CH654667A5

CH654667A5 - Verfahren zur beruehrungsfreien bestimmung von qualitaetsmerkmalen eines pruefobjektes der fleischwaren-kategorie.

Info

Publication number: CH654667A5
Application number: CH7046/81A
Authority: CH
Inventors: Reinhard Goerl
Original assignee: Pfister Gmbh
Priority date: 1980-12-17
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1986-02-28
Also published as: DK557581A; DK159169B; US4413279A; FR2496269B1; FR2496269A1; DE3047490A1; DE3047490C2; DK159169C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungsfreien Bestimmung von Qualitätsmerkmalen eines Prüfobjektes der Fleischwaren-Kategorie, insbesondere zur Ermittlung des anteiligen Fett-Fleisch-Verhältnisses einer Schlachttierhälfte,

wobei das Prüfobjekt beleuchtet und dessen Bild von einer Video-Kamera erfasst und das Fleisch- oder Fettgewebe nach Massgabe der relativen Helligkeit der entsprechenden Gewebepartien unterschieden wird.

s Ein Verfahren der genannten Gattung ist aus der UK Patent Application GB 2 000 286 A bekannt. Bei diesem Verfahren wird das mit einer Video-Kamera erfasste Realbild einer Probe zur Unterscheidung von Fett und Fleisch mit einem Schwellwert digitalisiert, der dem Helligkeits-Mittel-lo wert zwischen den hellsten und dunkelsten Bildorten entspricht. Obwohl mit dem bekannten Verfahren vielfach brauchbare Resultate erzielt werden, sind auch fehlerhafte Ergebnisse nicht auszuschliessen, die insbesondere durch folgende Ursachen hervorgerufen werden:

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- unscharfe Übergänge von Fett zu Fleisch und umgekehrt in einem breiten Spektrum von Grautönen des Realbildes,

- unterschiedliche Färbungen verschiedener Gewebearten beim Fleisch, beispielsweise Muskelgewebe und Bindege-

20 webe,

- Verunreinigungen der Fett-Schnittflächen, beispielsweise durch mangelhaftes Ausbluten bei der Spaltung des Tierkörpers,

- im Lendenspeck eingelagerte, durch Schläge verursachte 25 Blutergüsse,

- Verfärbungen von Hautpartien beim Abkühlen des Tierkörpers,

- Kamerainstabilitäten im Prozentbereich, beispielsweise bei der Blendenstellung, Verschiebung der Weissempfind-

30 lichkeit durch Spannungsdekompensationen und ähnliches,

- Beleuchtungsinstabilitäten,

- unlineares Verhalten der digitalen Bildzerlegung im Rechner.

35 Der Gesamteinfluss dieser Fehler führte fallweise zu Fehlern bei der Digitalisierung, wobei insbesondere in den unscharfen Übergängen von Fett auf Fleisch Fettanteile als Fleisch oder Fleischanteile als Fett wiedergeben wurden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte 40 Verfahren so zu verbessern, dass die erkannten Schwierigkeiten überwunden werden. Insbesondere sollen mit dem verbesserten Verfahren auch dann noch Unterscheidungsmerkmale für Fett und Fleisch sicher erkannt werden, wenn diese bei unscharfem Übergang von Fett zu Fleisch infolge der auf-45 gezeigten erschwerenden Bedingungen nur undeutlich zu erkennen sind. Dabei soll die Erkennungsqualität der Videooptischen Einrichtung durch das verbesserte Verfahren so weit sensibilisiert werden, dass sie in etwa der Erkennungsund Unterscheidungsfähigkeit des menschlichen Auges ent-50 spricht. Abgesehen von den auf den Zustand der Probe zurückzuführenden Unzulänglichkeiten sollen insbesondere auch diejenigen Fehler eliminiert werden, die auf Beleuchti-gungsinstabilitäten sowie gegebenenfalls auf Einstellungsoder Umsetzungsmängel der Kamera-Einrichtung zurückzu-55 führen sind.

