种蛋孵化期间无精蛋与死胚蛋的光电检测研究

摘要

种蛋孵化是禽蛋产业中一个重要流程。由于种蛋孵化期间存在无精蛋、死胚蛋，在实际生产中采用人工照蛋检测上述不合格种蛋，从而提高出雏率，降低能耗。但是人工照蛋效率较低，且人眼判断的准确率容易受到各种因素的影响。本文通过设计一套用于检测无精蛋与死胚蛋的系统，以“梅岭”鸡种蛋为研究对象，研究该系统的光源光色和光强优化以及种蛋物理参数对种蛋透光量的影响。主要的研究内容及结果如下:
　　(1)无精蛋与死胚蛋检测实验装置设计与改进
　　研发一套基于发光二极管(Light-emitting-diode，LED)和光敏元器件的检测无精蛋与死胚蛋的实验装置和方法。6种不同光色LED用于光色优化。1号装置使用光敏电阻，为了检测中期死胚蛋，2号装置使用光传感器。
　　(2)孵化前期无精与死胚蛋光电检测的LED光色优化
　　利用1号装置（配备光敏电阻），获取不同光色（蓝、绿、黄、红、冷白、暖白）LED照蛋时的相对吸收率(Relative Absorption Rate，RAR)值进行分析。结果表明不同LED对种蛋的透射能力从高到低排序为:单色光LED:红光＞黄光＞绿光;复合光LED:暖白光＞冷白光。根据实验结果，活胚蛋的相对（光）吸收率曲线随着孵化日龄的增加而快速上升，死胚蛋的曲线上升速率会有变化，而无精蛋的曲线相对更平稳，上升幅度较小。利用第7天的RAR数据，得到94.94％的判别正确率，且暖白LED和红光LED的检测效果最好。
　　(3)孵化前期无精与死胚蛋光电检测的种蛋参数融合
　　使用1号装置（配备光传感器），获取红光和暖白光照蛋时的RAR值以及种蛋的物理参数（蛋重、长径、短径、色度）进行分析。结果表明种蛋的蛋壳颜色对种蛋的透光率有着较大的影响:蛋壳色度L*越大，透光率越高;蛋壳色度a*越大，透光率越低。从色度L*和a*对RAR的影响来看，红光LED测得的RAR受两者影响比暖白LED的RAR值更明显。利用RAR数据进行逻辑回归，孵化前十天无精蛋和死胚蛋的判别准确率总体随孵化时间增加呈上升趋势。分析红光和暖白光组的RAR数据在第7天分别得到94.12％、88.24％的正确率;若结合测得的种蛋物理参数，在第7天可以分别获得96.08％，94.12％的正确率，且暖白光的检测效果好于红光，能基本满足实际生产中的要求。
　　(4)孵化中期死胚蛋光电检测的光敏元器件及光强优化
　　使用2号装置，测量得到暖白光照蛋时的透光量(lux)以及种蛋的物理参数，利用逻辑回归的方法分析暖白光照蛋时的透光量，第7天（低光强组——180流明）实现100％的种蛋检测正确率;若结合种蛋参数进行判断，第6天（低光强组——180流明）即可达到100％正确率。以上结果在孵化前期实现了100％的检测效果，满足孵化场的生产需求。2号装置的检测效果在正确率和检测时间点上都要优于1号装置。利用孵化中期胚胎的胎动现象，提取数据中的5个特征值(Count、Mean、Range、Average、Std)进行逻辑回归判断，高光强条件下可以在第12天实现93.12％的正确率。不同光强组的实验结果表明，高光强可以提高中期死胚蛋的检测正确率。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 种蛋孵化无精蛋与死胚蛋检测的研究进展和现状

1．2．1 光学检测法

1．2．2 商光谱成像技术

1．2．3 机器视觉

1．2．4 声学敲击振动

1．2．5 近红外热成像技术

1．2．6 其他无损检测技术在种蛋检测中的应用

1．2．7 种蛋检测设备

1．2．8 种蛋检测研究现状小结

1．3 课题的来源、研究内容和技术路线

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

1．4 本章小结

第二章 无精蛋与死胚蛋检测实验装置设计与改进

2．1 实验装置的整体设计

2．2 实验装置的结构设计

2．2．1 检测暗盒选材与结构设计

2．2．2 检测暗盒内部缓冲垫及聚光套的设计

2．2．3 LED照明模块的设计

2．2．4 实验装置的硬件设计

2．3 实验装置系统的软件设计

2．3．1 实验装置系统的单片机软件设计

2．3．2 实验装置系统的上位机设计

2．4 实验装置改进过程

第三章 孵化前期无精与死胚蛋光电检测的LED光色优化

3．1 引言

3．2 实验材料和方法

3．2．1 实验样本

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同光色LED检测种蛋时的相对吸收率比较

3．3．2 不同光色LED下无精蛋与死胚蛋检测效果比较

3．3．3 讨论

3．4 本章小结

第四章 孵化前期无精与死胚蛋光电检测的种蛋参数融合

4．1 引言

4．2 实验材料和方法

4．2．1 实验样本

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 种蛋物理参数对透光量的影响

4．3．2 无精蛋与死胚蛋检测及种蛋物理参数的融合

4．3．3 讨论

4．4 本章小结

第五章 孵化中期死胚蛋光电检测的光敏元器件及光强优化

5．1 引言

5．2 实验材料和方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验方法

5．2．3 数据统计和分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 光强对无精蛋与死胚蛋检测的影响

5．3．2 中期死胚蛋检测

5．3．3 讨论

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要研究结论

6．2 主要创新点

6．3 进一步研究展望

参考文献

个人简历