CN102323221B - 烟叶成熟度检测方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟叶成熟度检测方法及检测装置。本发明是以图像采集单元获取待检测烟叶的图像，并对该图像进行处理以建立或转换为HSV颜色模式的图像，并获取图像的H、S颜色分量值；根据给定数学模型计算出待检测烟叶的成熟度等级MD。本发明方法及成熟度检测装置通过采集到的烟叶图像来判断烟叶的成熟度，具有田间快速、现场、活体无损测定的优点，使烟叶成熟的判断直观、量化、操作性强，有利于适时采收并提高初烤烟叶的同质性和烟叶质量；本发明方法中判断模型参数选用图像HSV颜色模型中的H（色相）和S（饱和度）两个颜色分量的值，而舍弃了V（亮度）分量的值，这样就屏蔽了图像中亮度对模型建立的影响。
Description
技术领域
本发明涉及烟草种植、加工技术领域，具体涉及一种烟叶成熟度检测方法及检测装置。
背景技术
烟叶的成熟度是衡量烟叶质量的第一要素，是烟叶质量的核心，与烟叶的色、香、味密切相关。研究和生产实践认为，成熟度好的烟叶内在化学成分协调、香气质好、香气量足。从烘烤的角度看，成熟度好的烟叶容易烘烤，烤后上中等烟比例高，种植效益也好。其实成熟采收的目的就是为了保证和提高烟叶的内在品质和外观等级质量，多出上等烟，增加效益。成熟采收是生产优质烟叶的中心环节和关键技术之一。掌握和判断田间烟叶成熟度对适时采收和科学调制具有重要意义。当前，对烟叶成熟度评价缺乏系统、准确的定量研究是制约我国烟叶质量提高的瓶颈。而一些先进的产烟国对烟叶成熟采收进行了深入系统的研究。
目前，烟叶成熟度判断的常用方法有：①通过长期的生产实践经验判断；②提前一周采摘烟叶样品进行化学成分分析来判断，在美国常用；③通过比色卡比色的方法进行判断；④用烟叶成熟彩色图像颜色、烤房试验和抽屉试验的量化指标判断。现有的烟叶成熟度判断方法中，①、③方法有很大的主观性，缺乏判断的准确性；在②、④方法中需要进行实验获取相关的数据指标后方可进行判断，并不能在田间对烟叶成熟度进行实时判断，缺乏实用性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种客观、准确的烟叶成熟度检测方法，并提供了一种以该检测方法中的评价模型为基础的烟叶成熟度检测装置，该检测装置可现场检测烟叶成熟度，快速、准确，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种烟叶成熟度检测方法，包括以下步骤：
（1）观察记录待检测烟叶的叶序PHY；
（2）以图像采集单元获取待检测烟叶的图像，并对该图像进行处理以建立或转换为HSV颜色模式的图像，并获取图像的H、S颜色分量值（例如，可通过MATLAB软件来获取）；
（3）根据下式判断得出待检测烟叶的成熟度等级MD，
式中，MD-成熟度等级，H/S-烟叶图像的HSV颜色模型中的H与S的比值，f-系数，PHY-可收获烟叶的从下到上的叶序（phyllotaxy）。
在所述步骤（2）中，获取待检测烟叶的图像的具体方法如下：
以摄像机或照相机与待检测烟叶正面垂直相距80～120cm拍摄，且拍摄时在叶片背后放一黑色背景板，图像采用或转化为JPG格式，2048×1536像素。
一种烟叶成熟度检测装置，该装置包括图像采集单元、数据输入单元、处理控制单元、以及数据输出单元和/或数据存储单元，所述处理控制单元控制所述图像采集单元采集待检测烟叶的图像数据，该处理控制单元从所述图像采集单元获取所采集的图像数据后经运算处理获取其H、S颜色分量值，并通过所述数据输入单元获取待检测烟叶的叶序值后，再由该处理控制单元根据下述计算模型运算得出该待检测烟叶的成熟度等级MD，并送至所述数据输出单元显示和/或数据存储单元存储：
