CN103292713A - 烟丝宽度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟丝宽度测量装置及方法，包括有承载平台、夹持器，承载平台的一端的中部垂直设有一根支柱，支柱的顶端固定有横梁，横梁上固定有CCD相机，CCD相机的镜头面向承载平台，承载平台的中部固定有升降台，升降台的两侧设有一对导轨，两导轨上置有夹持器，夹持器包括有与导轨滑动配合安装的滑板、载物板、玻璃压片，支柱的中部固定有一横杆，横杆的两端分别固定有灯架，灯架上设有一排LED灯；CCD相机中的图像采集卡连接计算机，计算机内置有烟丝图像分析算法，计算机通过外部接口控制连接LED灯。本发明为烟丝宽度测量提供了一种自动化的测量手段，大幅提高了检测效率，减少了人工测量时引入的人为误差，提高了检测精度。

Description

烟丝宽度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及烟丝检测领域，具体涉及一种烟丝宽度测量装置及方法。

背景技术

近年来，由于卷烟工业的飞速发展和人民生活水平的提高，烟草行业对产品安全质量检测提出了更高的要求。在卷烟生产过程中，烟丝宽度与烟丝填充密度直接相关，对烟柱的坚实度、压降、燃烧速率和烟气产生量都有影响，烟丝宽度与卷烟的空头率和端部落丝量也有较强的相关性，直接影响卷烟品质。在降焦减害的大环境下，为了减少烟气产生量，烟草行业提出了减轻烟丝重量，降低烟丝密度，但又要保持适宜的卷烟坚实度的要求。为了控制相关指标，烟丝宽度逐渐成为烟草质量检测机构和卷烟厂质量控制部门的必检项目。本专利基于计算机视觉技术，提出一种烟丝宽度自动化测定方法及装置。

加强烟丝宽度的质量控制是各卷烟生产企业的普遍要求，但是目前尚没有烟丝宽度测量方法的统一标准，各企业或检测机构采用的测量手段和工具差异较大，测量精度也没有统一规定，各企业或检测机构间数据可比性较差。经过调研发现，卷烟生产企业都制定了关于烟丝宽度测量的企业标准，其中一些企业由于没有足够的实验设计和分析能力，其制定的烟丝宽度测定方法企业标准还不够完善，甚至存在一些问题，给卷烟产品的质量埋下了隐患。而以计算机视觉技术为测量方法的自动化检测方法尚未见报导。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于计算机视觉技术的的烟丝宽度测量装置及方法，该方法利用计算机视觉技术，通过采集一定照明方式下的样品图像，经过必要的图像预处理和图像分析，最终实现烟丝宽度的测量。

本发明中计算机视觉技术，主要包括计算机技术、数字成像技术，图像处理技术，图像分析技术、图像测量技术，该技术将输入的待测图像，经过一系列加工处理，及信息提取，输出用户感兴趣的信息，以达到测量的目的，具有智能化、效率高等优点；该技术用于烟丝宽度测量时，通过编程和必要的人为干预，可以实现烟丝宽度的快速、准确测量，解决了烟丝宽度质量检测中的实际问题。

本发明采用的技术方案是：

一种烟丝宽度测量装置，其特征在于：包括有承载平台、夹持器，承载平台的一端的中部垂直设有一根支柱，支柱的顶端固定有横梁，横梁上固定有CCD相机，CCD相机的镜头面向承载平台，承载平台的中部固定有升降台，升降台的两侧设有一对导轨，两导轨上置有夹持器，夹持器包括有与导轨滑动配合安装的滑板、载物板、玻璃压片，滑板的两侧分别安装有推动杆，滑板上设有载物板，载物板上铰接有保持架，保持架为一个中部镂空的框架，保持架的中部嵌入有玻璃压片，支柱的中部固定有一横杆，横杆的两端分别固定有灯架，灯架上设有一排LED灯，两灯架上的LED灯相对设置；CCD相机中的图像采集卡连接计算机，计算机内置有烟丝图像分析算法，计算机通过外部接口控制连接LED灯。

所述的一种烟丝宽度测量装置，其特征在于：所述的保持架与载物板分别开有一个位置对应的螺纹孔，保持架与载物板通过贯穿两螺纹孔的紧固螺丝固定。

一种基于烟丝宽度测量装置的测量方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）开启装置电源，启动计算机中的烟丝图像分析算法软件；

