Bildiri PDF

28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
Aflatoksinli İncirlerin UV Işık Altında Tespiti ve Eşikleme Metodu
Kullanılarak Sayısallaştırılması
Ömer Barış ÖZLÜOYMAK
Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Adana
[email protected]
ÖZET
Aspergillusflavus ve Aspergillusparasiticus mantarlarının toksikmetaboliti olan aflatoksin,
gıdalar üzerinde doğal olarak oluşan zararlı bir kalıntıdır. Aflatoksin; tahıllar, yağlık tohumlar,
aromatik bitkiler, fındık, kurutulmuş meyve, et, süt gibi geniş aralıkta değişen tarımsal ürünler
üzerinde etkilidir. Aflatoksin, tarımsal ürünlerle ilgili olarak, dünya üzerindeki yaygınlığı, ürünler
üzerindeki önemli etkileri ve sağlık sorunlarıyla doğrudan ilişkisi nedeniyle 40 yıldan fazla bir
süredir üzerinde çalışmalar yürütülen önemli bir sorundur. Dünya Sağlık Örgütünün (WHO),
aflatoksinli tarımsal ürünlerin dünya ölçeğinde tespiti ve insan beslenme zincirine olan etkilerini
konu alan ve halk sağlık stratejileri üretilmesi amacıyla yürüttüğü önemli çalışmalar
bulunmaktadır. (Anonim, 2005a).
Bu çalışmada; gelecekte bu sorunun çözülmesinin bir parçası olacağı düşünülen
aflatoksinin, belirlenmesi ve bilgisayara tanıtılması amaçlanmıştır. Bu nedenle, dış satımda
önemli bir paya sahip olan ve iç tüketimde önemli bir yer tutan kuru incir, örnek olarak
seçilmiştir.
Çalışmada; görüntü işleme algoritmaları ile flüoresan sınıflandırma gerçekleştirilmiş, “parlak
yeşilimtrak sarı” flüoresan uyartım özellikli aflatoksin bulaşık incirler belirlenmiştir. Bulaşık
incirlerin “parlak yeşilimtrak sarı” rengini tanımlamak için, içinde 365 nm dalga boyundaki UV
lambaları olan ve kamera üzerinden görüntülerin alındığı bir karanlık oda oluşturulmuştur.
Görüntü alma işleminin ardından; aflatoksinle bulaşık incirlerin resimleri analiz edilmiş, sayısal
görüntü işleme teknikleri kullanılarak 365 nm dalga boyundaki UV ışık altında aflatoksinli
bölgeler tespit edilmiştir.
Anahtar kelimeler: Görüntü İşleme, Aflatoksin, Kuru İncir, UV.
Determination of Aflatoxin Contaminated Figs under the UV Lightening and
Digitizing by using the Thresholding Method
ABSTRACT
Aflatoxins, toxic metabolites of Aspergillusflavus and Aspergillusparasiticus fungi, are
naturally occurring contaminants of food. Aflatoxins can affect a wide range of commodities
including cereals, oilseeds, spices and tree nuts as well as milk, meat and dried fruit. Wellknown within the agricultural community, aflatoxins have been studied for over forty years due
to their widespread occurrence and their significant impact on crops. The World Health
Organization (WHO) hosted a workshop to create an integrated plan intended to generate
culturally appropriate, long term, public health strategies to reduce aflatoxin exposure in
developing countries.
In this study was to aimed an applicable method for aflatoxin problems in the future and
itsdeterminated with recognition from by computer. Therefore; dried fig, which has an
important share in export and domestic consumption, was taken as an example.
In this research; fluorescent sorting with the image processing algorithms has been
examined and aflatoxin contaminated figs with the property of “bright greenish yellow”
fluorescent excitation were determined. To recognize the “bright greenish yellow” color of
contaminated figs, a dark room was designed which had 365 nm wavelength UV lamps and got
51
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
sample images through a camera. After the capturing process, pictures of aflatoxin
contaminated figs has been analyzed and detected areas with aflatoxin under the UV light of
365 nm wavelength using digital image processing techniques.
Key words: Image Processing, Aflatoxin, Dried Fig, UV.
