CN103143513A - 一种青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法，包括摊薄、分选系统和光学识别及剔除系统；摊薄、分选系统包括振槽(1)、除团星辊(2)、接团皮带(3)、接团通道(4)和摊薄皮带(5)；光学识别及剔除系统包括图像处理系统、接烟通道(7)、背景皮带(8)、光学玻璃(9)、LED照明光源(10)、相机(11)和剔除气阀(12)；剔除气阀(12)受控于图像处理系统；剔除气阀(12)动作时，将背景皮带(8)的尾端处的烟叶吹进接烟通道(7)中，剔除气阀(12)未动作时，背景皮带(8)的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中。该青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法易于实施，检测和剔除效率高，自动化程度高。

Description

一种青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法

技术领域

本发明涉及一种青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法。

背景技术

烟草质量对生产出的卷烟质量起着决定性作用，而如何除去原料烟叶中的杂质和低品质烟叶又是烟草质量控制的关键。

目前对于已经存在烟草除杂技术，具体分为两类，第一类是采用机械和风结合，利用烟草与杂物的重量不一致，采用抛落抽风的方法，把与烟叶密度不一致的杂物剔除；如：申请号2010106189466的专利所描述的方法。这种方法的缺点是因为风的不可控性，设备效果不稳定，也无法剔除与烟叶密度近似的杂物和质量比较差的烟叶。

第二类是采用光电技术，通过可见光或者激光，照射烟叶，摄像机对烟叶成像，通过烟叶和杂物的图像不一致，来判别烟叶中的杂物，并且采用气吹的方式，将杂物剔除。如申请号为2010205779334的专利所描述的方式。但是目前对于青烟和霉变烟并没有有效的方法或装置来检测，而青烟和霉变烟又是影响烟叶品质的重要因素，因此，有必要设计一种青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法，该青烟和霉变烟检测及剔除装置及方法易于实施，检测和剔除效率高，自动化程度高。

发明的技术解决方案如下：

一种青烟和霉变烟检测及剔除装置，包括摊薄、分选系统和光学识别及剔除系统；

摊薄、分选系统包括振槽(1)、除团星辊(2)、接团皮带(3)、接团通道(4)和摊薄皮带(5)；振槽(1)的输入端接喂料机，除团星辊(2)为并排设置的多个，前端的除团星辊(2)并位于振槽(1)的出口的下方；后端的除团星辊(2)处设有所述的接团皮带(3)；所述的接团通道(4)位于结团皮带(3)下方并与接团皮带(3)对接，用于接收由结团皮带(3)输出的烟叶结团；所述的摊薄皮带(5)水平设置于除团星辊(2)的下方；

光学识别及剔除系统包括图像处理系统、接烟通道(7)、背景皮带(8)、光学玻璃(9)、LED照明光源(10)、相机(11)和剔除气阀(12)；【本发明的实例中，背景皮带和摊薄皮带为同一个皮带，只是功用不同，前面一段利用速度差将烟叶摊薄，后一段用皮带的背景颜色信息。】

光学玻璃(9)设置在背景皮带(8)上方，LED照明光源(10)及相机(11)位于背景皮带(8)上方；LED照明光源(10)输出的光照射在背景皮带(8)上；相机(11)将采集到的背景皮带(8)上的烟叶图像发送给图像处理系统；剔除气阀(12)及接烟通道(7)均设置在背景皮带(8)的尾端，剔除气阀(12)受控于图像处理系统；剔除气阀(12)动作时，将背景皮带(8)的尾端处的烟叶吹进接烟通道(7)中，剔除气阀(12)未动作时，背景皮带(8)的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中。

所述的相机(11)为N个，N为大于或等于1的整数；每一个相机的左右两侧各配置一个LED照明光源(10)。

LED照明光源(10)采用LED棱镜聚光光源，相机采用三CCD线扫描相机，背景皮带选择蓝色或者品红色。

一种青烟和霉变烟检测及剔除方法，采用前述的青烟和霉变烟检测及剔除装置；

其方法为：使烟叶从喂料机进入振槽(1)，烟叶在振槽(1)的振动下被抖散，且烟叶随着振槽的抖动向后运动并下落至除团星辊(2)中，除团星辊(2)将烟叶中的结团传送至结团皮带(3)并经接团通道(4)排出，完成烟叶的分选(即完成烟团的排除)；非结团的烟叶掉落至摊薄皮带(5)上继续传送；