式中，MD-成熟度等级，H/S-烟叶图像的HSV颜色模型中的H与S的比值，f-系数，PHY-可收获烟叶的从下到上的叶序（phyllotaxy）。
所述图像采集单元为照相机、摄像头或摄像机。
所述数据输入单元为键盘和/或读写笔，或者为触摸屏，或者为读写笔和触摸屏。
所述处理控制单元为51系列单片机、AVR单片机、PIC单片机、ARM处理器中的任意一种，或为相匹配的CPU处理器。能够对图像数据进行读取、处理和输出的单片机或处理器均可使用。
所述数据输出单元为显示屏或/和微型打印机。
本发明具有积极有益的效果：
（1）本发明方法及成熟度检测装置通过采集到的烟叶图像来判断烟叶的成熟度，具有田间快速、现场、活体无损测定的优点，实现了成熟度外观标准数字化，可使烟叶成熟的判断直观、量化、操作性强，有利于适时采收并提高初烤烟叶的同质性和烟叶质量。
（2）本发明方法中判断模型参数选用图像HSV颜色模型中的H（色相）和S（饱和度）两个颜色分量的值，而舍弃了V（亮度）分量的值，这样就屏蔽了图像中亮度对模型建立的影响，其优点在于：
①烟叶样本的图像可以直接在田间采集，不需要在实验室中按照特定的光源、特定的焦距等条件进行采集；因为在田间采集烟叶图像的时候，会因天气、光照等因素的影响，得到的图像的亮度是不一样的。在本发明方法中，建立判断模型时通过放弃HSV颜色分量中的V(亮度)分量来排除烟叶图像中亮度对建立模型的影响。
②大大提高了模型的准确度，由于模型中用到了HSV颜色模式中的(H/S)，已经舍弃了烟叶图像V分量的值，这样就降低了由于实验环境中亮度因素对模型的影响。
附图说明
图1为本发明检测结果与比色鉴别法判断结果的相关关系图；
图2为本发明检测结果与化学成分分析法判断结果的相关关系图；
图3为一种烟叶成熟度检测装置的结构原理示意图；
图4为一种烟叶成熟度检测装置的电路原理示意图。
具体实施方式
实施例1 一种烟叶成熟度检测方法，步骤如下：
（1）观察记录待检测烟叶的叶序PHY（phyllotaxy），反映叶片的着生部位；
（2）以照相机获取待检测烟叶的JPG格式图像，对该图像进行处理以建立HSV颜色模式的图像，获取该图像的H、S颜色分量值（可输入计算机通过MATLAB软件来获取）；
（3）根据下式划分待检测烟叶的成熟度等级MD，
式中，MD-成熟度等级，H/S-烟叶图像的HSV颜色模型中的H与S的比值，f-系数，PHY-可收获烟叶的从下到上的叶序（phvllolaxy）。
实施例2 与比色鉴别法相关性验证
2006年在河南农业大学科教园区采集的K 326烟叶叶片，采集烟叶样品50个，由具有丰富经验的技术人员根据比色鉴别法确定其等级，采集成熟等级M0—M4（等级划分参见表1）样品各10个；同时对这些烟叶拍摄图像，并应用实施例1所述的方法确定其成熟度，两种方法所获得的结果见表2。然后对模型计算的成熟度等级与用比色鉴别法判断的等级进行相关性检验，其结果如图1所示。
表1 烟叶成熟度分级标准
| 成熟等级 | 成熟特征 |
| 生叶(M0) | 叶色深绿，未落黄，主支脉全青，茸毛未脱落。 |
| 欠熟、适熟(M1) | 叶色淡绿，刚落黄，主脉2/3 变白，支脉青，茸毛较少脱落。 |
| 尚熟、适熟(M2) | 叶色黄绿，主脉全白，支脉1/3变白，茸毛部分脱落，叶尖略下勾。 |
| 成熟(M3) | 叶色黄，绿少黄多、黄中透白，主脉全白发亮，支脉2/3 变白，茸毛基本或大部分脱落，叶面布满黄斑，叶尖叶缘变白，轻微枯尖焦边，叶尖下勾。 |
| 过熟(M4) | 主支脉全白发亮，叶面黄泡透白，茸毛大部分脱落，叶耳全黄，有较多似赤星病斑块，枯尖焦边。 |
表2 比色鉴别法与本发明方法确定成熟度等级结果对比
实施例3 与化学成分分析法相关性验证