GİRİŞ
1960 yılında İngiltere’ye hayvan yemi
olarak ithal edilen Brezilya yerfıstığının, 100
bin hindi ile 20 bin keklik, sülün ve ördeğin
ölümüne neden olduğu, dünyada ilk defa
meydana gelen bu olaya (Hindi-X) adı verildiği
ve
sonrasında
aflatoksinin
ilk
defa
tanımlandığı
kaynaklarca
belirtilmektedir
(Anonim, 2005b). İlk olarak, 1960 yılında
tanımlanan
aflatoksin,
bitkisel
kökenli
ürünlerde, özellikle tahıllar, yağlı tohumlar,
kuru ve sert kabuklu meyveler ile
baharatlarda insan hayatını da tehdit eden
önemli bir hastalık etmeni olarak karşımıza
çıkmaktadır (Anonim, 2007a). Karaciğer
kanseri başta olmak üzere ciddi sağlık
sorunlarına neden olan aflatoksin konusunda
üreticiler ve tüketicilerin bilgilendirilmesi
yaşamsal
önem
taşımaktadır
(Anonim,
2005b). Konu; benzer açıdan ülkemiz için
değerlendirildiğinde, aflatoksinle ilişkili olarak
ilk sorunun, 1967 yılında Kanada’ya ihraç
edilen iç fıstıkta yaşandığı bildirilmiştir
(Anonim, 2007a).
Aflatoksin birçok üründe meydana
gelebiliyor olmasına karşılık; Yer fıstığı, Antep
fıstığı gibi kabuklu kuru meyveler, mısır gibi
hububat, pamuk tohumu- ayçiçeği tohumu
gibi yağlı tohumlar, incir, üzüm gibi kurutulan
meyveler, hayvan yemleri, ay çekirdeği, et,
süt ve yumurta, kırmızıbiber ve diğer
baharatların aflatoksin oluşumuna daha
hassas oldukları bilinmektedir (Anonim,
2007a).
Gıda yoluyla insanlara geçen aflatoksinin
en çok karaciğer kanserine neden olduğu,
aflatoksinin karaciğer kanserine neden
olmasının yanında Hepatit (B) ve (C)
virüslerinin vücuttaki etkisini arttırdığına,
bağışıklık sistemini bozduğuna da dikkat
çekilmektedir (Anonim, 2005b).
Ülkemizde
gıda
maddelerinde
bulunmasına izin verilen aflatoksin miktarı 5
mikrogram iken Avrupa ülkelerinde bu miktar
2 mikrogramdır (Çam, 2007). Ülkemizde gıda
maddelerinde bulunmasına izin verilen 5 ppb
düzeyi, milyarda 5'in ifadesidir, yani 1 kg'da 5
mikrogram, 1 tonda 5 miligram, 1000 tonda 5
gram
anlamına
gelmektedir.
Avrupa
ülkelerinde ise bu sınır 2 ppb'dir. 1 kg gıda
maddesinde 1 ppb aflatoksin, 0,000001 gram
aflatoksin demektir (Coşkun, 2007).
Aflatoksinler; doğada yaygın olarak
bulunan
Aspergillusflavus,
Aspergillusparasiticus
küfleri
tarafından
üretilen mikotoksinlerdir. Günümüzde 18
değişik aflatoksin tipi tanımlanmış olup; B1,
B2, G1, G2, M1 ve M2 en yaygın olanlardır.
Aflatoksinler arasında ise aflatoksin B1 en
yüksek toksik etkiye sahiptir. Küfler; hava ve
toprakta doğal olarak bulunan, tarımsal
ürünlerde
de
sık
sık
rastlanan
mikroorganizmalardır (Anonim, 2007a).
Tarımsal
ürünlerin
yaklaşık
%25’i
mikotoksinlerle
kontamine
durumdadır.
Mikotoksin
içeren
gıdaların
üretimden
kaldırılması veya ihraç ediliyorsa satıcı ülkeye
iadesi ekonomik açıdan büyük kayıplara
neden olmaktadır. 1994 yılında Almanya’ya
ihraç edilen kırmızı pul biber, limitlerin
üzerinde aflatoksin içerdiği için iade edilmiştir.
1994 yılındaki 2522 tonluk kırmızıbiber
ihracatının, 1996 yılında 527 tona düşmesine
neden olmuştur. Bu düşüşün ekonomik
karşılığı ise 2.126.000 $’dır. Dünya genelinde,
ihracatı yapılan gıda maddelerinin mikotoksin
nedeniyle etkilenen kısmının ekonomik
bedelinin 2002 verilerine göre 100 milyar
dolar
civarında
olduğu
bildirilmektedir
(Anonim, 2007b).
Gıdalarda aflatoksin; üretim, işleme,
taşıma ve depolama aşamalarında ortaya
çıkmaktadır. Gıdalarda küf gelişmesi ve
aflatoksin oluşumunda rol oynayan en önemli
faktörler gıdayı çevreleyen havanın bağıl nemi
ile
depolama
sıcaklığıdır.
