CN110604337A - 一种卷烟爆珠的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷烟爆珠的检测装置及检测方法，包括本体，本体上设有一个容纳腔，容纳腔的底面开设有至少2个容纳烟支的凹槽，每个凹槽的底面上与烟支滤嘴内爆珠的对应位置设有检测光源；上盖，与本体连接并覆盖在容纳腔上，上盖内表面与每个检测光源的对应位置设置一个用于采集烟支滤嘴图像的检测单元；图像检测器，接收检测单元采集的烟支滤嘴图像，并对烟支滤嘴进行预处理、分割以及特征提取，将提取的爆珠特征值与预设的特征值进行判断，依据检测结果向可变灯珠输出灯珠触发信号；可变灯珠，依据灯珠触发信号显示对应凹槽内烟支滤嘴内是否含爆珠，以及爆珠破损情况。能够非常准确快速地检测出卷烟中是否有爆珠以及爆珠有无破损等现象。

Description

一种卷烟爆珠的检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于滤棒爆珠在线检测技术领域，具体涉及一种卷烟爆珠的检测装置，及利用该检测装置进行卷烟爆珠的检测方法。

背景技术

在卷烟消费市场不断增长的环境下以及对卷烟类型日益丰富情况下，卷烟市场出现一种“爆珠”卷烟，爆珠为一种烟草添加剂，也称作香丸、脆性胶囊、珠子。爆珠是可挤破的珠子，挤破时具有爆开的感觉，爆珠里面的香料及香精将会流入到滤嘴里面，使得卷烟抽起来有某种香料的味道。

由于卷烟中的爆珠受到外力挤压以及高温下非常容易发生爆破以及香精泄露的情况。一旦卷烟中的爆珠发生破损则会对消费者产生不满意的效果，因此对于卷烟生产过程中，及时查看卷烟爆珠是否完好或者爆珠是否缺失是非常重要的质量指标。

但是爆珠是被包裹在滤嘴里面，仅凭肉眼无法看出，如果用手去捏去检测则会造成烟支的报废损失，因此发明一种能够快速检测爆珠是否完好无缺的检测装置非常重要。

公开号为CN 109781735A的发明专利申请公开了一种爆珠在线检测装置及检测方法，该爆珠在线检测装置利用实时采集爆珠滤棒的图像，通过图像实现对爆珠的检测，但爆珠在线检测装置结构复杂，且检测精度不高。

公开号为CN 109856082A的发明专利申请公开了香烟滤嘴中爆珠的检测方法与检测装置，该检测方法通过采集的测试信号与标准信号进行比对来判断滤嘴中是否含有爆珠。由于该检测方法通过比对信号的峰值和峰位来进行判断。

发明内容

本发明的目的是提供一种卷烟爆珠的检测装置，该检测装置结构简单，且能一次实现对多个卷烟爆珠的检测，还提供一种卷烟爆珠的检测方法，该检测方法简单、快速、准确，能够非常准确快速地检测出卷烟中是否有爆珠以及爆珠有无破损等现象。

本发明的技术方案为：

一种卷烟爆珠的检测装置，包括：

本体，所述本体上设有一个容纳腔，所述容纳腔的底面内开设有至少 2个用于容纳烟支的凹槽，每个凹槽的底面上与烟支滤嘴内爆珠的对应位置设有检测光源，所述本体上设有控制所述检测光源开/关的开关；

上盖，与所述本体连接并覆盖在所述容纳腔上，可进行180度翻转，所述上盖内表面与每个检测光源的对应位置设置一个检测单元，所述检测单元用于采集烟支滤嘴图像；

图像检测器，接收检测单元采集的烟支滤嘴图像，并对所述烟支滤嘴进行预处理、分割以及特征提取，将提取的爆珠特征值与预设的特征值进行判断，依据检测结果向可变灯珠输出灯珠触发信号；

可变灯珠，其个数与凹槽个数相等，与每个凹槽对应匹配，依据灯珠触发信号显示对应凹槽内烟支滤嘴内是否含爆珠，以及爆珠破损情况。

一种卷烟爆珠的检测方法，利用上述的检测装置，所述检测方法包括以下步骤：

将待测烟支放入至检测装置的凹槽内，保证卷烟滤嘴顶部顶到容纳腔内壁；

将检测装置的上盖合上，启动开关；

检测单元采集烟支滤嘴图像，图像检测器基于接收的烟支滤嘴图像进行爆珠检测，依据检测结果向可变灯珠输出灯珠触发信号；

可变灯珠依据灯珠触发信号呈现不同颜色灯光以显示检测结果。

与现有技术相比，具有的有益效果为：

本发明提供的检测装置结构简单，制作成本及维护成本低，能够快速地对爆珠进行检测，可判定卷烟滤嘴中是否有爆珠以及爆珠是否破损等现象，检测效率高，检测准确率高。同时，检测装置适应环境不受限制，体积小且轻巧，可进行随身携带，经过适当的改造可对其它规格的爆珠烟进行检测，具有良好的推广前景和适用性。

