基于圖像識(shí)別的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)研制

朱 萍,吳曉雯

(浙江方圓檢測(cè)集團(tuán)股份有限公司,浙江 杭州 310000)

0 引言

菌落總數(shù)是食品中重要的安全衛(wèi)生指標(biāo),表示食品受細(xì)菌污染的程度。

當(dāng)前市場(chǎng)上的自動(dòng)菌落計(jì)數(shù)儀器也基本應(yīng)用了圖像識(shí)別技術(shù)。但大多數(shù)系統(tǒng)局限于菌落的計(jì)數(shù)結(jié)果,無(wú)法從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”要素上實(shí)現(xiàn)全過(guò)程留痕和檢測(cè)信息可追溯。在檢測(cè)數(shù)量和檢測(cè)效率的雙重高要求下,針對(duì)這些現(xiàn)存的問(wèn)題,本文對(duì)相關(guān)圖像算法、系統(tǒng)融合方案進(jìn)行了深入研究,開(kāi)發(fā)出一種基于圖像識(shí)別的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)。這一系統(tǒng)極大地?cái)U(kuò)展了自動(dòng)菌落計(jì)數(shù)儀在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的普適性,在提高菌落計(jì)數(shù)精度的同時(shí),完善了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過(guò)程的溯源和質(zhì)控。

1 圖像采集

本文采用機(jī)器視覺(jué)的支架、光源、工業(yè)相機(jī)搭建圖像采集裝置以高對(duì)比度顯示菌落圖像。

為規(guī)范實(shí)驗(yàn)室樣品、儀器設(shè)備的檢驗(yàn)檢測(cè)的操作流程,確保檢驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程的可追溯,并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的自動(dòng)化、智能化,本文開(kāi)發(fā)了菌落圖像采集溯源子系統(tǒng)(見(jiàn)圖1),與采集設(shè)備綁定,以達(dá)到控制授權(quán)使用采集設(shè)備、直接顯示和自動(dòng)采集菌落圖像的目的,并記錄每次操作的日志,作為整個(gè)檢驗(yàn)檢測(cè)溯源的一部分。菌落圖像采集溯源子系統(tǒng)控制采集設(shè)備的授權(quán)使用,只有授權(quán)人員才可操作設(shè)備。授權(quán)人員掃描培養(yǎng)皿編號(hào)一鍵上傳菌落原圖至菌落計(jì)數(shù)服務(wù)器。

圖1 圖片采集界面

2 菌落計(jì)數(shù)

本文對(duì)菌落計(jì)數(shù)部分實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為L(zhǎng)inux以及采用基于BSD許可發(fā)行的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV(見(jiàn)圖2)。

圖2 菌落計(jì)數(shù)過(guò)程

2.1 圖像處理

圖像預(yù)處理,增強(qiáng)菌落與背景的對(duì)比度。對(duì)菌落圖像通道[1]進(jìn)行中值濾波處理,并使用拉普拉斯算子進(jìn)行銳化,在歸一化處理后形成新的灰度圖片。通過(guò)遞歸方法查找連通域[2],并根據(jù)每個(gè)連通域的特征值(如面積、凸度等)運(yùn)用粒子濾波算法區(qū)分單個(gè)菌落、粘連菌落、偽菌落,對(duì)粘連菌落使用基于距離變換的分水嶺算法進(jìn)行形態(tài)學(xué)分割[3-5]。

2.2 結(jié)果輸出及人工修正

系統(tǒng)對(duì)采集的菌落圖片進(jìn)行計(jì)數(shù)的同時(shí)標(biāo)記計(jì)數(shù)的菌落,將計(jì)數(shù)結(jié)果和標(biāo)記圖輸出至界面。檢測(cè)人員確認(rèn)結(jié)果后可一鍵上傳計(jì)數(shù)結(jié)果、原始菌落圖、標(biāo)記菌落圖。若計(jì)數(shù)結(jié)果產(chǎn)生偏差,檢測(cè)人員可對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行修正。

3 檢測(cè)過(guò)程數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理

目前實(shí)驗(yàn)室在使用菌落計(jì)數(shù)儀計(jì)數(shù)后僅獲取計(jì)數(shù)結(jié)果,由人工謄抄編制紙質(zhì)記錄,再將原始記錄上傳至實(shí)驗(yàn)室LIMS系統(tǒng)。這中間的檢測(cè)過(guò)程數(shù)據(jù)無(wú)法被重現(xiàn)、追溯。本文在實(shí)現(xiàn)菌落自動(dòng)計(jì)數(shù)的基礎(chǔ)上,將檢測(cè)過(guò)程數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理,有效提高了原始記錄的真實(shí)性和準(zhǔn)確性及檢測(cè)效率。

3.1 結(jié)果登記

菌落分析計(jì)數(shù)子系統(tǒng)對(duì)上傳的菌落圖像進(jìn)行分析計(jì)數(shù),并保存結(jié)果數(shù)據(jù)。原始記錄子系統(tǒng)系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 4789.2—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》預(yù)設(shè)菌落總數(shù)項(xiàng)目原始記錄模板及計(jì)算公式[6],按照檢測(cè)號(hào)通過(guò)接口獲取菌落計(jì)數(shù)結(jié)果并生成相應(yīng)的原始記錄文件。

3.2 結(jié)果校核

在原始記錄子系統(tǒng)校核界面,校核人員可點(diǎn)擊校驗(yàn)界面右上角“檢測(cè)詳情”查看各平板菌落圖,調(diào)取每個(gè)平板的菌落原圖、菌落計(jì)數(shù)標(biāo)記圖與登記結(jié)果對(duì)照,校核登記結(jié)果。

3.3 生成報(bào)告

當(dāng)原始記錄子系統(tǒng)完成結(jié)果校核后,將菌落總數(shù)檢測(cè)的全過(guò)程數(shù)據(jù)自動(dòng)推送至實(shí)驗(yàn)室LIMS系統(tǒng)。LIMS系統(tǒng)根據(jù)原始記錄數(shù)據(jù)及相關(guān)檢測(cè)依據(jù)得出檢測(cè)結(jié)論,并生成檢測(cè)報(bào)告。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)研究的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了菌落總數(shù)項(xiàng)目檢測(cè)的全留痕、可追溯、無(wú)紙化管理。通過(guò)圖片采集溯源子系統(tǒng)、菌落分析計(jì)數(shù)子系統(tǒng)、原始記錄子系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室LIMS系統(tǒng)的數(shù)字化互聯(lián),實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)過(guò)程中文件、設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)菌株、培養(yǎng)基及關(guān)鍵試劑等要素的在線管理,實(shí)現(xiàn)了菌落總數(shù)檢測(cè)的自動(dòng)記錄、自動(dòng)解析、自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)判定全流程數(shù)字化。