（2）取出夹持器，翻开玻璃压片，放置待测样品；

（3）合上玻璃压片并用紧固螺丝旋紧，将夹持器置于导轨上，推入视场中心位置；

（4）点击计算机中软件界面测量按钮，开始测量；

（5）CCD相机获取待测样品的数字图像，采集到的数字图像通过以太网接口传输到计算机中的图像处理模块，图像处理模块接收到数字图像并对其进行图像分析算法处理；图像处理模块包含相机标定程序，可以标定单个像素对应视场的实际尺寸，在图像处理模块中用待测样品对应的像素个数乘以单个像素对应视场的实际尺寸，即可获得待测样品图像对应的实际尺寸；图像分析算法的具体处理流程如下：

1）优化、增强计算机获取的原始图像，滤除原始图像中的噪声、背景等无用信息，通过图像的二值化，降低图像的复杂度；

2）采用连通算法对图像中的烟丝进行提取和标记；

3）采用边缘提取算法，从图像中提取出烟丝图像的边缘；

4）采用直线提取算法，从边缘图像中提取满足一定条件的直线段，提取出的直线段对应这烟丝的切口位置；

5）对提取出的直线段按照特定的要求进行配对，要求配对成功的线段对对应着同一段烟丝两侧的切口；

6）通过计算线段对之间的距离实现烟丝宽度的测量；

计算机中的信息处理模块负责采集图像处理模块的输出结果，并控制照明光源LED灯，并由信息处理模块输出测量结果；

（6）测量结束，取出夹持器，清理待测样品；

（7）测量完成后，如需测量下一个样品重复步骤（2）～（6）；

（8）退出烟丝图像分析算法软件，关闭设备电源，将夹持器放回初始位置。

本发明的整个测量装置的置于一金属外壳这，为检测系统提供封闭的光环境。本发明中将试样经过适当的照明、镜头变换、光电信号转换，从而获得图像的数字信号，并输出。本发明装置采用CCD相机的面阵尺寸为1/2.5寸，帧率为30fps，使用RGB24作为图像输出格式，采用以太网作为数字图像的传输方式；装置中采用的成像镜头能够实现将视场宽为50mm范围内的图像变换到尺寸为1/1.8寸的CCD图像采集面阵上，其工作距离为300mm，焦距为25mm；装置中采用恒流LED照明光源，实现视场内稳定的照明光强。

本发明中所述的图像处理模块指存在于计算机中的图像处理算法，该模块从以太网口读取相机采集到的数字图像，经过必要的滤波降噪等前期处理，再通过图像相关处理算法，实现待测区域的提取，从而获得试样的宽度信息，单位为“毫米”。

本发明中在采集图像前，将烟丝置于夹持器里并紧固，然后将夹持器置于导轨上，手动推入视场中心位置。

本发明中所述的信息处理模块指在封闭光环境下采集经过光照的图像信息，经过图像相关算法处理得到定量值。该模块还用于保存和查询测量结果、编号、等试样信息，其主要功能通过软件编程实现。

本发明的工作原理如下：本发明在特定的照明条件下获取烟丝图像信息，通过图像预处理算法获取烟丝的二值化图像，通过边缘提取算法获取烟丝边缘，通过直线提取算法获取烟丝切口位置的直线对，最终通过尺度测量，实现烟丝宽度的测量。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的测量方法和装置为烟丝宽度测量提供了一种自动化的测量手段，大幅提高了检测效率，减少了人工测量时引入的人为误差，提高了检测精度。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的图像分析算法示意图。

图3是本发明的机械结构示意图。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述。这些实施例仅用于说明本发明而用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1、2、3所示。一种烟丝宽度测量装置，包括有承载平台1、夹持器，承载平台1的一端的中部垂直设有一根支柱2，支柱2的顶端固定有横梁3，横梁3上固定有CCD相机4，CCD相机4的镜头5面向承载平台1，承载平台1的中部固定有升降台6，升降台6的两侧设有一对导轨7，两导轨7上置有夹持器，夹持器包括有与导轨7滑动配合安装的滑板8、载物板9、玻璃压片10，滑板8的两侧分别安装有推动杆11，滑板8上设有载物板9，载物板9上铰接有保持架12，保持架12为一个中部镂空的框架，保持架12的中部嵌入有玻璃压片10，支柱2的中部固定有一横杆13，横杆13的两端分别固定有灯架14，灯架14上设有一排LED灯15，两灯架14上的LED灯15相对设置；CCD相机4中的图像采集卡18连接计算机17，计算机17内置有烟丝图像分析算法20，计算机通过外部接口19控制连接LED灯15。