Bilimsel
araştırmalardan edinilen bilgilere göre, küf
gelişimi ve mikotoksin oluşumu için optimum
sıcaklık 25–30°C, bağıl nem ise % 88–95’dir
(Anonim, 2007a).
52
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
yapıya “Syconium”
2006).
Bu çalışmanın temel amacı, ülkemizin
kuru meyve ihracatında büyük bir paya sahip
olan kuru incirler üzerindeki aflatoksinli
bölgeleri, karanlık bir ortamda UV ışık altında
bilgisayar kontrollü tespit ederek, bilgisayar
ortamında sayısal hale dönüştürmektir.
denmektedir
(Anonim,
Yapılan çalışmada araştırmanın ana
materyalini kuru incir ihracatçısı firmalardan
temin
edilen
aflatoksinli
incirler
oluşturmaktadır. Bununla birlikte çalışmanın
kapsamı gereğince, yazılımsal ve donanımsal
olmak üzere pek çok ekipmana ihtiyaç
duyulmaktadır. Çalışmada ayrıca, kuru incirleri
dik açıdan gören kamera ile 365 nm dalga
boyuna sahip UV lambalar kullanılmıştır.
Kullanılan kamera; AVTGuppyF-033C marka
olup, renkli çekim yapabilmektedir. Kameralar
bilgisayara, Firewire olarak da bilinen IEEE
1394 standardında kablolarla bağlanmıştır.
Çalışmanın en önemli parçası ise yazılımdır.
Görüntülerin en optimum düzeyde alınarak
işlenebilmesi için gelişmiş bir bilgisayarla
birlikte; National Instruments firmasına ait
“LabVIEW
Professional
Development
System”,“Vision Development Module” ve
“Vision Acquisition Software” yazılımları
kullanılarak
görüntüler
alınmış
ve
değerlendirilmiştir. Oluşturulan sisteme ilişkin
resimler Şekil 1’de yer almaktadır.
MATERYAL veYÖNTEM
Materyal
Gerçekleştirilen çalışma için karanlık bir
ortam
gerekli
olduğu
için
Çukurova
Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarım Makinaları
Bölümü
laboratuvarlarından
bir
tanesi
karartılarak kullanıma hazır hale getirilmiştir
(Karanlık oda oluşturulmuştur.)
İncir’in dünyadaki en büyük üreticisi
Türkiye’dir. Başlıca dış satım ürünümüz olup,
Ege bölgesinde ön planda yer almaktadır. En
fazla
Aydın
ve
İzmir
yöresinde
yetiştirilmektedir. Meyve; şişkin, etli çukur, iç
yüzeyi tamamen çiçeklerle kaplı bir kılıf
şeklindedir. İncir meyvesi aslında incir çiçek
kılıfının (receptacle) büyümesi ve etlenmesi
suretiyle meydana gelmiş yalancı bir
meyvedir. Tüm Ficus türlerinde görülen bu
Şekil 1. Çalışma için oluşturulmuş deneme test düzeneği
Yöntem
altında aflatoksinin görünürlüğüne
resimler Şekil 2’de verilmiştir.
Çalışmada, UV lambaların aflatoksinli
incirler
üzerindeki
etkileri
ve
renk
farklılıklarının incelenmesine yönelik inceleme
ve denemeler yapılmıştır. Teknik olarak
aflatoksini gün ışığında çıplak gözle görmek
olanaksızdır. Bilindiği gibi insanın görme sınırı
380-760 nm
dalga
boyları
arasındadır.
Aflatoksin ise 365 nm dalga boyunda
görülebilmektedir. Buna ilişkin yapılan bir ön
çalışma neticesinde; gün ışığı ve UV ışık
ilişkin
Aflatoksin, 365 nm UV dalga boyunda
fosforesan
özellik
göstererek
ışıma
yapmaktadır. Şekil 2’den de görüleceği üzere
(a) ve (b) fotoğrafları gün ışığında elde
edilmiş olup, incirler arasında herhangi bir
farklılık görülmemekte, aynı ürünlere ait (c) ve
(d) fotoğrafları karanlık ortamda UV ışık
altında elde edildiğinde incirler üzerindeki
aflatoksinli bölgeler görünür hale gelmektedir.
Diğer bir ifadeyle UV ışık altında sağlıklı ürün
53
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
herhangi bir ışıma yapmazken, aflatoksinli
ürünler parlak yeşil bir ışıma yapmaktadır
Şekil 2. Kuru incirdeki aflatoksin oluşumu
Karartılmış ve üzerinde özel UV lambalar
bulunan bir ortamda; UV ışık altında
belirlenebilen aflatoksin, renk farklılıklarına
duyarlı kamera kullanılarak tespit edilmiş,
algılanan renk farklılıklarından hareketle de
aflatoksinli ürün, bilgisayarda özel yazılımlar
kullanılarak diğer sağlıklı ürünlerden ayırt
edilebilmiştir.
