CN104180774A - 一种烟叶叶片外形轮廓表征方法 - Google Patents
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Abstract
一种烟叶叶片外形轮廓表征方法，通过以下步骤实现：(1)取样：从烟叶待检测位置取适量具有代表性的烟叶；(2)烟叶离散化：将取样烟叶，放置于离散装置上，通过离散化装置后烟叶之间基本完全离散没有搭接；(3)图像采集：利用线扫描相机获得离散化后的烟叶图像；(4)计算烟叶叶片结果数据：利用图像处理软件计算每一片烟叶的投影面积、最小外接矩形的长和宽，该最小外接矩形是指其完全包含整个烟叶投影面,并且面积最小的矩形；等等。本发明对单独用叶面积表征烟叶的结构特征是一个重要的补充，对打叶复烤设备的打叶和后续的制丝都有重要指导意义。
Description
技术领域
本发明属于烟叶加工过程中烟叶叶片检测技术领域，具体说是一种烟叶叶片外形轮廓的表征方法。
背景技术
在烟草加工过程中，烟叶的叶片结构是影响烟丝质量的最重要的因素之一，而烟丝的质量又直接影响到成品烟支得质量(烟支的重量、密度、空头率等重要指标)。目前复烤厂在烟叶的加工中对烟叶叶片结构的检测及质量控制，主要通过检测叶片的大中片率指标来实现，对烟叶叶片大中片率的检测目前主要使用筛分法和图像法两种方法。最近，研究发现除了烟叶的大中片率指标外，烟叶叶片的外形轮廓对烟丝的质量也有显著的影响，填充度好、接近圆形或正方形的烟叶其切丝质量要优于其他形状的烟叶。因此，即是具有相同大中片率的两批烟叶其加工得到的烟丝质量，因为烟叶叶片外形轮廓的不同也会有明显差异。
为了进一步丰富烟叶的叶片结构信息，有必要研究一种烟叶叶片外形轮廓的表征方法，结合大中片率可以更全面、准确的描述烟叶的结构特征。
发明内容
本发明的目的正是基于上述原因而提出一种烟叶叶片外形轮廓表征方法。
本发明通过以下步骤实现：
(1)取样：从烟叶待检测位置取适量具有代表性的烟叶。
(2)烟叶离散化：将取样烟叶，放置于离散装置上，通过离散化装置后烟叶之间基本完全离散没有搭接。
(3)图像采集：利用线扫描相机获得离散化后的烟叶图像。
(4)计算烟叶叶片结果数据：利用图像处理软件(该软件可以利用通用的图像处理软件，也可以自主开发具有相关计算功能的软件)计算每一片烟叶的投影面积、最小外接矩形的长、宽(该最小外接矩形是指其完全包含整个烟叶投影面,并且面积最小的矩形)。
(5)计算每片烟叶的矩形度：烟叶的矩形度定义为烟叶的投影面积A0除以烟叶的最小外接矩形的面积A，矩形度R＝A0/A。当R为最大值1时烟叶投影面为矩形，当R＝π/4时烟叶投影面为圆形，矩形度描述了烟叶的填充度及紧凑程度。
(6)计算每片烟叶的体态系数：烟叶的体态系数定义为烟叶投影面的最小外接矩形的宽W除以其最小外接矩形的长L，体态系数T＝W/L。体态系数描述了烟叶外形轮廓近似是长条状还是正方形，T接近1时为正方形或圆形片烟，T远小于1时为长条状烟叶。
(7)计算累计矩形度和体态系数面积百分比：用N个(如N＝14)在0到1之间逐渐递增的值为上限计算小于该上限的矩形度或体态系数对应的烟叶的面积百分比即为累计面积百分比。
(8)寻找拟合曲线：通过大量烟叶数据的实验发现，烟叶叶片的体态系数和矩形度都符合曲线方程F(x)＝1-exp(-axb)，x为矩形度或体态系数的累计上限值F(x)为其所对应的面积百分比。其中a、b为方程参数，将(7)所得的累计矩形度或体态系数面积百分比，对F(x)进行曲线拟合可以得到a、b的值，从而也就确定了曲线方程。
(9)计算特征值：将F(x)＝0.5带入方程计算，得到x的值，记为特征矩形度X0.5或特征体态系数X0.5，其物理含义为该批取样烟叶叶片中矩形度或体态系数在取该值时，大于和小于该值的烟叶的面积总和各占50％。可用该值表征整体烟叶的矩形度或体态系数的优劣，X值越大该特征值越优。
(10)计算任意矩形度或体态系数区间面积百分比：本发明利用(8)得到的分布方程，可以得到任意矩形度或体态系数区间[X1,X2]的面积百分F(X2)-F(X1)。
(11)本发明从(5)至(10)也可以仅计算取样烟叶中面积大于某一值得叶片或叶片最小外接矩形的宽度大于某一值的烟叶(例如只统计大中片等)来做分布曲线和特征值的计算。
(12)本发明提供了两个用来表征烟叶叶片外形轮廓的参数，矩形度和体态系数，并得到了它们的分布方程和特征值。本发明一种烟叶叶片轮廓的表征方法对单独用叶面积表征烟叶的结构特征是一个重要的补充，对打叶复烤设备的打叶和后续的制丝都有重要指导意义。