保持架12与载物板9分别开有一个位置对应的螺纹孔，保持架12与载物板9通过贯穿两螺纹孔的紧固螺丝16固定。

一种基于烟丝宽度测量装置的测量方法，包括有以下步骤：

（1）开启装置电源，启动计算机17中的烟丝图像分析算法软件；

（2）取出夹持器，翻开玻璃压片10，取10根长度在20~40mm之间的烟丝21置于载物板9上；

（3）合上玻璃压片10，拧紧紧固螺丝16，将夹持器置于导轨7上，推入视场中心位置；

（4）点击计算机17中软件界面测量按钮，开始测量；

（5）CCD相机4获取待测样品的数字图像，采集到的数字图像通过以太网接口传输到计算机中的图像处理模块，图像处理模块接收到数字图像并对其进行图像分析算法处理；图像处理模块包含相机标定程序，可以标定单个像素对应视场的实际尺寸，在图像处理模块中用待测样品对应的像素个数乘以单个像素对应视场的实际尺寸，即可获得待测样品图像对应的实际尺寸；图像分析算法的具体处理流程如下：

1）优化、增强计算机获取的原始图像，滤除原始图像中的噪声、背景等无用信息，通过图像的二值化，降低图像的复杂度；

2）采用连通算法对图像中的烟丝进行提取和标记；

3）采用边缘提取算法，从图像中提取出烟丝图像的边缘；

4）采用直线提取算法，从边缘图像中提取满足一定条件的直线段，提取出的直线段对应这烟丝的切口位置；

5）对提取出的直线段按照特定的要求进行配对，要求配对成功的线段对对应着同一段烟丝两侧的切口；

6）通过计算线段对之间的距离实现烟丝宽度的测量；

计算机17中的信息处理模块负责采集图像处理模块的输出结果，并控制照明光源LED灯，并由信息处理模块输出测量结果22；

（6）测量结束，取出夹持器，清理待测样品；

（7）测量完成后，如需测量下一个样品重复步骤（2）～（6）；

（8）退出烟丝图像分析算法软件，关闭设备电源，将夹持器放回初始位置。

Claims (3)

1.一种烟丝宽度测量装置，其特征在于：包括有承载平台、夹持器，承载平台的一端的中部垂直设有一根支柱，支柱的顶端固定有横梁，横梁上固定有CCD相机，CCD相机的镜头面向承载平台，承载平台的中部固定有升降台，升降台的两侧设有一对导轨，两导轨上置有夹持器，夹持器包括有与导轨滑动配合安装的滑板、载物板、玻璃压片，滑板的两侧分别安装有推动杆，滑板上设有载物板，载物板上铰接有保持架，保持架为一个中部镂空的框架，保持架的中部嵌入有玻璃压片，支柱的中部固定有一横杆，横杆的两端分别固定有灯架，灯架上设有一排LED灯，两灯架上的LED灯相对设置；CCD相机中的图像采集卡连接计算机，计算机内置有烟丝图像分析算法，计算机通过外部接口控制连接LED灯。

2.根据权利要求1所述的一种烟丝宽度测量装置，其特征在于：所述的保持架与载物板分别开有一个位置对应的螺纹孔，保持架与载物板通过贯穿两螺纹孔的紧固螺丝固定。

3.一种基于权利要求1所述的烟丝宽度测量装置的测量方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）开启装置电源，启动计算机中的烟丝图像分析算法软件；

（2）取出夹持器，翻开玻璃压片，放置待测样品；

（3）合上玻璃压片并用紧固螺丝旋紧，将夹持器置于导轨上，推入视场中心位置；

（4）点击计算机中软件界面测量按钮，开始测量；

（5）CCD相机获取待测样品的数字图像，采集到的数字图像通过以太网接口传输到计算机中的图像处理模块，图像处理模块接收到数字图像并对其进行图像分析算法处理；图像处理模块包含相机标定程序，可以标定单个像素对应视场的实际尺寸，在图像处理模块中用待测样品对应的像素个数乘以单个像素对应视场的实际尺寸，即可获得待测样品图像对应的实际尺寸；图像分析算法的具体处理流程如下：

1）优化、增强计算机获取的原始图像，滤除原始图像中的噪声、背景等无用信息，通过图像的二值化，降低图像的复杂度；

2）采用连通算法对图像中的烟丝进行提取和标记；

3）采用边缘提取算法，从图像中提取出烟丝图像的边缘；

4）采用直线提取算法，从边缘图像中提取满足一定条件的直线段，提取出的直线段对应这烟丝的切口位置；

5）对提取出的直线段按照特定的要求进行配对，要求配对成功的线段对对应着同一段烟丝两侧的切口；

6）通过计算线段对之间的距离实现烟丝宽度的测量；

计算机中的信息处理模块负责采集图像处理模块的输出结果，并控制照明光源LED灯，并由信息处理模块输出测量结果；

（6）测量结束，取出夹持器，清理待测样品；

（7）测量完成后，如需测量下一个样品重复步骤（2）～（6）；

（8）退出烟丝图像分析算法软件，关闭设备电源，将夹持器放回初始位置。

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