DIP (Digital Image Processing) – Sayısal
Görüntü İşleme tekniklerinin uygulanmasıyla
ve gerekli yazılımın yapılmasıyla bilgisayarın,
aflatoksinli ürünü gördüğünde, aflatoksinli
bölgeyi sayısal olarak işaretlemesi yani
hastalıklı bölgeyi tespit etmesi sağlanmıştır.
Eşikleme; partikül bölgesi ve zemin
bölgesi olmak üzere bir görüntüyü 2 bölgeye
bölümlendirme işleminden oluşmaktadır. Daha
basit olarak ifade edilecek olursa; belirli bir
eşik değerinin üzerinde kalan tüm pikseller
beyaz (veya farklı bir renk), diğerleri ise siyah
olarak ayarlanmaktadır (National Instruments
Tutorial, 2006).
Kameradan
bilgisayara
gönderilen
görüntülerin aktarımını sağlayarak, sistemin
hastalıklı
ürünleri
algılayabilmesi
ve
seçebilmesi
için
özel
bir
yazılım
gerçekleştirilmiştir. Bu yazılım ile birlikte
geliştirilen
yazılımda
özel
filtreler
de
kullanılarak sonuca varılmıştır.
Belirli bir eşik değerinin üzerindeki
pikseller
“nesne
(ön
plan)”
olarak
adlandırılırken, diğerleri “zemin (arka planartalan)” olarak anılmaktadır(Anonim, 2009).
Matematiksel olarak ifade edilecek olursa;
RGB (Red, Green, Blue) formatında elde
edilen görüntülere, renk eşiği metodu
uygulanarak ve elde edilen yeni görüntü ile
asıl
görüntü
değerleri
birbirleri
ile
örtüştürülerek yeni bir görüntünün elde
edilmesi sağlanmıştır.
g (i, j ) 1
 f (i, j )  T
(1)
g (i, j )  0
 f (i, j )  T
(2)
Burada;
Çalışmada; görüntü işleme tekniklerinden
en çok bilinen “görüntü eşikleme” (image
thresholding) metodu kullanılmıştır.
T
= Seçilen eşik değeri,
f(i,j) = Görüntünün i. sütun, j. satırdaki
piksel değeri,
54
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
g(i,j) = Eşikleme işlemi gerçekleştirilmiş
görüntü elde edilir (Anonim, 2008).
ile asıl görüntü değerleri birbirleri ile
örtüştürülerek yeni bir görüntünün elde
edilmesi sağlanmıştır. Uygulanan bu işleme
görüntü işleme programcılığında “maskeleme”
adı verilmektedir. Bu sayede asıl görüntü ile
işlenen
görüntü
üst
üste
getirilerek
maskeleme işlemi tamamlanmış olmaktadır.
Sistemde kullanılan renk parametreleri; kırmızı
renk için 0-255, yeşil renk için 0-155 ve mavi
renk için ise 0-180 aralığındadır. Yapılan
maskeleme işlemine dair bir örnek çalışma
Şekil 3’de gösterilmektedir.
Sonuç görüntü artık “ikilik görüntü
(binary image)” olarak adlandırılacaktır. Renkli
görüntüler içinse, her bir renk komponenti için
ayrı
ayrı
eşikleme
işlemi
yapılması
gerekmektedir.
Sistemde kullanılan görüntü işleme
programında RGB (Red, Green, Blue)
formatında elde edilen görüntülere, renk eşiği
metodu uygulanmış, elde edilen yeni görüntü
Şekil 3. Orjinal görüntü ile eşikleme (thresholding) ve maskeleme işlemi yapılmış görüntü
ARAŞTIRMA BULGULARI
yardımıyla belirlenmiştir. Şekil 4’de incirler
üzerindeki aflatoksin etkisiyle oluşan renk
farklılığı gösterilmiştir. Kamera tarafından
bilgisayara
görüntü
aktarımı
sırasında
Kuru incirler, karanlık ortamda UV ışık
kaynağıyla aydınlatılmış ve aflatoksinli incirler
üzerindeki olağan dışı yansıma, kamera
55
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
sınırlarından
çoğu
çevirmektedirler.
