CN103148791A - 一种测定烟梗结构及其分布的方法 - Google Patents

Abstract

一种测定烟梗结构及其分布的方法，经过取样、样品离散化、采集烟梗图像、图像拼接、计算每根烟梗的数据、计算烟梗长度、测定粗梗、统计烟梗结构数据、统计烟梗任意长度区间和宽度区间的百分比及累积百分比，由长梗率、粗梗率及相应的累积百分比数据确定烟梗的结构及其分布。本发明可以实时、快速、准确的测量出每根烟梗的长度和宽度，得到测试样本全部烟梗的外形结构详细数据。通过每一根烟梗一一对应的明细数据可以得到任意长度区间的长梗率和任意宽度区间的粗梗率，不仅得到长梗率参数，还可得到粗梗率参数，能够全面描述烟梗结构的分布特征。

Description

一种测定烟梗结构及其分布的方法

技术领域

本发明属于烟草加工中的物料检测技术领域，具体涉及在烟草加工过程中测量烟梗结构及其分布状况的方法。

背景技术

烟梗的结构是影响梗丝质量的一项重要指标，进而影响卷烟制品的质量。目前烟梗结构主要靠人工抽样用钢尺测量其长度，从样品中挑出长度大于20mm的烟梗称重，然后用样本总重量除以长度大于20mm的烟梗重量的百分比作为烟梗的长梗率，从样品中挑出宽度大于4mm的烟梗称重，然后用样本总重量除以宽度大于4mm的烟梗重量的百分比作为烟梗的长粗梗率。该表述方法仅能表明大于某一长度或宽度的烟梗所占比例，不能准确描述不同长度区间烟梗的分布情况及均匀性。另外，烟梗的形状千姿百态，人工采用钢尺测量存在较大的误差，许多不规则的形状很难精确测量。申请号为201110196819.6的中国专利申请公开了利用图像分析法测定烟梗长梗率的方法，其对烟梗长度的计算仅采用最小外接矩形的长度来作为烟梗的长度，对于弯曲的烟梗计算有较大的误差。另外，在测试的结果方面仅给出长度大于20mm的烟梗长度和占总烟梗长度和的百分比作为长梗率，特征描述不够全面。

要用数学统计的方法对测量的数据进行进一步的处理，使其可以表征任意结构的烟梗分布特性。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术存在的不足，提出一种测定烟梗结构及其分布的方法，以获得烟梗任意长度区间和宽度区间的数据，全面描述烟梗结构特征。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种测定烟梗结构及其分布的方法，其特征在于，方法如下： 

a)取样：在待检测的烟梗物料中取烟梗样品；

b)样品离散化：将烟梗样品置于离散装置上进行摊铺，使烟梗呈完全离散化状态；

c)采集烟梗图像：利用图像获取装置采集得到离散化的烟梗图像并传送至图像处理系统；

d)图像拼接：图像处理系统图像联通域标记方法，检测相邻的图像中是否有横跨两幅的烟梗，并将横跨两幅的烟梗转移拼接到下一幅图像中； 

e)计算每根烟梗的数据：图像处理系统对每根烟梗的图像进行二值化处理和联通域处理，计算得到每根烟梗的投影面积A0、投影周长L以及每根烟梗的最小外接矩形的长度a、宽度b、面积A，并设定每根烟梗的最小外接矩形的长度a大于宽度b；

f)计算烟梗长度：图像处理系统采用矩形度系数T描述每根烟梗的弯曲程度，矩形度系数T=烟梗的投影面积A0/烟梗的最小外接矩形的面积A；T值越接近1烟梗越直，T值越远离1烟梗越弯曲；设定一个阀值S，0<S<1 ；对于T值大于S值的烟梗，其长度等于最小外接矩形的长度；对于T值小于S值的烟梗，其长度等于烟梗投影周长的二分之一；

g)测定粗梗：对矩形度系数T大于阀值S的烟梗，图像处理系统进一步检测其最小外接矩形的宽度b，如果最小外接矩形的宽度b大于粗梗的阀值W，4mm<W<8mm，则认定该烟梗为粗梗；

h)统计烟梗结构数据：统计每一根烟梗的投影面积AO、投影周长L、最小外接矩形的长度a、宽度b；

i)统计烟梗任意长度区间和宽度区间的百分比及累积百分比：利用步骤h）统计得到的烟梗结构数据，分别设定任意长度区间和宽度区间的上限值和下限值，就可以得到任意区间的长梗率及粗梗率，将相应区间的数据累加就可得到累积百分比，由长梗率、粗梗率及相应的累积百分比数据确定烟梗的结构及其分布。