由LED照明光源(10)提供照明，相机(11)采集背景皮带(8)上的烟叶图像发送给图像处理系统；图像处理系统通过图像处理识别当前烟叶图像对应的烟叶中是否存在青烟和霉变烟，并根据识别结果控制剔除气阀(12)；

(1)如果图像处理系统判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟，剔除气阀(12)不动作，背景皮带(8)上的烟叶下落至正常烟叶通道中；

(2)如果图像处理系统判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，剔除气阀(12)动作，将背景皮带(8)的尾端处的烟叶【剔除气阀(12)动作考虑到烟叶的传送速度，使得提出气阀的动作与图像处理系统对青烟和霉变烟的识别进行匹配】吹进接烟通道(7)中，即完成对青烟和霉变烟的剔除。

图像处理系统根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量小于或等于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟；否则如果当前烟叶图像的H分量大于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟。

特别地，图像处理系统根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，如果当前烟叶图像的H分量不处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶为合格烟叶。

光源须采用可见光波段，可以采用白光或者其他比例混合的混合光。相机采用三CCD线扫描相机。

背景皮带8应选择与青色和灰色对比度较大的颜色，如蓝色或者品红等颜色。

具体工作过程：

烟叶从喂料机到达振槽之后，振槽开始振动，将烟叶抖散为平铺方式；烟叶进入摊薄机构，摊薄机构包括振槽1，除团星辊2，接团皮带3，接团通道4，摊薄皮带5，摊薄机构将烟叶摊薄成单层，如果烟叶中存在霉变结团烟叶，或者存在由于水分过多的结团，则无法掉落到下方的皮带上，会一直输送到摊薄机构后方的皮带上，皮带将大的结团烟叶带出生产线；非结团烟叶进入下一级皮带，进入青、霉烟检测机构，青霉烟检测机构主要由光源、相机、图像处理机构、剔除装置构成，光源照射皮带上的烟叶，相机采集烟叶图像传输到图像处理机构，图像处理机构处理图像数据，识别其中是否存在青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶等。如果存在上述烟叶，则计算烟叶的位置，并且将信息发送给剔除机构，剔除机构包括安装接烟通道7和高压气阀12。当青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶运动到高压气阀喷口处时，高压气阀会喷出气体将青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶喷到接烟通道7。剔除机构在青烟、霉变烟叶等非等级烟叶到达皮带出口位置时，将识别的青烟、霉变烟叶等非等级烟叶剔除。

有益效果：

本发明的青烟和霉变烟检测及剔除装置由以下两个部分构成：摊薄、分选系统和光学识别及剔除系统。针对目前设备无法准确识别青烟和霉变烟的特点，提供一种能准确识别并且剔除烟叶中含有的青烟和霉变烟的设备，有效的解决目前存在的问题。利用光源照射烟叶，相机采集烟叶图像并传输到图像处理机构，图像处理机构处理图像数据，识别其中是否存在青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶等，如果存在再通过剔除系统将之剔除。

图像处理系统处理图像数据，识别其中是否存在青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶等。如果存在上述烟叶，则计算烟叶的位置，并且通知剔除机构，剔除机构在青烟、霉变烟叶等非等级烟叶到达皮带出口位置时，将识别的青烟、霉变烟叶等非等级烟叶剔除。