2007年在河南农业大学科教园区采集的K 326烟叶叶片，随机采集烟叶样品80个，使用烟叶化学成分分析法方法确定其等级；同时对这些烟叶拍摄图像，并应用实施例1所述的方法确定其成熟度，两种方法所获得的结果见表3。然后对本发明方法确定的成熟度等级与烟叶化学成分分析法判断的等级进行相关性检验，其结果如图2所示。
表3 化学成分分析法本发明方法确定成熟度等级结果对比
实施例4 一种烟叶成熟度检测装置，参见图3、图4，包括OV7670 CMOS摄像头、键盘、AT89LV51 单片机、通信接口、LCD显示屏、数据存储器、电源，AT89LV51 单片机控制OV7670 CMOS摄像头获取待检测烟叶的图像数据，再将其传输至AT89LV51 单片机处理后获取该烟叶图像的H、S颜色分量值，再通过键盘获取待检测烟叶的叶序值PHY，再由该AT89LV51 单片机根据下述计算模型运算得出该待检测烟叶的成熟度等级MD：
式中，MD-成熟度等级，H/S-烟叶图像的HSV颜色模型中的H与S的比值，f-系数，PHY-可收获烟叶的从下到上的叶序（phyllotaxy）；
再将所得MD信息送至LCD显示屏显示和数据存储器元存储，同时可送微型打印机打印出相应的检测结果，必要时可通过通信接口与计算机建立数据通讯。
实施例5 一种烟叶成熟度检测装置，由照相机、便携式计算机构成，二者之间通过数据通讯线连接，便携式计算内安装有图片数据处理软件及实施例1中所述的运算模型，照相机采集的烟叶图像数据，按照实施例1中所记载的方法即可得出相应的成熟度等级MD。
Claims (7)
1.一种烟叶成熟度检测方法，包括以下步骤：
（1）观察记录待检测烟叶的叶序PHY；
（2）以图像采集单元获取待检测烟叶的图像，并对该图像进行处理以建立或转换为HSV颜色模式的图像，并获取图像的H、S颜色分量值；
（3）根据下式确定待检测烟叶的成熟度等级MD，
式中，MD-成熟度等级，H/S-烟叶图像的HSV颜色模型中的H与S的比值，f-系数，PHY-可收获烟叶的从下到上的叶序。
2.根据权利要求1所述的烟叶成熟度检测方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，获取待检测烟叶的图像的具体方法如下：
以摄像机或照相机与待检测烟叶正面垂直相距80～120cm拍摄，且拍摄时在叶片背后放一黑色背景板，图像采用或转化为JPG格式，2048×1536像素。
3.一种利用权利要求1所述烟叶成熟度检测方法的烟叶成熟度检测装置，其特征在于，该装置包括图像采集单元、数据输入单元、处理控制单元、以及数据输出单元和/或数据存储单元，所述处理控制单元控制所述图像采集单元采集待检测烟叶的图像数据，该处理控制单元从所述图像采集单元获取所采集的图像数据后经运算处理获取其H、S颜色分量值，并通过所述数据输入单元获取待检测烟叶的叶序值后，再由该处理控制单元根据下述计算模型运算得出该待检测烟叶的成熟度等级MD，并送至所述数据输出单元显示和/或数据存储单元存储：
式中，MD-成熟度等级，H/S-烟叶图像的HSV颜色模型中的H与S的比值，f-系数，PHY-可收获烟叶的从下到上的叶序。
4.根据权利要求3所述的烟叶成熟度检测装置，其特征在于，所述图像采集单元为照相机、摄像头或摄像机。
5.根据权利要求3所述的烟叶成熟度检测装置，其特征在于，所述数据输入单元为键盘和/或读写笔，或者为触摸屏，或者为读写笔和触摸屏。
6.根据权利要求3所述的烟叶成熟度检测装置，其特征在于，所述处理控制单元为51系列单片机、AVR单片机、PIC单片机、ARM处理器中的任意一种，或为相匹配的CPU处理器。
7.根据权利要求3所述的烟叶成熟度检测装置，其特征在于，所述数据输出单元为显示屏或/和微型打印机。
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