CN106767429A - 烟丝长宽尺寸分布自动检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟丝长宽尺寸分布自动检测方法及检测系统，检测方法包括：1)将烟丝分离，使其悬浮；2)采集烟丝原始图像数据；3)生成点云数据；4)还原烟丝三维模型；5)进行聚合、分割，计算各单个对象的曲率，按一定变化比确定关键点，并计算关键点的三维距离，得出长、宽数据，统计烟丝长宽尺寸分布状况；6)输出烟丝的长宽尺寸分布图形。检测系统，包括依次连接的顶罩、烟丝分离缸、风量调节缸、送风管道、风机，还包括空压机、数控箱以及计算机；烟丝分离缸内还设有三维扫描传感器和气嘴。本发明在应用后实现了对烟丝长宽尺寸分布的准确测量，为烟丝结构的分析提供了一套准确、快速的检测系统。

Description

烟丝长宽尺寸分布自动检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及一种烟草行业烟丝长宽度尺寸分布测量系统，尤其是一种烟丝长宽尺寸分布自动检测方法及检测系统。

背景技术

烟丝尺寸分布状态是影响卷烟物理指标的主要因素之一，快速准确的表征烟丝尺寸分布对烟丝加工具有很好的指导意义。现有的烟丝结构检测多采用烟丝振动分选筛，即将一定质量的样品烟丝均匀分布在若干层不同孔径的筛网上，通过振动将烟丝分离，之后将所得各种不同结构烟丝的质量分别与所取样品的总质量相比，即得到若干种不同结构尺寸烟丝的比例。该方法存在检测精度较差，分析不够准确的问题。专利号为201520677098.4的实用新型专利公开了一种烟丝长宽度自动测量系统，文献“基于图像处理技术的烟丝检测系统”公开出基于图像处理的烟丝结构检测方法，然而两者对烟丝分散方面均存在一定的缺陷，尤其对缠绕烟丝无法有效分离，影响了检测结果的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能快速准确地测量出每根烟丝的长度和宽度值，并能够分析烟丝尺寸的分布状态的烟丝长宽尺寸分布自动检测方法及检测系统。

为了解决上述技术问题，本发明中的烟丝长宽尺寸分布自动检测方法包括以下步骤：

1)烟丝分离，在烟丝底部产生持续风力将烟丝吹起，在烟丝的周围及上端间断喷射强气流对烟丝进行冲击，将缠绕的烟丝分离，并使烟丝达到悬浮状态；

2)通过多个三维扫描传感器从不同角度扫描烟丝，对分散、悬浮状的烟丝实现自动多维成像，采集烟丝原始图像数据；

3)通过数控箱将采集的烟丝原始图像数据传送至计算机并生成点云数据；

4)通过点云数据还原烟丝三维模型；

5)通过还原的烟丝三维模型进行聚合、分割，引入超体体素概念用来定义单位烟丝的特征子，找到相同超体特征并聚合，则可分割出若干单位烟丝对象，聚合、分割后，计算各单个对象的曲率，按一定变化比确定关键点，并计算关键点的三维距离，得出长、宽数据，统计烟丝长宽尺寸分布状况；

6)数据展示，原料烟丝经过采集和计算后，将其点云数据存入数据库，由展示系统使通过图表方式展示统计、分析的结果，并输出烟丝的长宽尺寸分布图形。

另外，在将点云数据还原烟丝三维模型时，需要进行除噪过滤和曲面重建；所述除噪过滤是将在采集的数据中出现的非物体反射光数据剔除；所述曲面重建是将实际物体点的坐标连接为均匀连续的曲线，其中曲面重建通过最小二乘法确定每个像素点的法线，并生成凹凸构造面后，通过最小三角构建平滑表面曲线。