本发明提供的检测方法，可判定卷烟滤嘴中是否有爆珠以及爆珠是否破损等现象，检测效率高，检测准确率高，且主要采用光电原理，对卷烟的物理性质和化学性质不产生任何影响，因此不会造成卷烟的浪费和损坏等现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是卷烟爆珠的检测装置的上盖展开时的结构示意图；

图2是卷烟爆珠的检测装置的上盖闭合时的结构示意图；

图3是卷烟爆珠的检测装置中图像检测器的结构示意图；

图4是采集的烟支滤嘴图像；

图1～2中的附图标记如下：

1-主体 2-上盖 3-开关 4-把手

5-可变灯珠 6-检测单元 7-检测光源 8-容纳腔

9-凹槽

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1～图2所示，本实施例提供的卷烟爆珠的检测装置包括：本体1，上盖2，图像检测器以及可变灯珠5，其中，本体1上设有一个容纳腔8，容纳腔8的底面开设有至少2个(本实施例中为20个)用于容纳烟支的凹槽9，每个凹槽9的底面上与烟支滤嘴内爆珠的对应位置设有检测光源 7，即本实施例中含有20个检测光源7，本体1上还设有控制检测光源7 开/关的开关3，所有检测光源7在开关3的控制下，同时发光或关灭。

上盖2，上盖2通过转轴、合页或铰链连接在本体1上，并且可沿连接处进行0～180度翻转，覆盖在容纳腔8上，上盖2内表面与每个检测光源7的对应位置设置一个检测单元6，检测单元6用于采集烟支滤嘴图像，且检测单元6之间通过隔板相隔。上盖2上还固定有把手4，用于对上盖 2进行翻转。

图像检测器与检测单元6通信连接，接收检测单元6采集的烟支滤嘴图像，并对烟支滤嘴进行预处理、分割以及特征提取，将提取的爆珠特征值与预设的特征值进行判断，依据检测结果向可变灯珠输出灯珠触发信号。

可变灯珠5的个数与凹槽9个数(本实施例中为20个)相等，且与每个凹槽9对应匹配，依据灯珠触发信号呈现至少1种颜色以显示对应凹槽内烟支滤嘴内是否含爆珠，以及爆珠破损情况。

本实施例中，可变灯珠5设置在本体1上，每个可变灯珠5与对应的凹槽9处于同一直线上，这样能够清楚明了地显示每个凹槽9内的卷烟爆珠的情况。

在另外一个实施例中，本体1的容纳腔8的底面上在同一水平直线上等间隔设置多个检测光源7，相邻两个检测光源7之间通过隔板隔开，相连两个隔板之间形成一个可以容纳烟支的容纳单元。一般设置隔板之间的距离略大于烟支的直径。

检测装置作用为检测爆珠烟支内是否含有爆珠。该装置利用烟支内爆珠为蓝色液体的特性，采用强光照射烟支通过图像识别烟支成像是否有蓝光，判断是否有爆珠。具体地，如图3所示，图像检测器包括：

图像预处理模块1101，其对接收的烟支滤嘴图像依次进行灰度化、高斯滤波、二值化以及形态学闭运算与连通域标记，分割出烟支图像区域矩形轮廓，获得烟支组图像P1；

对烟支滤嘴图像进行预处理的过程为：首先，对烟支滤嘴图像进行灰度化，得到灰度图像；然后，对灰度图像进行高斯滤波，以消除微小噪点；接下来，采用最大类间误差法对灰度图进行二值化，获得二值图像；最后，对二值图像进行形态学闭运算与连通域标记，分割出烟支图像区域矩形轮廓，并从烟支滤嘴图像获取去除背景后的烟支组图像P1。

单烟支图像分割模块1102，对烟支组图像P1依次进行灰度化、梯度变换增强、二值化处理后，采用连通域标记和种子获取、区域生长方法，结合形态学运算得到单支烟的轮廓区域，依据单支烟的轮廓区域，从烟支组图像P1中提取单烟支区域图像P2；

在单烟支图像分割模块1102中，针对梯度变换增强处理后获得的增强灰度图，采用小概率策略改进的最大类间误差法对增强灰度图进行二值化，具体过程为：

1)采用对数函数对灰度图进行变换，得到增强灰度图；再采用2维直方图方法计算出增强灰度图的灰度值-邻域灰度均值2维直方图；

2)结合概率论中常用的小概率取值范围0.01～0.05，设定小概率取值；根据小概率取值对2维直方图进行斜分，分割出目标对象区与噪声区，本实施例中，设定的小概率取值可以为0.04；