本发明上述步骤b)所述离散装置包括沿物料流向依次设置的低速皮带输送机、振动输送机、中速皮带输送机、高速皮带输送机以及设置在低速皮带输送机出料端上方的粑钉辊；所述样品离散化是将烟梗样品依次通过低速皮带输送机、粑钉辊、振动输送机、中速皮带输送机、高速皮带输送机，将烟梗逐渐摊铺至呈完全离散化状态；图像获取装置在高速皮带输送机的出料端将离散化后的烟梗扫描成图像并传至图像处理系统。步骤c) 采集离散化的烟梗图像时，图像获取装置的扫描线长度等于高速皮带输送机的皮带宽度，相机扫描线与高速皮带输送机的出料端的水平距离为5mm～15mm。

本发明所述低速皮带输送机的输送速度范围为0.005m/s～0.025m/s并且可变频调速，中速皮带输送机的输送速度范围为1m/s～1.5m/s，高速皮带输送机的输送速度范围为2m/s～3m/s。

本发明可以实时、快速、准确的测量出每根烟梗的长度和宽度，得到测试样本全部烟梗的外形结构详细数据。通过每一根烟梗一一对应的明细数据可以得到任意长度区间的长梗率和任意宽度区间的粗梗率，不仅得到长梗率参数，还可得到粗梗率参数，能够全面描述烟梗结构的分布特征。

附图说明

图1为本发明利用离散装置进行样品离散化的一种实施例的示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明利用离散装置进行样品离散化的另一种实施例的示意图； 

图4-1 为需要拼接的第一幅图烟梗示意；

图4-2为需要拼接的第二幅图烟梗示意图；

图4-3为本发明进行图像拼接后的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明测定烟梗结构及其分布的方法具体如下： 

a)取样：从待检测的烟梗输送皮带上的烟梗物料中取烟梗样品。为保证取样的代表性，截取整个输送截面上的烟梗作为测试样；

b)样品离散化：将烟梗样品置于如图1、图2或图3所示的离散装置上进行摊铺，使烟梗呈完全离散化状态。

图1、图2所示的离散装置，包括沿物料输送方向依次设置的低速皮带输送机1、振动输送机3、中速皮带输送机4和高速皮带输送机5。在低速皮带输送机出料端上方设置粑钉辊2。在振动输送机的进料段设置相互交错的水平粑钉组3a和垂直粑钉组3b。粑钉辊2是整个装置的关键部件，其设置可避免低速皮带输送机落料时出现堆状物料的下落即“雪崩”现象。可在低速皮带输送机1的中部增设一个粑钉辊即可将人工铺料变为自动铺料。低速皮带输送机1、振动输送机3、中速皮带输送机4和高速皮带输送机5可如图1所示相互平行且位于不同的高度层面。低速皮带输送机1设置于顶层，在低速皮带输送机出料端上方设置有粑钉辊2，粑钉辊2由独立的减速电机驱动，粑钉辊的旋转方向与低速皮带输送机1的出料方向相对。振动输送机3设置于低速皮带输送机下方且输送方向与低速皮带输送机的输送方向相反，振动输送机3的进料段位于低速皮带输送机的出料端下方，在振动输送机的进料段设置有相互交错的水平粑钉组3a和垂直粑钉组3b；水平粑钉组3a安装于振动输送机3的振槽3c上并位于粑钉辊2的正下方，垂直粑钉组3b安装于机架上，水平粑钉组3a和垂直粑钉组3b相互垂直且耙钉交错布置。振动输送机的设置主要是为了将从低速皮带输送机落下的物料往槽体宽度方向摊开，使物料尽量充满整个槽体宽度。中速皮带输送机4设置于振动输送机3下方且输送方向与振动输送机的输送方向相反，中速皮带输送机4的进料段位于振动输送机3出料端下方；高速皮带输送机5接在中速皮带输送机4的后端且高速皮带输送机5的进料段位于中速皮带输送机4的出料端下方，高速皮带输送机5与中速皮带输送机4的输送方向相同。