Die Lösung der Aufgabe gelingt dadurch, dass das betrachtete Realbild der Probe mit einem unterscheidungstypischen Schwellwert von solcher Helligkeit digitalisiert wird, dass alle vom Schwellwert abweichenden helleren oder dunkleren 60 Gewebepartien als weisse oder annähernd weisse Bildteile, oder als schwarze oder annähernd schwarze Bildteile dargestellt werden, und umgekehrt.

Zur Erläuterung sei an dieser Stelle ausgeführt, dass im Sinne der Erfindung unter Digitalisierung des Realbildes 65 eine Aufbereitung der Helligkeitswerte des Bildes verstanden wird, bei der durch Festlegung einer oberen und/oder einer unteren Helligkeitsschwelle in einander überfliessende Helligkeits- oder Grauwerte an einem definierten Schwellwert

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gegeneinander scharf abgegrenzt werden. Es handelt sich also um eine Aufbereitung des Realbildes, das sich ursprünglich aus einer analogen Folge von Grauwerten eines Grauwert-Spektrums von hell bis dunkel zusammensetzt, zu einer binären Bildaussage, bei der alle Helligkeitswerte unterhalb einer willkürlich festgelegten Helligkeitsschwelle als Schwarz, oder im Umkehrverfahren als Weiss, und alle Helligkeitswerte oberhalb der Helligkeitsschwelle als Weiss, bzw. im Umkehrverfahren als Schwarz erscheinen. Das digitalisierte Bild enthält in letzter Konsequenz keine Grautöne mehr, sondern nur schwarze oder weisse Bildteile.

Mit der Erfindung ergibt sich demnach der Vorteil, dass durch die Einführung eines unterscheidungstypischen, für jede betrachtete Probe anderen Schwellwertes, die Trenngrenze zur exakten Erkennung der zu unterscheidenden Gewebetypen an einen solchen Helligkeitspegel gelegt wird, der auch unter ungünstigsten Verhältnissen noch erkennbare Merkmale für diese Gewebetypen ergibt.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der unterscheidungstypische Schwellwert so gewählt ist, dass alle helleren Gewebepartien dem Fettgewebe, und alle dunkleren Gewebepartien dem Fleischgewebe zugeordnet sind.

Damit ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere durch die genannten, der Probe zuzuordnenden Unschärfen wie Verunreinigungen der Fettschnittflächen durch Blut oder Blutergüsse im Lendenspeck oder unterschiedliche Helligkeitswerte im Fleisch etc. nicht mehr zu Auswertungsfehlern führen, da mit dem unterscheidungstypischen Schwellwert eine richtige Digitalisierung zur scharfen Kontrastierung auch dieser an sich unscharfen Proben-Partien aus den Grauzonen heraus ermöglicht wird. Desgleichen werden Beleuchtigungsinstabi-litäten oder Sensibilitäts- Verschiebungen in der Kamera und im Übertragungsystem kompensiert.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ermittlung des unterscheidungstypischen Schwellwertes in folgenden Schritten durchgeführt wird:

(a) Die Probe wird gegen einen dunklen Hintergrund mit einer Schwarz-Weiss-Kamera zeilen- und bildweise optisch abgetastet und eine dabei scharf hervortretende Kontur am Helligkeitsübergang Hintergrund/Probe als Sprungfunktion in einem Helligkeits/Bildort-Y/X-Diagramm parallel zur Helligkeits-Y-Achse aufgezeichnet und/oder abgespeichert.

(b) Aus den Bildanteilen zu beiden Seiten der Sprungfunktion werden Helligkeitswerte der hellsten Partie «Ph» und der dunkelsten Partie «Pd» ermittelt, und in Zahlen werte entsprechend der Helligkeitsskala an der Y-Achse umgerechnet, aus welchen ein erster Schwellwert der Helligkeit «Si» nach der Formel

Dabei kann so vorgegangen werden, dass die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Verstellung der Blende der Kamera in Schliessrichtung vorgenommen wird. Dadurch wird der Unschärfe-Bereich inner-s halb der Grauzonen durch Verdunklung solcher Grauzonen in die helleren Partien verlagert.

