了各自的开发路线与软件的功能，完整地描述了图像数据从测量、采集、传输到处理、存储、管理的全过程；研究了基于机器视觉的视频异物检测方法，提出了基于背景统计信息的图像预处理方法，并利用阈值分割和数学形态学处理，对不同的食品异物采用了基于特征的识别方法与模板匹配的识别方法来加以检测。通过设计X射线食品异物检测原型系统并进行实验，此原型系统可以获得较高质量的X射线图像，且所采用的机器视觉方法能有效地检测出包装食品中若干类型的典型物理性异物，说明所设计的X射线食品异物检测系统具有在食品生产企业中推广和应用的价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 X 射线食品异物检测系统结构与硬件设计
• 2.1 整体设计
• 2.1.1 需求分析及性能指标
• 2.1.2 系统组成与方案选择
• 2.1.3 检测系统硬件组成
• 2.2 电源管理模块
• 2.3 X 射线源及 X 射线源的控制接口
• 2.3.1 X 射线源
• 2.3.2 X 射线源的控制接口
• 2.4 X 射线信号检测模块
• 2.4.1 X 射线探测器
• 2.4.2 电压转换电路
• 2.4.3 信号调理电路
• 2.4.4 A/D 转换
• 2.5 数据采集与处理模块
• 2.5.1 DSP 模块及其外部接口电路
• 2.5.2 DSP 的 EMIF 接口
• 2.5.3 FPGA 模块
• 2.6 I/O 控制模块
• 2.7 本章小结
• 第3章 X 射线食品异物检测系统软件设计
• 3.1 FPGA 软件设计
• 3.1.1 Verilog 硬件描述语言
• 3.1.2 Libero 开发环境
• 3.1.3 FPGA 软件设计
• 3.2 DSP 软件设计
• 3.2.1 DSP 软件开发介绍
• 3.2.2 DSP 软件设计
• 3.3 上位机软件设计
• 3.3.1 X 射线发生源的控制
• 3.3.2 数据接收线程
• 3.3.3 数据处理线程
• 3.3.4 控制命令与 I/O 状态传递
• 3.3.5 图片管理
• 3.4 本章小结
• 第4章 X 射线食品异物检测图像处理方法研究
• 4.1 图像预处理
• 4.1.1 预处理方法
• 4.1.2 图像校正
• 4.2 图像分割
• 4.2.1 机器视觉软件 Halcon
• 4.2.2 阈值分割方法
• 4.2.3 数学形态学方法
• 4.2.4 感兴趣区域 ROI
• 4.3 异物识别方法
• 4.3.1 基于特征的识别
• 4.3.2 基于模板匹配的识别
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文