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种蛋受精与性别信息无损检测技术与装备研究进展

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农业机械学报 2024年第5期55卷 1-20页

作者：刘成康刘勇王巧华刘世伟李世军祝志慧华中农业大学工学院武汉430070 湖北洪山实验室武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

种蛋受精及性别鉴别关系到家禽孵化、养殖的经济效益和动物福利伦理等,种蛋受精与性别信息的检测是禽、蛋产业发展的难题,特别是种蛋性别的无损鉴定是世界难题。合适有效的无损检测技术,不仅应获得相关未知信息且不会对种蛋造成任何损伤... 详细信息

种蛋受精及性别鉴别关系到家禽孵化、养殖的经济效益和动物福利伦理等,种蛋受精与性别信息的检测是禽、蛋产业发展的难题,特别是种蛋性别的无损鉴定是世界难题。合适有效的无损检测技术,不仅应获得相关未知信息且不会对种蛋造成任何损伤,因此无损检测种蛋成为研究热点。然而,由于蛋壳厚度和颜色等外部品质形状差异、内部流体形态变化和胚胎发育等因素的影响,难以实现准确检测。本文对比了现有种蛋无损检测研究中的相关方法与技术,包括机器视觉技术、光谱技术、声共振频率分析、生物电信号分析、敲击振动法、介电常数分析、气味特征分析等;分析了种蛋受精和性别信息无损检测仍存在的技术限制、发育阶段检测限制、蛋壳干扰和种蛋个体差异性等方面挑战,并针对未来的研究及发展探讨了高光谱成像、X射线成像、超声波成像和磁共振成像等新兴技术应用于种蛋受精与性别无损检测的可行性。

关键词：种蛋无精蛋卵内性别鉴定无损检测综述

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猪肉理化指标的近红外光谱无损检测

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1346-1353页

作者：刘瑜明王巧华陈远哲刘成康范维祝志慧刘世伟华中农业大学工学院湖北武汉430070 华中农业大学深圳营养与健康研究院湖北武汉430070 中国农业科学院深圳农业基因组研究所和岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心广东深圳518124

我国是世界上最大的猪肉生产国,同时也是最大的消费国。猪肉的品质影响着人们摄取蛋白质的质量,目前缺乏有效的快速无损检测方法应对巨大的检测需要。为快速测定冷藏猪肉挥发性盐基氮(TVB-N)、pH值和含水率,提出一种新的猪肉品质检测方... 详细信息

我国是世界上最大的猪肉生产国,同时也是最大的消费国。猪肉的品质影响着人们摄取蛋白质的质量,目前缺乏有效的快速无损检测方法应对巨大的检测需要。为快速测定冷藏猪肉挥发性盐基氮(TVB-N)、pH值和含水率,提出一种新的猪肉品质检测方法,利用近红外光谱技术结合化学计量学方法建立冷藏猪肉TVB-N、pH值和含水率的数学模型。以不同种类的白条猪肉为研究对象,选择排酸完成后的猪最长背部肌肉的切块,采集相应猪肉近红外光谱数据并结合化学计量学试验获取TVB-N、pH和含水率的测量值,对比分析采集到的光谱信息和理化指标,发现在8600~8450、7160~6950、5300~5000 cm^(-1)区域出现显著的吸收峰,而8600~8450 cm^(-1)附近吸收峰的峰值却明显小于其他吸收峰。使用SPXY(sample set partitioning based on joint X-Y distances)算法进行数据集划分,将数据集按照3∶1的比例划分成训练集和测试集。使用蒙特卡罗交叉验证法(MCCV)剔除异常数据,通过偏最小二乘法回归(PLSR)建立TVB-N、pH值、含水率和全波段光谱信息的回归关系。利用数据中心化、Savitzky-Golay(S-G)一阶求导、S-G二阶求导、直接差分二阶求导和多元散射校正等方法对原始光谱进行预处理,探寻合适的预处理方式。结果显示:数据中心化、直接差分二阶求导、二阶求导取得较优的试验效果;故结合竞争性自适应重加权算法(CARS)、非信息变量剔除(UVE)、连续投影算法(SPA)等特征波长提取算法建立PLSR特征波段模型并进行分析。结果显示,TVB-N、pH值、含水率的预测模型结构分别为数据中心化-CARS-PLSR、直接差分二阶求导-CARS-PLSR、二阶求导-CARS-PLSR时具有优异的性能,其中训练集相关系数RC分别为0.9471、0.9988、0.9971,均方根误差(RMSE)分别为1.2088、0.0087、0.0015;测试集相关系数RP分别为0.9275、0.9630、0.9459,RMSE分别为1.6836、0.0517、0.0056。综上可知,近红外波段区域与猪肉TVB-N、pH值、含水率存在显著相关性,利用近红外光谱可以准确预测猪肉中TVB-N、pH值和含水率。