本发明的核心在于通过除团星辊去除烟叶中的结团，再基于机器视觉的图像识别系统识别出烟叶中的青烟、霉变烟叶，并采用剔除机构将其剔除，本发明的优点如下：

一、能够快速实时的检测出青烟和霉变烟并加以剔除；

二、可以适应大流量的生产状况并实时检测剔除，适用于流水线作业；

三、剔除准确，带出的正常叶数量较少；

四、与目前人工方法剔除青烟和霉变烟相比，大大提高了剔除效率，缩短了劳动时间；

五、易损件较少，平时维护成本较低；

六、可以与现有的其他烟草除杂系统结合使用，使得各种技术的优点得以结合。

附图说明

图1为青、霉检测系统布局图；

图2为青、霉检测系统布置正视简图；

图3为青、霉检测系统光学识别部分侧视简图；

图4为合格烟叶的HIS分布；

图5为青烟烟叶的HIS分布；

标号说明：1-振槽；2-除团星辊；3-接团皮带；4-接团通道；5-摊薄皮带；6-青、霉检测系统；7-接烟通道；8-背景皮带；9-密封用光学玻璃；10-LED照明光源；11-相机；12-剔除气阀；13-正常烟叶通道。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

一种青烟和霉变烟检测及剔除装置，包括摊薄、分选系统和光学识别及剔除系统；

摊薄、分选系统包括振槽(1)、除团星辊(2)、接团皮带(3)、接团通道(4)和摊薄皮带(5)；振槽(1)的输入端接喂料机，除团星辊(2)为并排设置的多个，前端的除团星辊(2)并位于振槽(1)的出口的下方；后端的除团星辊(2)处设有所述的接团皮带(3)；所述的接团通道(4)位于结团皮带(3)下方并与接团皮带(3)对接，用于接收由结团皮带(3)输出的烟叶结团；所述的摊薄皮带(5)水平设置于除团星辊(2)的下方；

光学识别及剔除系统包括图像处理系统、接烟通道(7)、背景皮带(8)、光学玻璃(9)、LED照明光源(10)、相机(11)和剔除气阀(12)；【本发明的实例中，背景皮带和摊薄皮带为同一个皮带，只是功用不同，前面一段利用速度差将烟叶摊薄，后一段用皮带的背景颜色信息。】

光学玻璃(9)设置在背景皮带(8)上方，LED照明光源(10)及相机(11)位于背景皮带(8)上方；LED照明光源(10)输出的光照射在背景皮带(8)上；相机(11)将采集到的背景皮带(8)上的烟叶图像发送给图像处理系统；剔除气阀(12)及接烟通道(7)均设置在背景皮带(8)的尾端，剔除气阀(12)受控于图像处理系统；剔除气阀(12)动作时，将背景皮带(8)的尾端处的烟叶吹进接烟通道(7)中，剔除气阀(12)未动作时，背景皮带(8)的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中。

所述的相机(11)为N个，N为大于或等于1的整数；每一个相机的左右两侧各配置一个LED照明光源(10)。

LED照明光源(10)采用LED棱镜聚光光源，相机采用三CCD线扫描相机，背景皮带选择蓝色或者品红色。

一种青烟和霉变烟检测及剔除方法，采用前述的青烟和霉变烟检测及剔除装置；

其方法为：使烟叶从喂料机进入振槽1，烟叶在振槽1的振动下被抖散，且烟叶随着振槽的抖动向后运动并下落至除团星辊2中，除团星辊2将烟叶中的结团传送至结团皮带3并经接团通道4排出，完成烟叶的分选(即完成烟团的排除)；非结团的烟叶掉落至摊薄皮带5上继续传送；

由LED照明光源10提供照明，相机11采集背景皮带8上的烟叶图像发送给图像处理系统；图像处理系统通过图像处理识别当前烟叶图像对应的烟叶中是否存在青烟和霉变烟，并根据识别结果控制剔除气阀12；

(1)如果图像处理系统判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟，剔除气阀12不动作，背景皮带8上的烟叶下落至正常烟叶通道中；

(2)如果图像处理系统判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，剔除气阀12动作，将背景皮带8的尾端处的烟叶【剔除气阀12动作考虑到烟叶的传送速度，使得提出气阀的动作与图像处理系统对青烟和霉变烟的识别进行匹配】吹进接烟通道7中，即完成对青烟和霉变烟的剔除。