附图说明
图1烟叶离散化及图像采集装置示意图；
图2矩形度累计面积百分比；
图3矩形度对应面积百分比分布曲线。
具体实施例
本发明利用图像法测定出每一片烟叶的投影面积和最小外接矩形的长和宽，进一步计算出其矩形度和体态系数。将所有叶片按矩形度或体态系数的大小进行区间划分，计算其累计区间的面积百分比，利用累计区间面积百分比得到其具体拟合分布方程，利用拟合分布方程得到特征值和任意区间的面积百分比。
下面以叶片矩形度为例，对本发明做具体说明(体态系数计算具有相同的流程)。
(1)取样：从烟叶打后段设备的输送皮带上取样3000±100g；
(2)烟叶离散：将取样的烟叶均匀铺在图1布料皮带1上，启动离散装置后物料从布料皮带1落入振动筛2，在振动筛2上经过初次离散后的物料进入下一级输送皮带
3和输送皮带4，皮带3的速度为1米/秒、皮带4的速度为2米/秒，利用两级的速度差将物料基本离散开(离散率在95％以上)。
(3)图像采集：当烟叶通过最后一级离散皮带时利用线扫描相机5对烟叶进行图像采集，并将图像传到连接的计算机6上；
(4)计算烟叶叶片数据：利用图像处理软件，计算每一片烟叶的投影面积及最小外接矩形的长和宽。
(5)计算每片烟叶的矩形度：计算出每一片烟叶的矩形度T＝A0/A；
(6)计算矩形度的累计面积百分比：矩形度T≤0.35、≤0.40、≤0.45、≤0.50、≤0.55、≤0.60、≤0.65、≤0.70、≤0.75、≤0.80、≤0.85、≤0.90、≤0.95、≤1.0，14个累计面积百分比，见图2。
(7)计算分布方程：利用(6)的累计面积百分比，拟合分布方程F(x)＝1-exp(-axb)，计算得到方程参数a＝0.00434、b＝2.951，见图3。
(8)将F(x)＝0.5带入方程，求得特征矩形度X0.5＝0.558。
(9)计算任意区间面积百分比：利用(7)得到的分布方程可以计算任意区间面积百分比，例如矩形度区间[0.5,0.78]的面积百分比为F(0.78)-F(0.5)＝0.406。
Claims (2)
1.一种烟叶叶片外形轮廓表征方法，其特征在于，本发明通过以下步骤实现：
(1)取样：从烟叶待检测位置取适量具有代表性的烟叶；
(2)烟叶离散化：将取样烟叶，放置于离散装置上，通过离散化装置后烟叶之间基本完全离散没有搭接；
(3)图像采集：利用线扫描相机获得离散化后的烟叶图像；
(4)计算烟叶叶片结果数据：利用图像处理软件计算每一片烟叶的投影面积、最小外接矩形的长和宽，该最小外接矩形是指其完全包含整个烟叶投影面,并且面积最小的矩形；
(5)计算每片烟叶的矩形度：烟叶的矩形度定义为烟叶的投影面积A0除以烟叶的最小外接矩形的面积A，矩形度R＝A0/A；当R为最大值1时烟叶投影面为矩形，当R＝π/4时烟叶投影面为圆形，矩形度描述了烟叶的填充度及紧凑程度；
(6)计算每片烟叶的体态系数：烟叶的体态系数定义为烟叶投影面的最小外接矩形的宽W除以其最小外接矩形的长L，体态系数T＝W/L；体态系数描述了烟叶外形轮廓近似是长条状还是正方形，T接近1时为正方形或圆形片烟，T远小于1时为长条状烟叶；
(7)计算累计矩形度和体态系数面积百分比：用N个在0到1之间逐渐递增的值为上限计算小于该上限的矩形度或体态系数对应的烟叶的面积百分比即为累计面积百分比；
(8)寻找拟合曲线：通过对大量烟叶数据的实验发现，烟叶叶片的体态系数和矩形度都符合曲线方程F(x)＝1-exp(-axb)，x为矩形度或体态系数的累计上限值F(x)为其所对应的面积百分比；其中a、b为方程参数，将(7)所得的累计矩形度或体态系数面积百分比，对F(x)进行曲线拟合可以得到a、b的值，从而也就确定了曲线方程；
(9)计算特征值：将F(x)＝0.5带入方程计算，得到x的值，记为特征矩形度X0.5或特征体态系数X0.5，其物理含义为该批取样烟叶叶片中矩形度或体态系数在取该值时，大于和小于该值的烟叶的面积总和各占50％，可用该值表征整体烟叶的矩形度或体态系数的优劣，X值越大该特征值越优；
(10)计算任意矩形度或体态系数区间面积百分比：利用(8)得到的分布方程，可以得到任意矩形度或体态系数区间[X1,X2]的面积百分F(X2)-F(X1)。
2.根据权利要求1所述的一种烟叶叶片外形轮廓表征方法，其特征在于，由步骤(5)至(10)仅计算取样烟叶中面积大于某一值得叶片或叶片最小外接矩形的宽度大于某一值的烟叶来做分布曲线和特征值的计算。
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