CN104634257B - 一种烟草叶丝宽度识别平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟草叶丝宽度识别平台，所述识别平台包括叶丝承载设备、高清摄像设备、辅助照明光源、宽度识别设备和AT89C51单片机，所述叶丝承载设备用于摆放互不接触的多根叶丝，所述高清摄像设备在辅助照明光源的辅助照明下对所述多根叶丝拍摄，以获得叶丝图像，所述宽度识别设备与所述高清摄像设备连接，用于对所述叶丝图像进行图像处理，以获得叶丝宽度，所述AT89C51单片机与所述宽度识别设备连接，根据所述叶丝宽度确定叶丝是否合格。
Description
技术领域
本发明涉及烟草检测领域，尤其涉及一种烟草叶丝宽度识别平台。
背景技术
烟草危害是当今世界严重的公共卫生问题之一，众多的科学证据表明，吸烟和二手烟暴露(被动吸烟)严重危害人类健康，世界卫生组织(WHO)的统计数字显示，全世界每年因吸烟死亡的人数高达600万，即平均每6秒钟有1人死于吸烟相关疾病，吸烟者中将会有一半因吸烟提早死亡；因二手烟暴露所造成的非吸烟者年死亡人数约为60万。
然而，由于吸烟能够调节人们的情绪，激发创作灵感，对于社会应酬大有帮助，同时，烟草行业可以增加国民收入，解决下岗职工的就业问题，刺激相关产业的发展和人员流动，因而，烟草行业在大部分国家和地区仍属于重要支柱产业。
在烟草生产过程中，切叶丝工序是重要的工序之一，由于叶丝宽度对卷烟的物理指标和感官质量具有不同程度的影响，叶丝宽度不同，卷烟的吸味也不完全一致，因而，叶丝宽度成为判断烟草是否合格的重要标准，现有技术的叶丝宽度检测或基于人工测量，或使用投影仪在每根叶丝的数个等距离点测量宽度，由于叶丝形状不规则，上述方式都会导致测量速度慢，测试结果不够精确。
因此需要一种烟草叶丝宽度识别平台，能够根据烟草叶丝的形状特点，有针对性地设置叶丝宽度的各个检测子单元，提高烟草叶丝宽度识别的速度和可靠性，从而快速、准确地判断被检测烟草叶丝宽度是否合格。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种烟草叶丝宽度识别平台，根据烟草叶丝的形状特征，设置了用于检测叶丝宽度的图像预处理单元、所述图像分割单元、所述杂质去除单元、所述毛刺清除单元和所述宽度检测单元，同时为不同类型烟草叶丝设置了不同的宽度检测标准，用户只需输入烟草类型即可自动确定当前检测的烟草叶丝宽度是否合格。
根据本发明的一方面，提供了一种烟草叶丝宽度识别平台，所述识别平台包括叶丝承载设备、高清摄像设备、辅助照明光源、宽度识别设备和AT89C51单片机，所述叶丝承载设备用于摆放互不接触的多根叶丝，所述高清摄像设备在辅助照明光源的辅助照明下对所述多根叶丝拍摄，以获得叶丝图像，所述宽度识别设备与所述高清摄像设备连接，用于对所述叶丝图像进行图像处理，以获得叶丝宽度，所述AT89C51单片机与所述宽度识别设备连接，根据所述叶丝宽度确定叶丝是否合格。
更具体地，在所述烟草叶丝宽度识别平台中，还包括：用户输入设备，用于根据用户的操作，输入当前识别的烟草叶丝的类型；存储设备，用于预先存储了烟草叶丝信息表，所述烟草叶丝信息表以烟草叶丝类型为索引，分别记录了每一种类型烟草叶丝的基准叶丝宽度范围、叶丝上限灰度阈值和叶丝下限灰度阈值，所述叶丝上限灰度阈值和所述叶丝下限灰度阈值用于将图像中的叶丝与背景分开，所述存储设备还用于预先存储了像素数量阈值和纵向切割数量；显微镜物镜组，放置在所述叶丝承载设备和所述高清摄像设备之间，用于放大所述叶丝承载设备上的多根叶丝，以供所述高清摄像设备进行拍摄；语音播放设备，与所述AT89C51单片机连接，用于播放与烟草叶丝宽度合格信号或烟草叶丝宽度不合格信号对应的语音提示文件；显示设备，与所述AT89C51单片机连接，用于显示与烟草叶丝宽度合格信号或烟草叶丝宽度不合格信号对应的提示文字；所述叶丝承载设备为一平面形状，用于摆放互不接触的多根叶丝；所述高清摄像设备包括滤光片、镜头和CMOS图像传感器，所述镜头位于所述滤光片和所述CMOS图像传感器之间，所