朱 萍,吳曉雯

(浙江方圓檢測集團(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)前市場上的自動菌落計數(shù)儀器也基本應(yīng)用了圖像識別技術(shù)。但大多數(shù)系統(tǒng)局限于菌落的計數(shù)結(jié)果,無法從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”要素上實(shí)現(xiàn)全過程留痕和檢測信息可追溯。在檢測數(shù)量和檢測效率的雙重高要求下,針對這些現(xiàn)存的問題,本文對相關(guān)圖像算法、系統(tǒng)融合方案進(jìn)行了深入研究,開發(fā)出一種基于圖像識別的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)。這一系統(tǒng)極大地擴(kuò)展了自動菌落計數(shù)儀在檢測實(shí)驗(yàn)室的普適性,在提高菌落計數(shù)精度的同時,完善了實(shí)驗(yàn)室檢測過程的溯源和質(zhì)控。

1 圖像采集

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

為規(guī)范實(shí)驗(yàn)室樣品、儀器設(shè)備的檢驗(yàn)檢測的操作流程,確保檢驗(yàn)檢測過程的可追溯,并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的自動化、智能化,本文開發(fā)了菌落圖像采集溯源子系統(tǒng)(見圖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、直接顯示和自動采集菌落圖像的目的,并記錄每次操作的日志,作為整個檢驗(yàn)檢測溯源的一部分。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)皿編號一鍵上傳菌落原圖至菌落計數(shù)服務(wù)器。

圖1 圖片采集界面

2 菌落計數(shù)

本文對菌落計數(shù)部分實(shí)現(xiàn)的開發(fā)平臺為Linux以及采用基于BSD許可發(fā)行的跨平臺計算機(jī)視覺庫OpenCV(見圖2)。

圖2 菌落計數(shù)過程

2.1 圖像處理

圖像預(yù)處理,增強(qiáng)菌落與背景的對比度。對菌落圖像通道[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。通過遞歸方法查找連通域[2],并根據(jù)每個連通域的特征值(如面積、凸度等)運(yùn)用粒子濾波算法區(qū)分單個菌落、粘連菌落、偽菌落,對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)對采集的菌落圖片進(jìn)行計數(shù)的同時標(biāo)記計數(shù)的菌落,將計數(shù)結(jié)果和標(biāo)記圖輸出至界面。檢測人員確認(rèn)結(jié)果后可一鍵上傳計數(shù)結(jié)果、原始菌落圖、標(biāo)記菌落圖。若計數(shù)結(jié)果產(chǎn)生偏差,檢測人員可對輸出結(jié)果進(jìn)行修正。

3 檢測過程數(shù)據(jù)自動化處理

目前實(shí)驗(yàn)室在使用菌落計數(shù)儀計數(shù)后僅獲取計數(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)。這中間的檢測過程數(shù)據(jù)無法被重現(xiàn)、追溯。本文在實(shí)現(xiàn)菌落自動計數(shù)的基礎(chǔ)上,將檢測過程數(shù)據(jù)自動化處理,有效提高了原始記錄的真實(shí)性和準(zhǔn)確性及檢測效率。

3.1 結(jié)果登記

菌落分析計數(shù)子系統(tǒng)對上傳的菌落圖像進(jìn)行分析計數(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《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》預(yù)設(shè)菌落總數(shù)項(xiàng)目原始記錄模板及計算公式[6],按照檢測號通過接口獲取菌落計數(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“檢測詳情”查看各平板菌落圖,調(diào)取每個平板的菌落原圖、菌落計數(shù)標(biāo)記圖與登記結(jié)果對照,校核登記結(jié)果。

3.3 生成報告

當(dāng)原始記錄子系統(tǒng)完成結(jié)果校核后,將菌落總數(shù)檢測的全過程數(shù)據(jù)自動推送至實(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)檢測依據(jù)得出檢測結(jié)論,并生成檢測報告。

4 結(jié)語

本文設(shè)計研究的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了菌落總數(shù)項(xiàng)目檢測的全留痕、可追溯、無紙化管理。通過圖片采集溯源子系統(tǒng)、菌落分析計數(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)了檢測過程中文件、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)檢測的自動記錄、自動解析、自動計算、自動判定全流程數(shù)字化。