火腿肠作为生活中常见的肉制产品之一,具有营养丰富、便于食用等优点,受到众多消费者喜爱。火腿肠因加工过程的特殊性,容易出现异物污染,以及一些不良商贩以次充好等现象。这些品质问题极大的损害了消费者正当利益,因此有必要对火腿肠异物及等级进行检测。超声成像技术因其具有信息丰富、安全简便等优点而在异物及等级检测上具有独特的优势。本文运用超声成像技术进行火腿肠超声图像信息采集,并结合图像处理与模式识别技术,对火腿肠中常见异物进行检测,同时识别火腿肠的等级,具体研究内容如下:(1)超声成像参数优化及火腿肠等级标定。在进行超声成像各参数分析的基础上,以品牌A的优级火腿肠为对象,对超声成像各参数进行了优化,最终,选取的最优参数为:脉冲电压300 V、脉冲频率800 Hz、脉冲宽度25 ns、增益35 dB、分辨率0.1 mm、焦距1in.、扫描速度5 mm/s。购买市售品牌A、B火腿肠共120根,参照国家标准(GB 5009.5-2016、GB 5009.9-2016、GB 5009.3-2016及GB 5009.6-2016)对火腿肠蛋白质、淀粉、水分及脂肪含量进行了测定,并对两品牌(A、B)的火腿肠等级进行了标定;组分含量测定结果表明,特级、优级及普通级火腿肠的各组分含量有着显著差异(P<0.05),特级火腿肠具有最高的蛋白质含量、最低的淀粉含量,内部整体性最好,最为稳定;普通级火腿肠因蛋白质含量最低、淀粉含量最高,导致内部较为松散,整体性较差,呈现出一定的颗粒性。(2)基于超声成像技术的异物检测及识别。以常见方形火腿肠(方腿)为研究对象,将不同大小(3×3 mm、5×5 mm及10×10 mm)的金属、玻璃、塑料分别包埋在方腿(20×20×20mm)不同深度下(5 mm、10 mm、15 mm)进行回波信号与超声图像采集,并利用图像处理技术提取超声图像的平均回波强度、角二阶矩等纹理特征值以建立异物种类识别模型,以不含异物的方腿作为空白组。结果表明,各异物的回波信号(幅值、周期等)与空白组具有较大差异,并且各异物的超声图像差异也较大,超声图像中各异物的平均回波强度、面积检出率均随着异物包埋深度增加、尺寸减小而呈现减小趋势。在20 MHz换能器下各异物的检出深度约为15 mm;采用自动阈值分割对含异物的火腿肠超声图像进行处理分析可知,所有样本中异物(深度≤15 mm)成功检测出率为96.29%;在以平均回波强度、面积检出率及常见纹理特征值(对比度、角二阶矩等)为变量建立的异物种类定性识别模型中,当主成分数为6时,支持向量机(SVM)模型能良好的识别异物种类,校正集识别率为83.27%,预测集识别率为81.67%。(3)基于超声成像技术的火腿肠等级判别。将品牌A、B火腿肠经等级标定后先利用质构仪进行质构测定,再采集火腿肠超声图像,然后利用图像处理技术提取超声图像的纹理特征值,最后建立火腿肠等级识别模型。质构测定结果表明同一品牌下同级火腿肠各质构值差异较小,而不同等级各质构值差异显著(P<0.05),其中特级火腿肠内部各部位结合力强、整体性与稳定性最佳,而普通级火腿肠内部各部位结合力较弱、整体性与稳定性最差;超声成像结果显示品牌A和B的同一级火腿肠超声图像(平均回波强度、回波分布等)差异较小,而同一品牌的特级、优级、普通级火腿肠差异明显;角二阶矩、对比度等纹理特征值提取结果显示A和B品牌各等级火腿肠纹理特征值有着显著差异(P<0.05)且变化趋势与各等级火腿肠超声图像相符;利用主成分分析(PCA)处理纹理特征值时,两个品牌火腿肠重叠区域较大,而同品牌下不同等级火腿肠样本区分明显;采用纹理特征值为变量建立的不同等级火腿肠定性判别模型中,SVM模型的识别率最高,校正集与预测集识别率均为100%。本研究采用超声成像技术结合图像处理与模式识别技术成功的实现了火腿肠中异物检测与等级快速识别,研究成果可为超声成像技术进行火腿肠中异物检测及等级识别提供参考,并有利于超声成像技术在食品内部品质检测上的应用。