述CMOS图像传感器采集的叶丝图像的分辨率为1366×768；辅助照明光源包括亮度传感器和发光器件，所述亮度传感器检测周围环境的环境亮度，所述发光器件与所述亮度传感器连接，基于所述环境亮度确定提供的辅助照明的发光功率；所述宽度识别设备包括图像预处理单元、图像分割单元、杂质去除单元、毛刺清除单元和宽度检测单元，所述图像预处理单元与所述CMOS图像传感器连接，对所述叶丝图像依次执行中值滤波和灰度化处理，以获得灰度化图像，所述图像分割单元与所述图像预处理单元和所述AT89C51单片机分别连接，接收所述AT89C51单片机发送的目标叶丝上限灰度阈值和目标叶丝下限灰度阈值，将所述灰度化图像中灰度值在所述目标叶丝上限灰度阈值和所述目标叶丝下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个叶丝子图案，所述杂质去除单元与所述图像分割单元和所述存储设备分别连接，计算多个叶丝子图案中每一个叶丝子图案的总像素数，输出总像素数大于等于像素数量阈值的一个或多个叶丝子图案作为一个或多个目标叶丝子图案输出，所述毛刺清除单元与所述杂质去除单元连接，用于去除所述一个或多个目标叶丝子图案的毛刺，以获得一个或多个已处理叶丝子图案，所述宽度检测单元与所述毛刺清除单元和所述存储设备分别连接，将每一个已处理叶丝子图案按预定间隔纵向切割达到所述纵向切割数量的次数，获得数量为所述纵向切割数量的多个横向叶丝宽度，对所述多个横向叶丝宽度求平均值，获得每一个已处理叶丝子图案的宽度，并对一个或多个已处理叶丝子图案的宽度求平均值，以获得所述叶丝宽度；所述AT89C51单片机与所述用户输入设备和所述存储设备分别连接，基于所述当前识别的烟草叶丝的类型在所述烟草叶丝信息表中查找与所述当前识别的烟草叶丝的类型匹配的基准叶丝宽度范围、叶丝上限灰度阈值和叶丝下限灰度阈值，以作为目标基准叶丝宽度范围、目标叶丝上限灰度阈值和目标叶丝下限灰度阈值输出，所述AT89C51单片机还与所述宽度检测单元连接，以获得所述叶丝宽度，并当所述叶丝宽度落在所述目标基准叶丝宽度范围时，发出烟草叶丝宽度合格信号，当所述叶丝宽度不在所述目标基准叶丝宽度范围内时，发出烟草叶丝宽度不合格信号；其中，所述叶丝承载设备还包括叶丝自动清扫器件，与所述AT89C51单片机连接，用于在接收到所述烟草叶丝宽度合格信号或所述烟草叶丝宽度不合格信号后，自动清扫所述多根叶丝。
更具体地，在所述烟草叶丝宽度识别平台中，所述识别平台还包括：供电器件，与所述AT89C51单片机连接，用于在所述AT89C51单片机的控制下，为所述识别平台提供各种不同的电力供应模式，所述各种不同的电力供应模式包括省电模式和正常模式。
更具体地，在所述烟草叶丝宽度识别平台中：所述图像预处理单元、所述图像分割单元、所述杂质去除单元、所述毛刺清除单元和所述宽度检测单元分别采用不同的FPGA芯片来实现。
更具体地，在所述烟草叶丝宽度识别平台中：所述图像预处理单元、所述图像分割单元、所述杂质去除单元、所述毛刺清除单元和所述宽度检测单元都被集成在同一块FPGA芯片中。
更具体地，在所述烟草叶丝宽度识别平台中：所述语音播放设备为扬声器，所述显示设备为液晶显示屏，所述用户输入设备为键盘或与所述显示设备集成的触摸屏。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的烟草叶丝宽度识别平台的结构方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的烟草叶丝宽度识别平台的实施方案进行详细说明。
烟草属管状花目，茄科一年生或有限多年生草本植物，基部稍木质化。花序顶生，圆锥状，多花；蒴果卵状或矩圆状，长约等于宿存萼。夏秋季开花结果。主要分布于南美洲、南亚、中国。烟草是种植出来的，生长出来的烟叶经过脱水，烤制等工序即可制造出人们吸食用的卷烟。