关键词：猪肉近红外光谱 TVB-N pH 含水率

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基于近红外光谱技术检测全蛋粉掺假

华中农业大学学报 2024年第2期43卷 264-272页

作者：杨凯何昱廷李沃霖祝志慧王巧华华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

为提高全蛋粉掺假检测的准确度和检测效果,应用近红外光谱技术对全蛋粉掺假进行定性判别并对掺假含量进行定量分析。分别采用标准正态变换、多元散射校正、卷积平滑、归一化、一阶导数、二阶导数等6种不同预处理方法,对原始光谱数据进... 详细信息

为提高全蛋粉掺假检测的准确度和检测效果,应用近红外光谱技术对全蛋粉掺假进行定性判别并对掺假含量进行定量分析。分别采用标准正态变换、多元散射校正、卷积平滑、归一化、一阶导数、二阶导数等6种不同预处理方法,对原始光谱数据进行预处理,采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)及CARS-SPA结合算法对光谱数据进行特征波长筛选,建立集成学习(ensemble learning,EL)模型对掺假蛋粉进行定性判别,建立偏最小二乘模型(PLSR)对掺假含量进行定量分析。结果显示:在对掺假蛋粉进行定性判别方面,一阶导数为最佳预处理方法,CARS算法特征筛选效果最佳,EL模型对掺假蛋粉样本总体判别准确率达到98.18%,对各类掺假蛋粉样品的判别准确率在97.78%以上。在对蛋粉掺假含量进行定量分析方面,多元散射校正为最佳预处理方法,CARS算法特征筛选效果更佳,对一组分掺假、二组分掺假、三组分掺假和所有掺假样本的PLSR浓度预测模型的预测集相关系数(R_(p))分别为0.958 5、0.931 2、0.945 6和0.955 8,均方根误差(RMSEP)分别为4.689 1、5.813 4、4.604 1和3.802 9。研究结果表明,近红外光谱技术可用于蛋粉掺假检测,为监管机构检测蛋粉掺假提供参考。

关键词：全蛋粉近红外光谱掺假检测集成学习精准检测

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鸡蛋蛋壳膜超微结构与呼吸强度的相关关系

农业工程学报 2022年第4期38卷 316-323页

作者：马逸霄田雅宁王巧华华中农业大学工学院武汉430070 国家蛋品加工技术研发分中心武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

蛋壳膜作为蛋壳的有机层是呼吸的必经通道,研究蛋壳膜的超微结构与鸡蛋呼吸强度的相关关系对于鸡蛋贮藏保鲜具有重大意义。该研究利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对蛋壳膜的超微结构图像进行表征。结果表明:强呼... 详细信息

蛋壳膜作为蛋壳的有机层是呼吸的必经通道,研究蛋壳膜的超微结构与鸡蛋呼吸强度的相关关系对于鸡蛋贮藏保鲜具有重大意义。该研究利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对蛋壳膜的超微结构图像进行表征。结果表明:强呼吸强度(≥3 mg/(kg·h))与弱呼吸强度(≤1 mg/(kg·h))鸡蛋的蛋壳膜纤维直径、孔隙度与厚度均存在显著性差异(P<0.05);鸡蛋蛋壳膜纤维直径、外膜以及内膜外侧的孔隙度与呼吸强度存在极显著的正相关关系(P<0.01),蛋壳膜厚度与呼吸强度存在极显著的负相关关系(P<0.01)。蛋壳膜外膜纤维直径大于内膜,厚度为内膜的3~4倍。以蛋壳膜外膜外侧孔隙度、外膜内侧孔隙度、内膜外侧孔隙度、内膜内侧孔隙度、外膜外侧纤维直径、外膜内侧纤维直径、内膜外侧纤维直径、内膜内侧纤维直径与外膜厚度、内膜厚度共10个指标特征参数为自变量,鸡蛋呼吸强度为因变量,建立较佳偏最小二乘回归模型,测试集相关系数为0.9767,蛋壳膜超微结构可以很好地表征呼吸强度的大小;以弱、中与强呼吸强度作为分类依据,建立了偏最小二乘判别分析,测试集准确率为83.33%,说明在25℃空气环境下蛋壳膜超微结构对呼吸强度具有较好的判别效果。研究结果为更好地利用蛋壳膜超微结构特性来改良涂膜保鲜技术提供参考。