低速皮带输送机1、振动输送机3、中速皮带输送机4、高速皮带输送机5的布局方式也可如图3所示由上下布局变为沿物料输送方向的前后顺序布局方式。

低速皮带输送机采用减速电机直接轴装驱动，并且可变频调速，其输送速度范围为0.005m/s～0.025m/s，低速的目的是为了限制流量，这点是整个装置的核心，只有把待检测烟片或烟梗样品分配在一定时间段内均匀通过低速皮带输送机，才能保证后续设备进一步逐级离散的要求。振动输送机3的水平输送速度范围为0.25m/s～0.35m/s。中速皮带输送机4的输送速度范围为1m/s～1.5m/s。高速皮带输送机5的输送速度范围为2m/s～3m/s。

工作时，将待检的烟片或烟梗样品通过人工方式均匀铺满低速皮带输送机1的整个带面，此时物料有一定的层厚，启动整个离散装置，物料流向沿图中箭头所示首先从低速皮带输送机1逐渐下落至振动输送机3，从低速皮带输送机落下的物料首先接触水平粑钉组，然后在振动作用下，部分落入振槽，其余继续振动前行，与垂直粑钉组接触后再落入振槽。由于低速皮带输送机1与振动输送机3之间存在10～70倍的巨大速差，加之有粑钉辊2、水平粑钉组3a、垂直粑钉组3b的辅助松散摊铺作用，使得落下的物料通过振动输送机3的进一步作用后，横向和纵向均得到摊铺，到达槽体3c的后端时已基本完全离散，呈单层化状态，仅有少量烟叶仍存在搭接现象，再经过后续中速皮带输送机4、高速皮带输送机5两级加速后，物料在纵向继续得到摊薄，最终物料完全得到离散，满足后续采集烟梗图像的要求。

c)采集烟梗图像：利用图像获取装置7采集得到离散化的烟梗图像。图像获取装置可为各类数字相机或摄像机。本实施例采用LED光源6和3CCD的线扫描相机，将离散化后的烟梗在高速皮带输送机5的皮带出口处扫描成图像并传至图像处理系统8。采集离散化的烟梗图像时，图像获取装置的扫描线长度等于高速皮带输送机的皮带宽度，以减少图像在宽度方向的拼接运算。线扫描相机发出的的垂直扫描线与高速皮带输送机的出料端的水平距离为5mm～15mm，以消除皮带作为背景对图像的干扰。 

d)图像拼接：图像处理系统8采用图像联通域标记方法，检测相邻的图像中是否有横跨两幅的烟梗，并将横跨两幅的烟梗转移拼接到下一幅图像中。具体如图4-1、图4-2、图4-3所示，如果检测到相邻的两幅图像中有横跨两幅图像的烟梗9，就将图4-1的烟梗9a截取转移拼接到图4-2中的烟梗9b上。在图像处理系统8可查看采集到的原始图像和二值化图像。

e)计算每根烟梗的数据：图像处理系统8对每根烟梗的图像进行滤波、二值化处理和联通域处理，计算得到每根烟梗的投影面积A0、投影周长L以及每根烟梗的最小外接矩形的长度a、宽度b、面积A，并设定每根烟梗的最小外接矩形的长度a大于宽度b。

f)计算烟梗长度：图像处理系统8采用矩形度系数T描述每根烟梗的弯曲程度，矩形度系数T=烟梗的投影面积A0/烟梗的最小外接矩形的面积A；T值越接近1烟梗越直，T值越远离1烟梗越弯曲；设定一个阀值S，0<S<1 ；对于T值大于S值的烟梗，其长度等于最小外接矩形的长度；对于T值小于S值的烟梗，其长度等于烟梗投影周长的二分之一即L/2。

g)测定粗梗：对矩形度系数T大于阀值S的烟梗，图像处理系统8进一步检测其最小外接矩形的宽度b，如果最小外接矩形的宽度b大于粗梗的阀值W ，4mm<W<8mm，则认定该烟梗为粗梗；

h)统计烟梗结构数据：统计每一根烟梗的投影面积AO、投影周长L、最小外接矩形的长度a、宽度b；

i)统计烟梗任意长度区间和宽度区间的百分比及累积百分比：利用步骤h）统计得到的烟梗结构数据，分别设定任意长度区间和宽度区间的上限值和下限值，就可以得到任意区间的长梗率及粗梗率，将相应区间的数据累加就可得到累积百分比，由长梗率、粗梗率及相应的累积百分比数据确定烟梗的结构及其分布。