烟草行业及其影响应该一分为二：从税利来说，烟草一年带给国家的税利收入相当于军备开支，这给国家利益带来了较大的利益；从危害生命健康来说，吸烟有害健康，烟草应该作为夕阳企业严格控制甚至取缔；从关心民生来说，由于烟厂多，吸烟人口多，烟叶需求大，解决了一部分人就业和农民增加收入的途径。因而，目前世界大部分国家和地区对烟草行业也是采取不禁锢烟草行业的发展和舆论宣传上严格禁烟相结合的态度。
为了给吸食卷烟的人们提供合格的产品，最大程度上减少劣质卷烟对烟民身体造成的损害，烟草生产厂家对烟草的生产的每道工序都有着严格的质量控制，其中烟草叶丝的宽度由于直接影响烟草质量而成为重点检测的目标。当前的烟草叶丝宽度检测技术检测速度慢、过于依赖人工，测试结果也不稳定，无法为烟草质量的判断提供可靠的参考数据。
本发明搭建了一种烟草叶丝宽度识别平台，基于烟草叶丝的特点，设置多种检测子单元进行有针对性的烟草叶丝宽带检测，同时为不同品种的烟草设置不同的检测标准，从而能够快速、准确地获得烟草叶丝宽度数据。
图1为根据本发明实施方案示出的烟草叶丝宽度识别平台的结构方框图，所述识别平台包括叶丝承载设备1、高清摄像设备2、宽度识别设备3、辅助照明光源4、显微镜物镜组5、AT89C51单片机6、用户输入设备7、存储设备8、语音播放设备9、显示设备10和供电设备11，AT89C51单片机6与叶丝承载设备1、高清摄像设备2、宽度识别设备3、辅助照明光源4、显微镜物镜组5、用户输入设备7、存储设备8、语音播放设备9、显示设备10和供电设备11分别连接以实现对连接设备的各种控制，高清摄像设备2与宽度识别设备3连接。
其中，所述叶丝承载设备1用于摆放互不接触的多根叶丝，所述高清摄像设备2在辅助照明光源的辅助照明下对所述多根叶丝拍摄，以获得叶丝图像，所述宽度识别设备3用于对所述叶丝图像进行图像处理，以获得叶丝宽度，所述AT89C51单片机6用于根据所述叶丝宽度确定叶丝是否合格。
接着，继续对本发明的烟草叶丝宽度识别平台的具体结构进行进一步的说明。
在所述识别平台中，用户输入设备7用于根据用户的操作，输入当前识别的烟草叶丝的类型。
在所述识别平台中，存储设备8用于预先存储了烟草叶丝信息表，所述烟草叶丝信息表以烟草叶丝类型为索引，分别记录了每一种类型烟草叶丝的基准叶丝宽度范围、叶丝上限灰度阈值和叶丝下限灰度阈值，所述叶丝上限灰度阈值和所述叶丝下限灰度阈值用于将图像中的叶丝与背景分开，所述存储设备8还用于预先存储了像素数量阈值和纵向切割数量。
在所述识别平台中，显微镜物镜组5放置在所述叶丝承载设备1和所述高清摄像设备2之间，用于放大所述叶丝承载设备1上的多根叶丝，以供所述高清摄像设备2进行拍摄。
在所述识别平台中，语音播放设备9与所述AT89C51单片机6连接，用于播放与烟草叶丝宽度合格信号或烟草叶丝宽度不合格信号对应的语音提示文件。
在所述识别平台中，显示设备10与所述AT89C51单片机6连接，用于显示与烟草叶丝宽度合格信号或烟草叶丝宽度不合格信号对应的提示文字。
在所述识别平台中，所述叶丝承载设备1为一平面形状，用于摆放互不接触的多根叶丝。
在所述识别平台中，所述高清摄像设备2包括滤光片、镜头和CMOS图像传感器，所述镜头位于所述滤光片和所述CMOS图像传感器之间，所述CMOS图像传感器采集的叶丝图像的分辨率为1366×768。
在所述识别平台中，辅助照明光源4包括亮度传感器和发光器件，所述亮度传感器检测周围环境的环境亮度，所述发光器件与所述亮度传感器连接，基于所述环境亮度确定提供的辅助照明的发光功率。
在所述识别平台中，所述宽度识别设备3包括图像预处理单元、图像分割单元、杂质去除单元、毛刺清除单元和宽度检测单元，所述图像预处理单元与所述CMOS图像传感器连接，对所述叶丝图像依次执行中值滤波和灰度化处理，以获得灰度化图像，所述图像分割单元与所述图像预处理单元和所述AT89C51单片机6分别连接，接收所述AT89C51单片机6发送的目标叶丝上限灰度阈值和目标叶丝下限灰度阈值，将所述灰度化图像中灰度值在所述目标叶丝上限灰度阈值和所述目标叶丝下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个叶丝子图案，所述杂质去除单元与所述图像分割单元和所述存储设备8分别连接，计算多个叶丝子图案中每一个叶丝子图案的总像素数，输出总像素数大于等于像素数量阈值的一个或多个叶丝子图案作为一个或多个目标叶丝子图案输出。