图像处理系统根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量小于或等于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟；否则如果当前烟叶图像的H分量大于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟。

图像处理系统根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，如果当前烟叶图像的H分量不处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶为合格烟叶。

实施例1：

如图1-5，青烟和霉变烟检测及剔除装置由以下两个部分构成：

一、摊薄分选系统；

二、光学识别及剔除系统。

其中摊薄、分选系统主要包括：振槽1、除团星辊2、接团皮带3、接团通道4、摊薄皮带5。

光学识别及剔除系统主要包括：青、霉检测系统6、接烟通道7、背景皮带8、密封用光学玻璃9、LED照明光源10、相机11、剔除气阀12。

装置连接方式：如图1为青、霉检测系统正视图，装置左侧为振槽1，水平放置(此处可以是水平或者倾斜，振槽的工作原理是振槽不断抖动，烟叶会随着振槽的抖动向前运动，振槽的主要作用是将烟叶抖散，将一些烟叶团抖开)，振槽1右侧放置除团星辊2，如图1，除团星辊2位于振槽1下方，第一个星辊中央位于振槽1出口处下方，除团星辊2下方依次是接团皮带3和背景皮带8，接团皮带3垂直于纸面所在的平面，背景皮带8位置与振槽1和除团星辊2平行，背景皮带8右侧连接光学识别及剔除系统。

在光学识别及剔除系统中，CCD摄像机11位于最上方，根据背景皮带8的宽度或者说是烟叶的流量可安装一个或者多个摄像机。安装多个相机时可以在垂直于纸面方向并排安装，安装相机时每个相机扫描芯片垂直于背景皮带8运动方向。相机11下方安装大功率照明光源10，光源长度比背景皮带8略长，安装光源方向与相机排列方向平行。

光源设置角度时应该能照亮背景皮带上的烟叶，并且相机两侧各安装一个光源，使得照明无阴影。

在光源下方安装密封用光学玻璃9，此玻璃需要有较好的透光性能，距离背景皮带10cm的正上方。

背景皮带右上方安装剔除气阀，位置比背景皮带略高，喷气方向朝皮带方向45度斜向下，然后在喷气方向上安装接烟通道7，使得被气体喷到的烟叶进入接烟通道7，而正常的烟叶抛物线下落，从正常烟叶通道13进入下级机构。

具体实施方式1

光源选择：LED散射光源的效果良好，同时，可以通过电流控制光源的亮度，但是LED的亮度不行，高亮时发热量大。通过水冷方式冷却后，虽然衰减减慢，基本也要每1年更换一次。为了解决这个问题，采用大功率LED棱镜聚光光源。采用大功率LED棱镜聚光光源，可以将散射的光源汇聚在20mm宽度的线条山，因此，光源的强度大大增加，在聚焦面上可以达到30000lux，可以达到普通荧光灯亮度的3-4倍，可以达到LED散射光源最高亮度的2倍以上。

光源采用恒流源控制，那么光源的亮度，可以通过电路上的单片机来调节，电流大，亮度大，电流小，亮度小。

摄像机采用国外进口的3CCD线扫描摄像机，其中，可见光下感光度从380nm到650nm，，像素为2048。

青霉烟检测机构主要由光源、相机、图像处理机构、剔除装置构成，光源照射皮带上的烟叶，相机采集烟叶图像传输到图像处理机构，图像处理机构处理图像数据，识别其中是否存在青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶等。如果存在上述烟叶，则计算烟叶的位置，并且通信给剔除机构，剔除机构包括接烟通道7和气阀12。剔除机构在青烟、霉变烟叶等非等级烟叶到达皮带出口位置时，将识别的青烟、霉变烟叶等非等级烟叶剔除，即当青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶运动到高压气阀喷口处时，高压气阀会喷出气体将青烟、霉变烟叶以及非等级烟叶喷到接烟通道7。

烟叶的颜色主要是红色和黄色的结合，色调区间在0-90度左右，青色在180度范围左右，因此采用色调来区分合格烟叶和青烟，有很好的效果。实际烟叶的测试结果如图4所示。