Die gleiche Wirkung wird erreicht, indem die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch entsprechende Spannungsveränderungen im Kompa-10 rator der Video-Kamera vorgenommen wird, und schliesslich kann eine gleiche Wirkung bei der Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Verringerung der Beleuchtungsintensität des betrachteten Bildes vorgenommen werden.

ls Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung anhand von Systemdarstellungen in der Figur näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Realbild der Video-Kamera vom Lendenspeck 20 einer Schlachttierhälfte, stark vereinfacht,

Fig. 2 das Helligkeitsprofil an der Schnittlinie III-III in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt stark vereinfacht das Realbild 1 der Lenden-25 partie einer Schlachttierhälfte mit der Lendenspeckschicht 2, einer etwas dunkleren Fettgewebeschicht 4 und dazwischen eingeschlossen eine Partie Muskelfleisch 3. Die Dastellung des Realbildes 1 erfolgt gegen einen dunklen Hintergrund 7, gegenüber dem die Körperkante 6 des Realbildes 1 an der 30 Grenze der Speckschicht 2 scharf profiliert hervortritt. Eine zweite Kontur 5 ergibt sich an der Grenzlinie zwischen Speck 2 und Fleisch 3 einerseits und Speck 2 und fettdurchsetztem Gewebe 4 andererseits.

35 Fig. 2 zeigt das Helligkeitsprofil an der Schnittlinie III-III in Fig. 1. Darin bezeichnet Yi den unteren Helligkeitswert als Produkt vom Dunkelton des Hintergrundes 7 und dem sogenannten Dunkelstrom der Kamera. An der Körperkante 6 ergibt sich zwischen dem dunklen Hintergrund 7 und der 40 Lendenspeckschicht 2 eine Sprungfunktion «F» Helligkeitsverlauf, womit die Körperkante 6 vom Kameraobjektiv scharf am dunklen Hintergrund 7 abgebildet wird. Dabei hat zwar die Flanke der Kontur an der Körperkante 6 eine aus Bandbreite und Bildschärfe zusammengesetzten endlichen 45 Anstieg, dieser ist jedoch so gering, dass er bei der Bildauswertung keine Rolle spielt. Wenn daher die Kontur an der Körperkante 6 mit dem Schwellwert Si nach der Formel

Si=0,5X(YI+Y2)

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Si = 0,5 x(Ph+Pd)

errechnet wird.

(c) Der errechnete erste Schwellwert Si wird so weit in Richtung steigender Helligkeit an der Y-Achse nach oben verschoben, bis die Sprungfunktion aus der Senkrechten in eine geneigte endliche Funktion y = n-x übergeht.

(d) Mit dem dabei ermittelten neuen Schwellwert der Helligkeit «Sy» wird das Realbild zum Schwarz-Weiss-Bild digitalisiert.

Durch die dargestellte Ermittlung des unterscheidungstypischen Schwellwertes wird die Unterscheidungsgrenze der verschiedenen Gewebetypen an denjenigen Helligkeitshorizont gehoben, von dem aus mit Sicherheit und unter Vermeidung der vorgängig genannten Fehlerquellen eine kontrastscharfe Unterscheidung der einzelnen Gewebepartien möglich ist.