所述毛刺清除单元与所述杂质去除单元连接，用于去除所述一个或多个目标叶丝子图案的毛刺，以获得一个或多个已处理叶丝子图案，所述宽度检测单元与所述毛刺清除单元和所述存储设备8分别连接，将每一个已处理叶丝子图案按预定间隔纵向切割达到所述纵向切割数量的次数，获得数量为所述纵向切割数量的多个横向叶丝宽度，对所述多个横向叶丝宽度求平均值，获得每一个已处理叶丝子图案的宽度，并对一个或多个已处理叶丝子图案的宽度求平均值，以获得所述叶丝宽度。
在所述识别平台中，所述AT89C51单片机6与所述用户输入设备7和所述存储设备8分别连接，基于所述当前识别的烟草叶丝的类型在所述烟草叶丝信息表中查找与所述当前识别的烟草叶丝的类型匹配的基准叶丝宽度范围、叶丝上限灰度阈值和叶丝下限灰度阈值，以作为目标基准叶丝宽度范围、目标叶丝上限灰度阈值和目标叶丝下限灰度阈值输出。
所述AT89C51单片机6还与所述宽度检测单元连接，以获得所述叶丝宽度，并当所述叶丝宽度落在所述目标基准叶丝宽度范围时，发出烟草叶丝宽度合格信号，当所述叶丝宽度不在所述目标基准叶丝宽度范围内时，发出烟草叶丝宽度不合格信号。
其中，所述叶丝承载设备1还包括叶丝自动清扫器件，与所述AT89C51单片机6连接，用于在接收到所述烟草叶丝宽度合格信号或所述烟草叶丝宽度不合格信号后，自动清扫所述多根叶丝。
在所述识别平台中，供电器件11与所述AT89C51单片机6连接，用于在所述AT89C51单片机6的控制下，为所述识别平台提供各种不同的电力供应模式，所述各种不同的电力供应模式包括省电模式和正常模式。
其中，在所述识别平台中，可以将所述图像预处理单元、所述图像分割单元、所述杂质去除单元、所述毛刺清除单元和所述宽度检测单元分别采用不同的FPGA芯片来实现；也可以将所述图像预处理单元、所述图像分割单元、所述杂质去除单元、所述毛刺清除单元和所述宽度检测单元都集成在同一块FPGA芯片中；所述语音播放设备9可选为扬声器，所述显示设备10可选为液晶显示屏，所述用户输入设备7可选为键盘或与所述显示设备10集成的触摸屏。
另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，他解决了定制电路的不足，也克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。CPLD和FPGA另外一个区别是大多数的FPGA含有高层次的内置模块(比如加法器和乘法器)和内置的记忆体。因此一个有关的重要区别是很多新的FPGA支持完全的或者部分的系统内重新配置。允许他们的设计随着系统升级或者动态重新配置而改变。一些FPGA可以让设备的一部分重新编辑而其他部分继续正常运行。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。
现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。
采用本发明的烟草叶丝宽度识别平台，针对现有烟草叶丝宽度识别设备耗费大量人工成本和时间成本且测量可靠性差的技术问题，通过有针对性的图像处理技术和类型匹配模式自动完成各种类型烟草叶丝宽度的测量以及合格性判断，实现对烟草叶丝宽度及时有效的检测和监控。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种烟草叶丝宽度识别平台，所述识别平台包括叶丝承载设备、高清摄像设备、辅助照明光源、宽度识别设备和AT89C51单片机，所述叶丝承载设备用于摆放互不接触的多根叶丝，所述高清摄像设备在辅助照明光源的辅助照明下对所述多根叶丝拍摄，以获得叶丝图像，所述宽度识别设备与所述高清摄像设备连接，用于对所述叶丝图像进行图像处理，以获得叶丝宽度，所述AT89C51单片机与所述宽度识别设备连接，根据所述叶丝宽度确定叶丝是否合格；
其特征在于，所述识别平台还包括：
