一种用于评估冰淇淋融化行为的计算机视觉系统

本研究旨在提出一种计算机视觉系统流程，用于研究冰淇淋最重要的特性之一——融化行为。通常，融化行为通过重量分析法进行研究，可提供关于融化初始时间及融化速率的信息。然而，产品在融化过程中的外观同样至关重要，而该方法可计算若干与冰淇淋在融化过程中形状和尺寸保持性相关的指标。

在冰淇淋融化评估中使用计算机视觉系统的优势在于，与重量法相比，该系统能够更灵敏地检测微小变化，并且可以分析产品在融化过程中的外观变化数据。本文提出的计算机视觉系统方法可轻松应用于其他对融化速率和形状保持指数具有要求的食品产品，例如小块状或成型类产品，如打发乳脂和蛋清蛋白。这些应用有助于更深入理解与多种因素相关的融化机制。

首先，选择具有固定体积和形状的透明杯，每个杯子均配有杯盖。裁剪两条约两厘米宽的烘焙纸条，使用纸胶带将纸条贴在杯壁内侧，在杯底形成交叉状。

使用刮刀将冰淇淋填满杯中。装满后，用刮刀将冰淇淋表面抹平，并用杯盖密封。将制备好的样品在零下30摄氏度下储存至少24小时，然后在分析前于零下16摄氏度下平衡24小时。

进行熔点测试时，将恒温箱设置为约 20 摄氏度。将电子天平放入恒温箱内，并将天平连接至装有软件的计算机，以记录质量随时间的变化。

接下来，将量筒置于天平上并归零重量。在量筒上方放置一个悬挂式漏斗，用于收集融化的冰淇淋。在冰柜前方的三脚架上架设相机，确保取景范围最适合拍摄样品图像。

然后准备一个带有尺寸参照的金属丝网筛。将冰淇淋杯从冷冻室中取出，用刮刀将冰淇淋从杯壁上分离，保持烘焙纸附着在冰淇淋上。轻轻将其放置在金属丝网筛上。

然后移除烘焙纸条。将装有冰淇淋的筛网置于柜内漏斗上。打开柜门，拍摄初始图像，并包含尺寸参照物。

记录90分钟内的数据，并每15分钟拍摄一次冰淇淋的照片。根据该方案，对使用三种不同甜味剂（蔗糖、蔗糖麦芽糖醇和赤藓糖醇）制备的冰淇淋样品进行了融化试验。尽管所有样品在90分钟后均表现出良好的形状保持性，但使用赤藓糖醇制备的冰淇淋融化速率最低。

首先，将数码相机拍摄的冰淇淋融化图像下载到计算机中。然后在图像分析软件中，点击文件并选择打开，以导入冰淇淋图像。开始处理第一张图像，如有需要，点击编辑并选择旋转，以调整图像的旋转角度。

然后放大尺寸参考物，点击“测量”，接着点击“校准”，选择“空间校准”。随后点击图像以进行空间校准。将标尺移至尺寸参考物上，并校准长度以将像素转换为毫米。

接下来，点击“编辑”→“新建AOI”→“矩形”，选择一个包含冰淇淋样品的矩形区域，注意避开金属丝网边缘。裁剪该区域，然后点击“编辑”→“转换为”→“灰度图像”，将其转换为灰度图像。为应用最佳拟合滤波器，请点击“增强”→“均衡化”→“最佳拟合”，以自动调整亮度和对比度。

然后打开测量与计数尺寸窗口，设置面积、框高和框宽参数。在计数尺寸窗口中选择手动测量，点击“选择范围”以设定直方图数值，从而分割冰淇淋的亮区形状。关闭分割窗口后，点击软件中计数尺寸窗口的“计数”按钮，以测量相应参数。

通过单击“查看”和“测量数据”来查看结果。然后单击“文件”和“复制数据到剪贴板”，将这些结果复制并粘贴到数据管理软件的电子表格中。为评估熔融指数，使用该方程对不同熔融时间下的 H 和 W 数据进行计算，以得出形状保持指数。

将每个时间点的 R 和 A 数据相对于零时刻的相应指数进行归一化，并根据这些方程随时间绘制结果。对于重量法数据分析，保存每分钟记录熔融样品质量的电子表格。在90分钟熔融实验结束时，使用数据管理软件打开该电子表格，绘制随时间变化的熔融质量曲线。

选择融解曲线线性部分的数据，计算最小二乘回归线及回归系数。该直线的斜率代表冰淇淋的融化速率，单位为克每分钟。将融解起始时间计算为 X 轴截距，即 Y 等于零时的值。

采用该方案，分析了使用不同甜味剂（如蔗糖、蔗糖麦芽糖和赤藓糖醇）制成的冰淇淋的融化行为。形状保持曲线显示，蔗糖制成的冰淇淋比其他冰淇淋更快失去形状，而赤藓糖醇制成的冰淇淋在整个试验过程中均保持了其形状。类似地，面积保持曲线表明，含有赤藓糖醇的冰淇淋相较于含蔗糖麦芽糖和蔗糖的冰淇淋具有更低的融化速率。

此外，重量分析表明，在三种样品中，含有赤藓糖醇的冰淇淋融化起始时间最长，融化速率最低。