关键词：呼吸鸡蛋蛋壳膜超微结构呼吸强度相关关系

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原料蛋的新鲜度对腌制期皮蛋品质的影响

食品科学 2022年第21期43卷 1-7页

作者：田雅宁陈远哲王巧华华中农业大学工学院湖北武汉430070 国家蛋品加工技术研发分中心湖北武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室湖北武汉430070

为明确原料蛋的新鲜度对皮蛋腌制期间凝胶品质与蛋壳膜超微结构的影响,本实验以不同新鲜度的鸭蛋为原料,采用相同方法腌制皮蛋。通过扫描电子显微镜观察获取蛋壳膜的超微结构图像,并利用Image J软件进行处理获取蛋壳膜数据,同时测定皮... 详细信息

为明确原料蛋的新鲜度对皮蛋腌制期间凝胶品质与蛋壳膜超微结构的影响,本实验以不同新鲜度的鸭蛋为原料,采用相同方法腌制皮蛋。通过扫描电子显微镜观察获取蛋壳膜的超微结构图像,并利用Image J软件进行处理获取蛋壳膜数据,同时测定皮蛋凝胶理化和质构指标,探究蛋壳膜孔隙度、凝胶pH值及含水率与凝胶质构参数硬度及弹性的变化规律及相关性。结果表明,在腌制的过程中,皮蛋蛋清的pH值呈现先下降后缓慢升高再急剧降低的趋势;皮蛋凝胶的硬度及弹性均呈现波动变化的趋势。原料蛋新鲜度越低,蛋壳膜孔隙度越高,腌制皮蛋成品的周期越短。蛋壳膜孔隙度与原料蛋新鲜度存在极显著负相关关系(P<0.01),与凝胶硬度呈现极显著正相关(P<0.01),与凝胶弹性呈现显著正相关(P<0.05)。原料蛋新鲜度的降低对作为腌制液渗透通道的蛋壳膜产生影响,进而使皮蛋的品质产生差异,同时皮蛋的成品率也随原料蛋新鲜度的降低而下降。因此,原料蛋新鲜度与皮蛋品质存在紧密联系,本实验可为皮蛋腌制过程的品质变化提供新的研究思路,有利于皮蛋加工过程中的品质控制。

关键词：皮蛋凝胶品质蛋壳膜超微结构新鲜度

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基于深度学习的移动端缺陷蛋检测系统研究

农业机械学报 2023年第3期54卷 411-420页

作者：范维胡建超王巧华汤文权华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对缺陷鸡蛋差异性大、人工检测主观性强、实时性差,消费者存在食品安全隐患等问题,提出一种基于深度学习的移动端缺陷蛋无损检测系统,实现对裂纹蛋和血斑蛋的实时检测。首先,建立改进的轻量级卷积神经网络MobileNetV2_CA模型,以Mobile... 详细信息

针对缺陷鸡蛋差异性大、人工检测主观性强、实时性差,消费者存在食品安全隐患等问题,提出一种基于深度学习的移动端缺陷蛋无损检测系统,实现对裂纹蛋和血斑蛋的实时检测。首先,建立改进的轻量级卷积神经网络MobileNetV2_CA模型,以MobileNetV2原网络为基础,通过嵌入坐标注意力机制、调整宽度因子、迁移学习等操作对其进行优化,并进行PC端检测对比试验。试验结果表明:建立的MobileNetV2_CA模型验证集准确率达93.93%,召回率为94.73%,单个鸡蛋平均检测时间为9.9 ms,对比改进前MobileNetV2模型准确率提升3.60个百分点、召回率提升4.30个百分点、检测时间缩短2.62 ms;MobileNetV2_CA模型的参数量为2.36×10^(6),较原MobileNetV2网络模型降低31.59%。然后,利用NCNN深度学习框架对MobileNetV2_CA模型进行训练,并通过格式转换部署至Android移动端,进行NCNN深度学习训练模型的移动端检测验证,及其与TensorFlow Lite深度学习模型的对比分析。试验结果表明:NCNN深度学习模型对缺陷蛋平均识别准确率达到92.72%,单个鸡蛋平均检测时间为22.1 ms,库文件大小仅2.7 MB,均优于TensorFlow Lite,更能满足实际应用要求。

关键词：缺陷鸡蛋无损检测移动端深度学习模型优化

皮蛋凝胶品质含水率和弹性的高光谱预测及其可视化

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食品科学 2022年第2期43卷 324-331页

作者：陈远哲王巧华高升梅璐华中农业大学工学院湖北武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室湖北武汉430070