用户输入设备，用于根据用户的操作，输入当前识别的烟草叶丝的类型；
存储设备，用于预先存储了烟草叶丝信息表，所述烟草叶丝信息表以烟草叶丝类型为索引，分别记录了每一种类型烟草叶丝的基准叶丝宽度范围、叶丝上限灰度阈值和叶丝下限灰度阈值，所述叶丝上限灰度阈值和所述叶丝下限灰度阈值用于将图像中的叶丝与背景分开，所述存储设备还用于预先存储了像素数量阈值和纵向切割数量；
显微镜物镜组，放置在所述叶丝承载设备和所述高清摄像设备之间，用于放大所述叶丝承载设备上的多根叶丝，以供所述高清摄像设备进行拍摄；
语音播放设备，与所述AT89C51单片机连接，用于播放与烟草叶丝宽度合格信号或烟草叶丝宽度不合格信号对应的语音提示文件；
显示设备，与所述AT89C51单片机连接，用于显示与烟草叶丝宽度合格信号或烟草叶丝宽度不合格信号对应的提示文字；
所述叶丝承载设备为一平面形状，用于摆放互不接触的多根叶丝；
所述高清摄像设备包括滤光片、镜头和CMOS图像传感器，所述镜头位于所述滤光片和所述CMOS图像传感器之间，所述CMOS图像传感器采集的叶丝图像的分辨率为1366×768；
辅助照明光源包括亮度传感器和发光器件，所述亮度传感器检测周围环境的环境亮度，所述发光器件与所述亮度传感器连接，基于所述环境亮度确定提供的辅助照明的发光功率；
所述宽度识别设备包括图像预处理单元、图像分割单元、杂质去除单元、毛刺清除单元和宽度检测单元，所述图像预处理单元与所述CMOS图像传感器连接，对所述叶丝图像依次执行中值滤波和灰度化处理，以获得灰度化图像，所述图像分割单元与所述图像预处理单元和所述AT89C51单片机分别连接，接收所述AT89C51单片机发送的目标叶丝上限灰度阈值和目标叶丝下限灰度阈值，将所述灰度化图像中灰度值在所述目标叶丝上限灰度阈值和所述目标叶丝下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个叶丝子图案，所述杂质去除单元与所述图像分割单元和所述存储设备分别连接，计算多个叶丝子图案中每一个叶丝子图案的总像素数，输出总像素数大于等于像素数量阈值的一个或多个叶丝子图案作为一个或多个目标叶丝子图案输出，所述毛刺清除单元与所述杂质去除单元连接，用于去除所述一个或多个目标叶丝子图案的毛刺，以获得一个或多个已处理叶丝子图案，所述宽度检测单元与所述毛刺清除单元和所述存储设备分别连接，将每一个已处理叶丝子图案按预定间隔纵向切割达到所述纵向切割数量的次数，获得数量为所述纵向切割数量的多个横向叶丝宽度，对所述多个横向叶丝宽度求平均值，获得每一个已处理叶丝子图案的宽度，并对一个或多个已处理叶丝子图案的宽度求平均值，以获得所述叶丝宽度；
所述AT89C51单片机与所述用户输入设备和所述存储设备分别连接，基于所述当前识别的烟草叶丝的类型在所述烟草叶丝信息表中查找与所述当前识别的烟草叶丝的类型匹配的基准叶丝宽度范围、叶丝上限灰度阈值和叶丝下限灰度阈值，以作为目标基准叶丝宽度范围、目标叶丝上限灰度阈值和目标叶丝下限灰度阈值输出，所述AT89C51单片机还与所述宽度检测单元连接，以获得所述叶丝宽度，并当所述叶丝宽度落在所述目标基准叶丝宽度范围时，发出烟草叶丝宽度合格信号，当所述叶丝宽度不在所述目标基准叶丝宽度范围内时，发出烟草叶丝宽度不合格信号；
其中，所述叶丝承载设备还包括叶丝自动清扫器件，与所述AT89C51单片机连接，用于在接收到所述烟草叶丝宽度合格信号或所述烟草叶丝宽度不合格信号后，自动清扫所述多根叶丝；
所述识别平台还包括：
供电器件，与所述AT89C51单片机连接，用于在所述AT89C51单片机的控制下，为所述识别平台提供各种不同的电力供应模式，所述各种不同的电力供应模式包括省电模式和正常模式；
所述图像预处理单元、所述图像分割单元、所述杂质去除单元、所述毛刺清除单元和所述宽度检测单元分别采用不同的FPGA芯片来实现；
所述语音播放设备为扬声器，所述显示设备为液晶显示屏，所述用户输入设备为键盘或与所述显示设备集成的触摸屏。
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