一种用于实现烟丝长宽尺寸分布自动检测方法的检测系统，包括烟丝分离缸、顶罩、风量调节缸、送风管道、风机、空压机、数控箱以及计算机；

所述烟丝分离缸上端竖直可拆卸地连通安装有顶罩，所述顶罩内部设有第一滤网；

所述烟丝分离缸下端竖直可拆卸地连通安装有风量调节缸，所述送风管道连接在风量调节缸和风机之间，所述风量调节缸在数控箱的控制下能够调整进入到烟丝分离缸内的风量大小；

所述烟丝分离缸上端及内壁上设有多个气嘴，每个所述气嘴分别通过一软管与所述空压机连通，其中气嘴在数控箱和空压机的控制下能够喷射强气流以将缠绕的烟丝分离；

所述烟丝分离缸内侧周壁上均布设有多个三维扫描传感器，每个所述三维扫描传感器均与计算机和控制箱电连接；

所述烟丝分离缸内部下端还设有第二滤网。

所述烟丝分离缸内壁上部还设有LED光源。

所述烟丝分离缸底部通过快装夹与所述风量调节缸实现可拆卸地连接。

所述烟丝分离缸外壁底部还设有把手。

本发明的有益效果是：本发明在应用后实现了对烟丝长宽尺寸分布的准确测量，测量精度达到0.1mm。与现有行业烟丝结构检测方式相比，极大的提高了检测精度，为烟丝结构的分析提供了一套准确、快速的检测系统。

附图说明

图1为本发明中的检测系统的结构示意图；

图2为本发明中烟丝分离缸的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本发明研发思路如下：第一步，通过分散系统实现烟丝的初步柔性分离，并使烟丝在某特定数据采集时点达到悬浮状态。第二步，对分散、悬浮状的烟丝实现自动多维成像，采集烟丝图像数据。第三步，对烟丝图像进行分析和转换处理，还原成三维数据。第四步，将三维数据映射为数学模型，实现烟丝长宽尺寸的定量分析。

本发明中的烟丝长宽尺寸分布自动检测方法具体包括以下步骤：

1)烟丝分离，在烟丝底部产生持续风力将烟丝吹起，在烟丝的周围及上端间断喷射强气流对烟丝进行冲击，将缠绕的烟丝分离，并使烟丝达到悬浮状态。为对投料烟丝进行精确测量，需要将测量对象进行最大程度分离，便于确保后续数据采集时三维数据扫描结果的准确度。原料烟丝具有单位质量轻，易折断等物理特性，本发明采用风动方式利用定额功率风机在工作缸体底部产生持续风力将原料吹起，同时顶端和缸体壁上设置多个气柱间断喷射强气流对烟丝进行冲击，将缠绕烟丝分离。

具体参数：

底部风机功率——0～600W可调节；

缸体半径——40厘米；

风动缸体高——80厘米；

气柱压力——1～1.56大气压

气柱角度——90°、45°

运行方式——单位时间(可设定)间隔循环多次

2)通过多个三维扫描传感器从不同角度扫描烟丝，对分散、悬浮状的烟丝实现自动多维成像，采集烟丝原始图像数据。

三维扫描传感器参数标准如下：

缸体的数控系统按固定时间间隔关闭风动分离装置，导出已采集的点云数据。重复上述采集过程，直至放入的原料烟丝点云数据采集完成。

3)通过数控箱将采集的烟丝原始图像数据传送至计算机并生成点云数据。

4)通过点云数据还原烟丝三维模型；在将点云数据还原烟丝三维模型时，需要进行除噪过滤和曲面重建。

摄像头采集数据时，由红外发射器照射到物体表面，反射回近红外图像传感器接收图像数据。受光线反射、干扰和运动延迟等因素影响，在采集的数据中将出现非物体反射光数据，在进行三维还原时，需将该部分数据剔除。此过程称为除噪过滤。

除噪过滤分为静态过滤、有效采样、坐标转换等过程，具体参数如下：

有效坐标数据范围参数设定：X——±400；Y——±400

高斯双边滤波参数设定：0.01

变换矩阵参数设定：±120°

近邻搜索半径参数设定；0.01

滤波点云下采样：有效偏离半径——0.02～0.05

所述曲面重建是将实际物体点的坐标连接为均匀连续的曲线。采样、转换后的数据只是坐标点的集合(此处为640×480×3)，为还原成实际的三维模型，需将实际物体点的坐标连接为均匀连续的曲线，为物体分割、边界确定等处理准备点云数据。

