基于圖像識別的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)研制

基于圖像識別的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)研制摘要：文章針對傳統(tǒng)微生物菌落總數(shù)檢測中人工菌落計數(shù)效率低、原始數(shù)據(jù)無法追溯、缺少原始數(shù)據(jù)自動化處理等問題，按照食品安全國家標準GB4789.2中菌落總數(shù)測定方法，結(jié)合檢驗檢測機構(gòu)管理體系要求，對基于圖像識別的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)進行設計開發(fā)。該系統(tǒng)具備使用便捷、采集效率高、數(shù)據(jù)傳輸性能好、計數(shù)結(jié)果準確率高、速度快的特點，并與實驗室LIMS系統(tǒng)融合，實時形成原始記錄，能有效提高微生物實驗室菌落計數(shù)的工作效率。關鍵詞：數(shù)智檢測；菌落計數(shù)；圖像處理0引言菌落總數(shù)是食品中重要的安全衛(wèi)生指標,表示食品受細菌污染的程度。當前市場上的自動菌落計數(shù)儀器也基本應用了圖像識別技術(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、料、法、環(huán)”要素上實現(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,本文對相關圖像算法、系統(tǒng)融合方案進行了深入研究,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)極大地擴展了自動菌落計數(shù)儀在檢測實驗室的普適性,在提高菌落計數(shù)精度的同時，完善了實驗室檢測過程的溯源和質(zhì)控。1圖像采集本文采用機器視覺的支架、光源、工業(yè)相機搭建圖像采集裝置以高對比度顯示菌落圖像。為規(guī)范實驗室樣品、儀器設備的檢驗檢測的操作流程,確保檢驗檢測過程的可追溯，并實現(xiàn)實驗室設備的自動化、智能化,本文開發(fā)了菌落圖像采集溯源子系統(tǒng)（見圖1）,與采集設備綁定，以達到控制授權(quán)使用采集設備、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)控制采集設備的授權(quán)使用,只有授權(quán)人員才可操作設備。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)服務器。2菌落計數(shù)本文對菌落計數(shù)部分實現(xiàn)的開發(fā)平臺為Linux以及采用基于BSD許可發(fā)行的跨平臺計算機視覺庫OpenCV（見圖2）。2.1圖像處理圖像預處理,增強菌落與背景的對比度。對菌落圖1圖片采集界面圖2菌落計數(shù)過程圖像通道［1］進行中值濾波處理,并使用拉普拉斯算子進行銳化，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

嶺算法進行形態(tài)學分割［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行計數(shù)的同時標記計數(shù)的菌落，將計數(shù)結(jié)果和標記圖輸出至界面。檢測人員確認結(jié)果后可一鍵上傳計數(shù)結(jié)果、原始菌落圖、標記菌落圖。若計數(shù)結(jié)果產(chǎn)生偏差，檢測人員可對輸出結(jié)果進行修正。3檢測過程數(shù)據(jù)自動化處理目前實驗室在使用菌落計數(shù)儀計數(shù)后僅獲取計數(shù)結(jié)果，由人工譽抄編制紙質(zhì)記錄，再將原始記錄上傳至實驗室LIMS系統(tǒng)。這中間的檢測過程數(shù)據(jù)無法被重現(xiàn)、追溯。本文在實現(xiàn)菌落自動計數(shù)的基礎上，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性和準確性及檢測效率。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)標準GB4789.2—2016（食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》預設菌落總數(shù)項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，校核人員可點擊校驗界面右上角“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)標記圖與登記結(jié)果對照，校核登記結(jié)果。3.3生成報告當原始記錄子系統(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)自動推送至實驗室LIMS系統(tǒng)。LIMS系統(tǒng)根據(jù)原始記錄數(shù)據(jù)及相關檢測依據(jù)得出檢測結(jié)論，并生成檢測報告。4結(jié)語本文設計研究的菌落總數(shù)智能判定系統(tǒng)實現(xiàn)了菌落總數(shù)項目檢測的全留痕、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)與實驗室LIMS系統(tǒng)的