如上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以此限定本发明的范围，即依本发明专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种测定烟梗结构及其分布的方法，其特征在于，方法如下： 

a) 取样：在待检测的烟梗物料中取烟梗样品；

b) 样品离散化：将烟梗样品置于离散装置上进行摊铺，使烟梗呈完全离散化状态；

c) 采集烟梗图像：利用图像获取装置（7）采集得到离散化的烟梗图像并传送至图像处理系统（8）；

d) 图像拼接：图像处理系统（8）采用图像联通域标记方法，检测相邻的图像中是否有横跨两幅的烟梗，并将横跨两幅的烟梗转移拼接到下一幅图像中； 

e) 计算每根烟梗的数据：图像处理系统（8）对每根烟梗的图像进行二值化处理和联通域处理，计算得到每根烟梗的投影面积A0、投影周长L以及每根烟梗的最小外接矩形的长度a、宽度b、面积A，并设定每根烟梗的最小外接矩形的长度a大于宽度b；

f) 计算烟梗长度：图像处理系统（8）采用矩形度系数T描述每根烟梗的弯曲程度，矩形度系数T=烟梗的投影面积A0/烟梗的最小外接矩形的面积A；T值越接近1烟梗越直，T值越远离1烟梗越弯曲；设定一个阀值S，0<S<1 ；对于T值大于S值的烟梗，其长度等于最小外接矩形的长度；对于T值小于S值的烟梗，其长度等于烟梗投影周长的二分之一；

g) 测定粗梗：对矩形度系数T大于阀值S的烟梗，图像处理系统（8）进一步检测其最小外接矩形的宽度b，如果最小外接矩形的宽度b大于粗梗的阀值W ，4mm<W<8mm，则认定该烟梗为粗梗；

h) 统计烟梗结构数据：统计每一根烟梗的投影面积AO、投影周长L、最小外接矩形的长度a、宽度b；

i) 统计烟梗任意长度区间和宽度区间的百分比及累积百分比：利用步骤h）统计得到的烟梗结构数据，分别设定任意长度区间和宽度区间的上限值和下限值，就可以得到任意区间的长梗率及粗梗率，将相应区间的数据累加就可得到累积百分比，由长梗率、粗梗率及相应的累积百分比数据确定烟梗的结构及其分布。

2.根据权利要求1所述的一种测定烟梗结构及其分布的方法，其特征在于，上述步骤b)所述离散装置包括沿物料流向依次设置的低速皮带输送机(1)、振动输送机(3)、中速皮带输送机(4)、高速皮带输送机(5) 以及设置在低速皮带输送机(1)出料端上方的粑钉辊(2)；所述样品离散化是将烟梗样品依次通过低速皮带输送机(1) 、粑钉辊(2)、振动输送机(3)、中速皮带输送机(4)、高速皮带输送机(5)，将烟梗逐渐摊铺至呈完全离散化状态；图像获取装置（7）在高速皮带输送机（5）的出料端将离散化后的烟梗扫描成图像并传至图像处理系统（8）。

3.根据权利要求2所述的一种测定烟梗结构及其分布的方法，其特征在于，所述低速皮带输送机的输送速度范围为0.005m/s～0.025m/s并且可变频调速，中速皮带输送机的输送速度范围为1m/s～1.5m/s，高速皮带输送机的输送速度范围为2m/s～3m/s。

4.根据权利要求2所述的一种测定烟梗结构及其分布的方法，其特征在于，上述步骤c) 采集离散化的烟梗图像时，图像获取装置的扫描线长度等于高速皮带输送机的皮带宽度，相机扫描线与高速皮带输送机的出料端的水平距离为5mm～15mm。

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