曲面重建通过最小二乘法确定每个像素点的法线，并生成凹凸构造面后，通过最小三角构建平滑表面曲线，具体参数如下：

ConvexHull参数设定：0.02

EarClipping参数设定：0.03

法线切线参数设定：最小二乘

5)通过还原的烟丝三维模型进行聚合、分割，引入超体体素概念用来定义单位烟丝的特征子，找到相同超体特征并聚合，则可分割出若干单位烟丝对象，聚合、分割后，计算各单个对象的曲率，按一定变化比确定关键点，并计算关键点的三维距离，得出长、宽数据，统计烟丝长宽尺寸分布状况。

重建后的三维模型由拍摄到的物体坐标点云组成，在计算长度和宽度时，需将点云坐标分解成以烟丝为单位的个体进行。由于理论上每根烟丝对光线的反射吸收、曲率分布各不相同，若将单位烟丝的特征定义为特征子，烟丝对象则为自己本身特征子实例组成。此处引入超体体素概念用来定义单位烟丝的特征子。找到相同超体特征并聚合，则可分割出若干单位烟丝对象。具体参数如下：

超体特征子参数设定：体素相关

搜索半径参数设定：0.02

边缘阀值参数设定：0.01

主曲率参数设定：0.3

密度半径参数设定：0.05

计算如下：

关键点提取：曲率变化0.3(可调整)

坐标变化：矩阵平移、旋转

采用多线程：是(4)

长宽计算：关键点间距计算

6)数据展示，原料烟丝经过采集和计算后，将其点云数据存入数据库，由展示系统使通过图表方式展示统计、分析的结果，并输出烟丝的长宽尺寸分布图形。具体功能如下：

序号	系统	功能	输出内容	格式
					1	分析统计	长度分布统计	长度占比分析	饼状图
2		宽度分布统计	宽度占比分析	饼状图
					3	系统设置	分布等级设置
4	历史数据	条件查询	某测量结果
					5		详细信息	分布占比详细信息
6	帮助	系统功能概要说明

其中展示系统即为计算机的显示器。

如图1和图2所示，一种用于实现烟丝长宽尺寸分布自动检测方法的检测系统，包括烟丝分离缸1、顶罩2、风量调节缸3、送风管道4、风机5、空压机6、数控箱7以及计算机(图中未示)；还包括底架13，顶罩2、烟丝分离缸1和风量调节缸3依次由上到下竖直设置在底架13上端面，数控箱7设置在底架13上端面，送风管道4设置在底架13内部，空压机6和风机5分置在底架13的两侧。

所述烟丝分离缸1上端竖直可拆卸地连通安装有顶罩2，所述顶罩2内部设有第一滤网；第一滤网的目的是可以排风的同时还避免了烟丝向上被吹出。加入烟丝时，可打开顶罩2，在烟丝分离缸1上端开口处加入烟丝。

所述烟丝分离缸1下端竖直可拆卸地连通安装有风量调节缸3，所述送风管道4连接在风量调节缸3和风机5之间，所述风量调节缸3在数控箱7的控制下能够调整进入到烟丝分离缸1内的风量大小。风量调节缸3是由数控箱7控制以保持风力从风机至烟丝分离缸1无衰减。风量调节缸3是较为成熟的技术，在此不详述其结构。

所述烟丝分离缸1上端及内壁上设有多个气嘴9，气嘴9角度可调，每个所述气嘴9分别通过一软管(图中未示)与所述空压机6连通，其中气嘴9在数控箱7和空压机6的控制下能够喷射强气流以将缠绕的烟丝分离。优选地气嘴的数量为六个，其中三个周向均布在烟丝分离缸1内壁中部，另外三个周向均布在烟丝分离缸1内壁上部。

