一种基于X射线成像的鱼骨残留在线检测方法及系统与流程

本技术涉及食品安全检测，尤其涉及一种基于x射线成像的鱼骨残留在线检测方法及系统。

背景技术：

1、水产品加工行业普遍采用x射线成像设备对去骨后的鱼片、鱼块进行在线检测，以剔除残留鱼骨。该技术利用骨骼与肌肉组织对x射线吸收系数的差异实现成像检测。然而，鱼肉中细小的肌间刺直径仅约1毫米，与软组织的密度差异极小，在透射图像中对比度很低，容易因增强不足而漏检。

2、传统检测方法通常采用全局对比度增强或固定参数边缘检测算法处理x射线图像，对所有区域施加相同的增强策略。但鱼肉组织中天然存在筋腱、脂肪纹理和结缔组织隔膜，这些结构的x射线衰减特性与鱼骨部分重叠，在增强过程中容易被误判为骨骼目标，导致较高的误检率。为降低误检而降低增强幅度，又会使细小鱼骨边缘模糊，难以被可靠检出。

3、现有技术中已有基于深度学习的目标检测方法尝试用于鱼骨识别，但此类方法依赖大量标注训练样本，而鱼骨在图像中的形态多变、尺寸不一，标注成本极高。且深度学习模型在产线高速运行场景下的推理延迟较大，难以满足实时在线检测的响应时间要求。此外，模型对不同鱼种、不同厚度的产品泛化能力有限，更换产品规格时往往需要重新训练或微调。

技术实现思路

1、本技术的实施例提供一种基于x射线成像的鱼骨残留在线检测方法及系统，在充分显现微细骨刺的同时有效抑制软组织伪影，显著降低了漏检率和误检率，为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