gebildet wird, so würde sich zwar für die hell/dunkel-Über-gänge der Körperkante 6 am dunklen Hintergrund 7 eine scharfe Unterscheidungslinie ergeben, nicht aber für die Bereiche unscharfer Grautöne beispielsweise bei Übergängen 55 von helleren Fleischpartien in verunreinigte Fettgewebepartien. Deshalb wird nun der ursprüngliche Schwellwert Si durch die offenbarten Massnahmen der Verschiebung in Richtung steigender Helligkeit, das heisst, in Fig. 2 in Richtung des Pfeiles der XY-Achse nach oben verschoben, und 60 zwar so weit, bis bei dem Schwellwert S2 die Sprungfunktion in eine Neigung übergeht, und sich mit einer leichten Verrun-dung im Helligkeitsverlauf parallel nach rechts in X-Rich-tung zu verschieben beginnt. Dies ist das Indiz dafür, dass der unterscheidungstypische Schwellwert S2 erreicht ist, bei dem 65 auch die mit einem breiten, verwaschenen Spektrum von Grautönen ineinander übergehende Grenzlinie 5' relativ scharf abgebildet wird.

Wenn nunmehr das Realbild 1 mit dem neu gewonnenen,

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unterscheidungstypischen Schwellwert S2 digitalisiert wird, erscheinen alle dunkleren z.B. auch Grautöne Schwarz und alle helleren z.B. auch Grautöne Weiss, bzw. beim Umkehrverfahren alle helleren Töne Schwarz und alle dunkleren Töne Weiss. Bei dieser Schwellwertbildung werden demnach alle anfangs erwähnten, derzeit bekannten Fehlerursachen eliminiert. Auch Fehleinstellungen des Kamera-Helligkeits-Sensibilitätspegels oder die Beleuchtungsintensität können keinen Einfluss mehr auf die Kontrastschärfe des Bildes haben, da das Verfahren mit dem unterscheidungstypischen s Schwellwert S2 entweder richtige oder keine Bildinformationen liefert.

B

1 Meut

Claims

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1. Verfahren zur berührungsfreien Bestimmung von Qualitätsmerkmalen eines Prüfobjektes der Fleischwaren-Kategorie, insbesondere zur Ermittlung des anteiligen Fett-Fleisch-Verhältnisses einer Schlachttierhälfte, wobei das Prüf-objekt beleuchtet und dessen Bild von einer Video-Kamera erfasst und das Fleisch- oder Fettgewebe nach Massgabe der relativen Helligkeit der entsprechenden Gewebepartien unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das betrachtete Realbild der Probe mit einem unterscheidungstypischen Schwellwert von solcher Helligkeit digitalisiert wird, dass alle vom Schwellwert abweichenden helleren oder dunkleren Gewebepartien entweder als weisse oder annähernd weisse Bildteile oder als schwarze oder annähernd schwarze Bildteile dargestellt werden, und umgekehrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unterscheidungstypische Schwellwert so gewählt ist, dass alle helleren Gewebepartien dem Fettgewebe, und alle dunkleren Gewebepartien dem Fleischgewebe zugeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des unterscheidungstypischen Schwellwertes in folgenden Schritten durchgeführt wird:

(b) Aus den Bildanteilen zu beiden Seiten der Sprungfunktion werden Helligkeitswerte der hellsten Partie Ph und der dunkelsten Partie Pd ermittelt, und in Zahlenwerte entsprechend der Helligkeitsskala an der Y-Achse umgerechnet, aus welchen ein erster Schwellwert der Helligkeit Si nach der Formel

Sl = 0,5x(Ph+Pd)

errechnet wird.

(c) Der errechnete erste Schwell wert Si wird so weit in Richtung steigender Helligkeit an der Y-Achse nach oben verschoben, bis die Sprungfunktion aus der Senkrechten in eine geneigte endliche Funktion y = n • x übergeht.

(d) Mit dem dabei ermittelten neuen Schwellwert der Helligkeit Sy wird das Realbild zum Schwarz-Weiss-Bild digitalisiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Verstellung der Blende der Kamera in Schliessrichtung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Spannungsveränderung im Kompa-rator der Video-Kamera vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des Schwellwertes in Richtung steigender Helligkeit durch Verringerung der Beleuchtungsintensität des betrachteten Bildes vorgenommen wird.