采用高光谱成像技术对出缸期皮蛋凝胶品质的含水率和弹性进行可视化检测与不同品质预测。首先,采集合格、优质皮蛋的高光谱信息,对比测定其含水率和弹性,对皮蛋原始光谱数据进行卷积平滑、一阶导数、卷积平滑和一阶导数变换,分析不同预... 详细信息

采用高光谱成像技术对出缸期皮蛋凝胶品质的含水率和弹性进行可视化检测与不同品质预测。首先,采集合格、优质皮蛋的高光谱信息,对比测定其含水率和弹性,对皮蛋原始光谱数据进行卷积平滑、一阶导数、卷积平滑和一阶导数变换,分析不同预处理光谱数据与含水率和弹性数值的相关性;采用蒙特卡罗偏最小二乘法分析并剔除异常值,利用光谱-理化值共生距离法划分样本集,结合连续投影算法(successive projection algorithm,SPA)和无信息消除(uninformative variable elimination,UVE)法选取特征波长,并建立多元逐步回归(multiple stepwise regression,MSR)模型,预测出缸期皮蛋凝胶品质的含水率和弹性。结果表明:预测含水率的最优模型为UVEMSR,其决定系数R2和均方根误差分别为0.882、0.583,相对分析误差(relative percent deviation,RPD)为2.1;预测弹性的最优模型为SPA-MSR,其决定系数R2和均方根误差分别为0.903、0.348,RPD为2.2。然后,利用上述最优模型,计算出缸期皮蛋高光谱图像每个像素点的含水率和弹性值,生成可视化分布图,实现皮蛋凝胶品质含水率和弹性的可视化检测。最后,利用竞争性自适应权重取样法挑选特征波长,建立BP神经网络不同品质预测模型,获得98.3%的总识别准确率。

关键词：皮蛋含水率弹性高光谱成像

六字诀联合循手太阴肺经推拿对COVID-19出院患者心肺功能的影响

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时珍国医国药 2023年第9期34卷 2165-2168页

作者：金新王巧华占超湖北省黄石市中医医院湖北黄石435000

目的观察六字诀结合循手太阴肺经推拿对COVID-19出院患者心肺功能的影响。方法将120例COVID-19出院患者随机分为“六字诀+循手太阴肺经推拿”组(A组)、“六字诀”组(B组)、循手太阴肺经推拿组(C组)和观察组(D组,无功法、推拿手段介入)... 详细信息

目的观察六字诀结合循手太阴肺经推拿对COVID-19出院患者心肺功能的影响。方法将120例COVID-19出院患者随机分为“六字诀+循手太阴肺经推拿”组(A组)、“六字诀”组(B组)、循手太阴肺经推拿组(C组)和观察组(D组,无功法、推拿手段介入)各30例;观察四组患者治疗前、入组后4周、12周和24周mMRC、borg、FS-14、6MWT、FVC、FEV1、FEV1/FVC、MVV等指标。结果组间比较,四组患者4周、12周、24周时mMRC、Borg以及24周时FS-14、4周时FVC、FEV1、FEV1/FVC、MVV结果比较差异均无统计学意义(P>0.05)。A组6MWT距离在4周、12周、24周时远于D组,差异均具有统计学意义(P0.05)。结论六字诀结合循手太阴肺经推拿能够改善COVID-19出院患者运动耐力和疲乏症状。

关键词： COVID-19出院患者心肺功能六字诀循手太阴肺经推拿

基于改进YOLO v4的群体棉种双面破损检测方法

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农业机械学报 2022年第1期53卷 389-397页

作者：王巧华顾伟蔡沛忠张洪洲华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对研究人员难以利用计算机视觉对棉种这类尺寸较小的物体进行双面检测,导致检测效果不佳的问题,设计了一款新型棉种检测分选装置,利用亚克力板在强光和白色背景下透明的特点,将棉种通过上料装置滑入透明亚克力板的凹槽中,随着转盘的转... 详细信息

针对研究人员难以利用计算机视觉对棉种这类尺寸较小的物体进行双面检测,导致检测效果不佳的问题,设计了一款新型棉种检测分选装置,利用亚克力板在强光和白色背景下透明的特点,将棉种通过上料装置滑入透明亚克力板的凹槽中,随着转盘的转动,同一批棉种的正反两面图像分别由2个不同位置的CCD相机采集得到。利用改进YOLO v4的目标检测算法检测破损棉种,试验结果表明该方法建立的模型对群体棉种中的破损棉种和完好棉种的检测准确率达到95.33%、召回率为96.31%、漏检率为0,检测效果优于原YOLO v4网络,实现了对双面群体棉种的破损识别,为后续脱绒棉种智能检测装备研发提供了技术支持。

关键词：脱绒棉种破损检测双CCD相机 YOLO v4 图像识别