2、一种基于x射线成像的鱼骨残留在线检测方法，所述方法包括：

3、获取连续帧x射线透射图像；

4、根据所述透射图像计算局部梯度方向一致性，生成骨向响应图；

5、基于所述骨向响应图统计拉普拉斯能量分布熵，构造骨油区分度指标图；

6、以所述骨油区分度指标图为逐像素调制系数，对自适应直方图均衡算法的裁剪限幅阈值进行非线性映射，生成受控裁剪限幅图；

7、基于所述受控裁剪限幅图对所述透射图像执行对比度增强，生成伪影抑制增强图；

8、在所述伪影抑制增强图中提取候选骨点，构建包括方向角的断续邻接图；

9、统计连续帧内所述断续邻接图中方向角的漂移方差及跳距分布，生成骨残留稳定性指数；

10、当所述骨残留稳定性指数大于预设阈值时，判定存在鱼骨残留。

11、在某些可能实现的方式中，所述根据所述透射图像计算局部梯度方向一致性，生成骨向响应图，包括：

12、遍历所述透射图像的局部邻域；

13、计算所述局部邻域内灰度梯度的主方向；

14、统计所述局部邻域内梯度方向与主方向一致的像素占比，生成方向一致性系数；

15、提取所述局部邻域内灰度梯度幅值的显著响应量；

16、以所述方向一致性系数为权重，对所述显著响应量进行加权融合，生成初始响应面；

17、沿所述主方向剔除所述初始响应面中灰度过渡平缓的干扰区域，保留灰度突变的线性骨架；

18、将所述线性骨架映射为骨向响应图。

19、在某些可能实现的方式中，所述构造骨油区分度指标图，包括：

20、基于所述骨向响应图执行二阶微分运算，生成二阶导数响应图；

21、统计所述二阶导数响应图的局部信息熵，定义为能量分布熵；

22、计算所述方向一致性系数与所述能量分布熵的比值，生成中间比值图；

23、对所述中间比值图执行归一化处理，将数值范围映射至预设区间，生成骨油区分度指标图。

24、在某些可能实现的方式中，所述对自适应直方图均衡算法的裁剪限幅阈值进行非线性映射，生成受控裁剪限幅图，包括：

25、读取所述骨油区分度指标图中对应像素点的数值；

26、依据所述数值的大小调整全局基础裁剪限幅阈值；

27、当所述数值表征高密度组织特征时，上调对应位置的裁剪限幅阈值，以允许保留微弱边缘细节；

28、当所述数值表征低密度介质特征时，下调对应位置的裁剪限幅阈值，以抑制平缓变化的伪影；

29、将调整后的各像素点阈值组合构建为受控裁剪限幅图。

30、在某些可能实现的方式中，所述基于所述受控裁剪限幅图对所述透射图像执行对比度增强，生成伪影抑制增强图，包括：

31、将所述透射图像分割为多个局部网格；

32、针对每一所述局部网格，调用所述受控裁剪限幅图中对应区域的阈值参数；

33、依据所述阈值参数对所述局部网格的灰度直方图执行限幅裁剪与重分配，生成修正后的灰度映射关系；

34、利用所述灰度映射关系对所述局部网格内的像素灰度进行重映射，生成增强子块；

35、拼接所有所述增强子块，输出伪影抑制增强图。

36、在某些可能实现的方式中，所述在所述伪影抑制增强图中提取候选骨点，构建包括方向角的断续邻接图，包括：

37、在所述伪影抑制增强图中提取灰度极值点，将所述灰度极值点标记为候选骨点；

38、以所述候选骨点为中心，在所处邻域内搜寻其余候选骨点，于中心与其余候选骨点之间建立连接边；

39、计算每一连接边相对于基准轴线的偏转角度，将偏转角度记为方向角；

40、基于所述连接边的长度及所述方向角，筛除长度超出鱼骨物理尺寸上限或形态违背骨骼生长规律的连接边；

41、汇集经筛选保留的候选骨点及连接边，构成断续邻接图。

42、在某些可能实现的方式中，所述统计连续帧内所述断续邻接图中方向角的漂移方差及跳距分布，包括：

43、在连续多帧的所述断续邻接图中，追踪空间位置对应的候选骨点序列；

44、计算所述候选骨点序列中相邻帧间连接边方向角的偏差程度，生成漂移方差；

45、测量所述候选骨点序列中相邻帧间连接边的长度变化，记录为跳距；

46、分析所述跳距在连续帧内的变化规律，生成所述跳距分布。

47、在某些可能实现的方式中，所述生成骨残留稳定性指数，包括：

48、设定用于约束骨骼走向一致性的方向角漂移容忍阈值，以及用于约束骨骼断裂尺度的跳距异常容忍阈值；

49、若当前帧的方向角漂移程度小于所述方向角漂移容忍阈值，且跳距变化符合骨骼断裂规律，则向信任因子执行累加操作；

50、若当前帧的方向角漂移程度大于所述方向角漂移容忍阈值，或跳距变化呈现随机性超出所述跳距异常容忍阈值对应的尺度范围，则对所述信任因子执行累减操作；

51、对累加或累减操作后的信任因子归一化处理，生成骨残留稳定性指数。

52、在某些可能实现的方式中，所述生成骨残留稳定性指数之后，还包括：

53、将所述骨残留稳定性指数传输至产线剔除机构，生成对应所述骨残留稳定性指数的启闭控制信号；

54、解析所述骨残留稳定性指数，界定高置信度区间与中置信度区间；

55、当所述骨残留稳定性指数落入高置信度区间时，调制所述启闭控制信号为长脉冲形态，驱动剔除机构执行覆盖目标通过时长的全时长喷射；

56、当所述骨残留稳定性指数落入中置信度区间时，调制所述启闭控制信号为短脉冲形态，驱动剔除机构执行瞬时喷射；

57、提取所述瞬时喷射对应的候选骨点在所述断续邻接图中的方向角，依据所述方向角预判鱼骨残刺在后续帧中的运动轨迹；

58、根据所述运动轨迹，对所述长脉冲形态的持续时段或所述短脉冲形态的触发时序进行修正，补偿传送带运行带来的定位偏差。

59、一种基于x射线成像的鱼骨残留在线检测系统，所述系统包括：

60、图像采集模块，用于获取连续帧x射线透射图像；

61、骨特征提取模块，用于根据所述透射图像计算局部梯度方向一致性生成骨向响应图，并基于所述骨向响应图统计拉普拉斯能量分布熵构造骨油区分度指标图；

62、自适应增强模块，用于以所述骨油区分度指标图为逐像素调制系数，对自适应直方图均衡算法的裁剪限幅阈值进行非线性映射生成受控裁剪限幅图，并基于所述受控裁剪限幅图对所述透射图像执行对比度增强，生成伪影抑制增强图；

63、图构建与验证模块，用于在所述伪影抑制增强图中提取候选骨点构建包括方向角的断续邻接图，统计连续帧内所述断续邻接图中方向角的漂移方差及跳距分布生成骨残留稳定性指数，并当所述骨残留稳定性指数大于预设阈值时判定存在鱼骨残留。

64、由上述技术方案可知，本技术具有如下有益效果：

65、1.本发明利用骨骼的线性结构特征，梯度方向一致性，以及能量分布特征，拉普拉斯能量分布熵，两者联合构造骨油区分度指标图，能够将鱼骨与筋腱、脂肪纹理等软组织线性结构在物理层面有效分离。在此基础上，以该指标图为指导，对自适应直方图均衡的裁剪限幅阈值进行逐像素非线性调制，实现骨骼区域强增强、软组织区域弱增强的差异化对比度调节，既保证了微细骨刺边缘的充分显现，又从源头抑制了软组织的伪影放大效应。最后，本发明引入连续帧间的时域一致性验证机制，利用鱼骨作为刚体随传送带匀速运动时方向稳定、尺度渐变，而伪影呈现随机变化的物理规律，通过方向角漂移方差与跳距分布的统计分析，剔除了单帧图像中的虚假响应。三个环节相互配合，显著提升了鱼骨残留检测的准确率。

66、2.本发明通过置信度分级的剔除决策机制，对不同置信度的检测结果施以差异化的执行策略，高置信度结果触发长脉冲喷射确保不合格品被彻底剔除，中置信度结果触发短脉冲瞬时喷射以最小代价尝试剔除，同时利用候选骨点的方向角信息预判鱼骨运动轨迹，对剔除机构动作时序进行前瞻性修正补偿，有效消除了传送带打滑、产品位置偏移等因素导致的定位偏差。上述机制使本发明能够直接嵌入现有水产品加工产线，在满足食品安全零容忍要求的前提下，将合格产品的误剔率降至最低，兼顾了食品安全保障与生产经济效益。