hastalıklı ürünlerin algılanabilmesi için özel bir
yazılım hazırlanmıştır. Bu yazılım ile birlikte
yazılımda özel filtreler de kullanılarak sonuca
ulaşılmıştır. Bu sonuçlara göre; UV ışık altında
aflatoksinli ürünler kamera ile fotoğraflanmış,
elde edilen görüntüler bilgisayara aktarılarak
görüntü işleme teknikleri yardımıyla aflatoksin
tespit edilerek, belirlenmiştir. Şekil 4.a’da kuru
incirlerin orijinal fotoğrafları, Şekil 4.b’de
bulunanlar ise aynı fotoğraflara bilgisayar
ortamında
görüntü
işleme
teknikleri
kullanılarak müdahale edilmiş halleridir.
zaman
geri
Geri gönderilen ürünler imha edilirken,
kaybedilen ülke prestiji ve döviz ise
ekonomimizde
büyük
kayıplara
neden
olmaktadır.
Özet olarak, ülkemizin ihracatında söz
sahibi olduğu Antep fıstığı, kuru incir ve
kırmızıbiber gibi ürünlerin de aflatoksin
açısından duyarlı ürünler olduğu düşünülürse,
son yıllarda ihracatımızın daralmasına neden
olan olumsuzlukların yaşanmaması için
özellikle paketlemeden önceki aşamada
uygulanmak
üzere
yeni
yaklaşım
ve
yöntemlerin uygulayıcılara aktarılması önemli
görülmektedir.
TARTIŞMA ve SONUÇ
Son yıllarda Türkiye’nin dışsatım atılımı
yadsınamaz düzeydedir. En önemli dışsatım
ürünlerimizden birisi olan kurutulmuş gıda
dışsatımı ise ülkemizin dışsatım lokomotifi
düzeyinde hak ettiği yerini almaktadır. Bu
gıdaları kuru incir, kayısı, dut, erik, v.s.
şeklinde
sıralamak
olasıdır.
Aflatoksinli
ürünlerin dışsatım olanağı olmadığı gibi, zaten
AB’ye bağlı ülkeler de söz konusu ürünleri
Gerçekleştirilen bu çalışma; benzer
konularda
çalışma
yapmayı
amaçlayan
araştırıcılar için de bir örnek teşkil edecek,
daha farklı alanlarda sistem tasarımı açısından
yararlanma olanakları konusuna eğilmelerini
olumlu etkileyecektir.
56
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
A
b
Şekil 4. Bilgisayarda özel görüntü işleme teknikleri kullanılarak elde edilmiş aflatoksinli kuru
incir görüntüleri
LİTERATÜR LİSTESİ
Anonim,
Processing).
Anonim,
2005a.
PublicHealthStrategiesforPreventing Aflatoxin
Exposure.
http://gidakurutma.sitemynet.com/kurut
ma/id4.htm,Erişim: Ağustos 2007.
ÇAM, Tansel S., 2007. Yanı başımızdaki
ölüm:
Aflatoksin.
http://blog.milliyet.com.tr/Blog.aspx?BlogNo=
46299,Erişim: Temmuz 2007.
http://www.ntvmsnbc.com/news/342446.
Erişim: Eylül2007.
National Instruments Tutorial, 2006.
Thresholding
an
Image.
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/2916
#toc0#toc0,Erişim: Eylül 2007.
Anonim, 2006. İncirin Botanik Özellikleri
ve Ekolojik İstekleri.
http://www.erbeyliincir.gov.tr/incir_arasti
rma_botanik_ozellikleri_ve_ekolojik_istekleri.a
sp,
Erişim: Ağustos 2007.
Anonim, 2007a. Osmaniye Ticaret Borsası
Duyurular Rehberi: Aflatoksin nedir?
http://www.osmaniyetb.org.tr/aflatoksin.
asp,Erişim: Ağustos 2007.
Gıda
(Image
COŞKUN, A., 2007. Evdeki Kanser.
Anonim, 2005b. Güncel ve ciddi sorun:
Aflatoksin.
Anonim, 2007b.
Mikotoksinler.
Thresholding
http://en.wikipedia.org/wiki/Thresholding
_(image_processing),Erişim: Ocak 2010.
http://www.who.int/ipcs/events/2005/wo
rkshop report.pdf,Erişim: Kasım 2005.
asp,
2009.
Güvenliğinde
http://www.hemakim.com.tr/img/makalel
er/GidaGuvenligindeMikotoksinler.pdf,Erişim:
Ağustos 2007.
Anonim, 2008. Binary Image Processing.
http://www.ce.yildiz.edu.tr/mygetfile.php
?id=21369,Erişim: Ocak 2009.
57