从图4可以看出，合格烟叶图像的H分量，H分量表示图像的色调，基本分布在60度以下，分布的峰值在20度左右，左右偏差5度。

在同样的条件下对青烟的图像进行拍摄，得到如图5所示的结果，从图5可以看出，青烟的色调(H)值主要分布在180度左右，以180度为中心峰值，左右分布，60度以上，也有一部分分布，这是因为青烟还是含有一部分合格烟叶的颜色以及存在背景的干扰。由此可见，二者可以在HIS空间有效的加以区别。

Claims (6)

1.一种青烟和霉变烟检测及剔除装置，其特征在于，包括摊薄、分选系统和光学识别及剔除系统；

摊薄、分选系统包括振槽(1)、除团星辊(2)、接团皮带(3)、接团通道(4)和摊薄皮带(5)；振槽(1)的输入端接喂料机，除团星辊(2)为并排设置的多个，前端的除团星辊(2)并位于振槽(1)的出口的下方；后端的除团星辊(2)处设有所述的接团皮带(3)；所述的接团通道(4)位于结团皮带(3)下方并与接团皮带(3)对接，用于接收由结团皮带(3)输出的烟叶结团；所述的摊薄皮带(5)水平设置于除团星辊(2)的下方；

光学识别及剔除系统包括图像处理系统、接烟通道(7)、背景皮带(8)、光学玻璃(9)、LED照明光源(10)、相机(11)和剔除气阀(12)；

光学玻璃(9)设置在背景皮带(8)上方，LED照明光源(10)及相机(11)位于背景皮带(8)上方；LED照明光源(10)输出的光照射在背景皮带(8)上；相机(11)将采集到的背景皮带(8)上的烟叶图像发送给图像处理系统；剔除气阀(12)及接烟通道(7)均设置在背景皮带(8)的尾端，剔除气阀(12)受控于图像处理系统；剔除气阀(12)动作时，将背景皮带(8)的尾端处的烟叶吹进接烟通道(7)中，剔除气阀(12)未动作时，背景皮带(8)的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中。

2.根据权利要求1所述的青烟和霉变烟检测及剔除装置，其特征在于，所述的相机(11)为N个，N为大于或等于1的整数；每一个相机的左右两侧各配置一个LED照明光源(10)。

3.根据权利要求2所述的青烟和霉变烟检测及剔除装置，其特征在于，LED照明光源(10)采用LED棱镜聚光光源，相机采用三CCD线扫描相机，背景皮带选择蓝色或者品红色。

4.一种青烟和霉变烟检测及剔除方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的青烟和霉变烟检测及剔除装置；

其方法为：使烟叶从喂料机进入振槽(1)，烟叶在振槽(1)的振动下被抖散，且烟叶随着振槽的抖动向后运动并下落至除团星辊(2)中，除团星辊(2)将烟叶中的结团传送至结团皮带(3)并经接团通道(4)排出，完成烟叶的分选；非结团的烟叶掉落至摊薄皮带(5)上继续传送；

由LED照明光源(10)提供照明，相机(11)采集背景皮带(8)上的烟叶图像发送给图像处理系统；图像处理系统通过图像处理识别当前烟叶图像对应的烟叶中是否存在青烟和霉变烟，并根据识别结果控制剔除气阀(12)；

(1)如果图像处理系统判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟，剔除气阀(12)不动作，背景皮带(8)上的烟叶下落至正常烟叶通道中；

(2)如果图像处理系统判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，剔除气阀(12)动作，将背景皮带(8)的尾端处的烟叶吹进接烟通道(7)中，即完成对青烟和霉变烟的剔除。

5.根据权利要求4所述的青烟和霉变烟检测及剔除方法，其特征在于，图像处理系统根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量小于或等于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟；否则如果当前烟叶图像的H分量大于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟。

6.根据权利要求4所述的青烟和霉变烟检测及剔除方法，其特征在于，图像处理系统根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，如果当前烟叶图像的H分量不处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶为合格烟叶。

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