所述烟丝分离缸1内侧周壁上均布设有多个三维扫描传感器8，每个所述三维扫描传感器8均与计算机和控制箱7电连接。三维扫描传感器8用于采集烟丝原始图像数据，并由计算机转换成点云数据，点云数据再经过除噪过滤、曲面重建、特征聚合、分割后，对单位烟丝(根)的长度、宽度、面积进行计算。

所述烟丝分离缸1内部下端还设有第二滤网10。第二滤网10的目的是可以进风的同时还可以防止放入到烟丝分离缸1内的烟丝坠落到风量调节缸3内。

所述烟丝分离缸1内壁上部还设有LED光源11。LED光源11的设计以便于观察烟丝分离缸1内部的状况。

所述烟丝分离缸1底部通过快装夹12与所述风量调节缸3实现可拆卸地连接。快装夹12的设计便于烟丝分离缸1与风量调节缸3快速定位装卸。

所述烟丝分离缸1外壁底部还设有把手14。把手14的设计便于烟丝分离缸1拆装。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种烟丝长宽尺寸分布自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)烟丝分离，在烟丝底部产生持续风力将烟丝吹起，在烟丝的周围及上端间断喷射强气流对烟丝进行冲击，将缠绕的烟丝分离，并使烟丝达到悬浮状态；

2)通过多个三维扫描传感器从不同角度扫描烟丝，对分散、悬浮状的烟丝实现自动多维成像，采集烟丝原始图像数据；

3)通过数控箱将采集的烟丝原始图像数据传送至计算机并生成点云数据；

4)通过点云数据还原烟丝三维模型；

5)通过还原的烟丝三维模型进行聚合、分割，引入超体体素概念用来定义单位烟丝的特征子，找到相同超体特征并聚合，则可分割出若干单位烟丝对象，聚合、分割后，计算各单个对象的曲率，按一定变化比确定关键点，并计算关键点的三维距离，得出长、宽数据，统计烟丝长宽尺寸分布状况；

6)数据展示，原料烟丝经过采集和计算后，将其点云数据存入数据库，由展示系统使通过图表方式展示统计、分析的结果，并输出烟丝的长宽尺寸分布图形。

2.按照权利要求1所述的烟丝长宽尺寸分布自动检测方法，其特征在于，在将点云数据还原烟丝三维模型时，需要进行除噪过滤和曲面重建；所述除噪过滤是将在采集的数据中出现的非物体反射光数据剔除；所述曲面重建是将实际物体点的坐标连接为均匀连续的曲线，其中曲面重建通过最小二乘法确定每个像素点的法线，并生成凹凸构造面后，通过最小三角构建平滑表面曲线。

3.一种用于实现权利要求1或2中任一项所述的烟丝长宽尺寸分布自动检测方法的检测系统，其特征在于，包括烟丝分离缸(1)、顶罩(2)、风量调节缸(3)、送风管道(4)、风机(5)、空压机(6)、数控箱(7)以及计算机；

所述烟丝分离缸(1)上端竖直可拆卸地连通安装有顶罩(2)，所述顶罩(2)内部设有第一滤网；

所述烟丝分离缸(1)下端竖直可拆卸地连通安装有风量调节缸(3)，所述送风管道(4)连接在风量调节缸(3)和风机(5)之间，所述风量调节缸(3)在数控箱(7)的控制下能够调整进入到烟丝分离缸(1)内的风量大小；

所述烟丝分离缸(1)上端及内壁上设有多个气嘴(9)，每个所述气嘴(9)分别通过一软管与所述空压机(6)连通，其中气嘴(9)在数控箱(7)和空压机(6)的控制下能够喷射强气流以将缠绕的烟丝分离；

所述烟丝分离缸(1)内侧周壁上均布设有多个三维扫描传感器(8)，每个所述三维扫描传感器(8)均与计算机和控制箱(7)电连接；

所述烟丝分离缸(1)内部下端还设有第二滤网(10)。

4.按照权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述烟丝分离缸(1)内壁上部还设有LED光源(11)。

5.按照权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述烟丝分离缸(1)底部通过快装夹(12)与所述风量调节缸(3)实现可拆卸地连接。

6.按照权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述烟丝分离缸(1)外壁底部还设有把手(14)。