3)用噪声点的邻域灰度均值代替其灰度值进行变换，得到转换后的图像，再采用传统最大类间误差法实现图像的二值化。

本实施例中，采用连通域标记和种子获取、区域生长方法，结合形态学运算得到单支烟的轮廓区域的具体过程为：

1)采用形态学闭运算先膨胀后腐蚀对二值图像进行处理，其中核的尺寸可以为3*3；

2)根据烟支排布及几何特征，采用连通域标记算法，获取二值化图像中宽度大于某阈值T1的连通域，作为每个烟支边缘轮廓区P；

由于烟支图像的边缘特征较为明显，可根据统计经验对T1进行取值，可以取0.35N，N为烟支图像区域宽度。

3)以选中的烟支边缘轮廓区P边缘像素点作为区域生长种子点，以 8邻域灰度差绝对值小于某阈值T2作为区域生长判定规则，然后在原灰度图上进行区域生长计算，得到每个单支烟的轮廓区域。

其中T2取值可根据烟支灰度图直方图特征确定。本算法可以取值15。

爆珠区域分割模块1103，对单烟支区域图像P2进行RGB到HSV的颜色空间变换，获得HSV图像，依据预定义的色调门限值，提取HSV图像中可能的蓝光像素点区域组，并采用对象区域特征值计算来实现蓝光像素点区域的定位与合并，采用最大连通域标定获取蓝光区域轮廓，获得的蓝光区域即为爆珠区域图像P3；

本实施例中，所述预定义的色调门限值通过以下方法获得：

采集烟支滤嘴中爆珠的爆珠图像，统计并计算爆珠图像中爆珠的蓝光色调区间分布函数，根据所述蓝光色调区间分布函数确定预定义的色调门限值。

所述采用对象区域特征值计算来实现蓝光像素点区域的定位与合并包括：

1)对单烟支区域图像进行RGB到HSV的颜色空间变换，获得HSV 图像，依据预定义的色调门限值，提取HSV图像中可能的蓝光像素点区域组；

2)计算每一个提取区域的平均颜色特征值，特征值为区域内所有像素点H、S、V三个通道的平均值组成的特征向量，并为每个区域设定标签编号；用欧式距离计算所有提取区域之间的平均颜色距离，找到其最大值，设定为变量maxdr；

3)在HSV图像上，以各提取区域边缘点作区域生长计算，计算区域外相邻彩色像素点与区域平均特征值的欧式距离，大于maxdr的像素点判定为蓝光像素点，将找到的所有蓝光像素点与之前提取的所有区域合并，作为最终的蓝光区域。

爆珠特征提取模块1104，确定爆珠区域图像P3爆珠区域在烟支图像上的偏移位置L，爆珠区域的尺寸D、面积S所占烟支图像的比例，所述偏移位置L、尺寸D、面积S所占烟支图像的比例形成特征向量组；

爆珠缺失判定模块1105，依据预定的特征值区间对特征向量组进行匹配，若全部特征值均在预设区间范围内，则判定蓝光区域有效，烟支滤嘴内含有爆珠；若有且只有一个特征值偏离预设区间范围，则判定为疑似爆珠缺失；若多个特征值偏离预设区间范围，则判定为蓝光区域无效，烟支滤嘴内爆珠缺失；

本实施例中，预定的特征值区间，也就是特征阈值门限是通过以下方式获得：对采集的大量烟支滤嘴图像在确定有爆珠时，蓝光区域的各特征值分布区间，确定为预定义的特征阈值门限。

举例说明，偏移位置L的特征值区间可以为[0,0.26)，用蓝光区域偏离烟支图像左侧的位置占烟支图像宽度的比例表示；尺寸D的特征值区间可以为(0.28,0.5)，用蓝光区域宽度占烟支图像宽度的比例表示；面积S的特征值区间可以为(0.23,0.5)，用蓝光区域面积占烟支图像面积的比例表示。

触发信号生成模块1106，当判定结果为烟支滤嘴内含有爆珠时，输出高电平触发信号，当判定结果为疑似爆珠缺失或烟支滤嘴内爆珠缺失时，输出低电平触发信号；或者，

当判定结果为烟支滤嘴内含有爆珠时，输出高电平触发信号，判定结果为疑似爆珠缺失时，输出中等电平触发信号，当判定结果为烟支滤嘴内爆珠缺失时，输出低电平触发信号。

当触发信号生成模块能够输出高电平触发信号和低电平触发信号时，可变灯珠依据高电平触发信号和低电平触发信号呈现两种颜色，两种颜色分别显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内含有爆珠，疑似爆珠缺失或爆珠缺失；

当触发信号生成模块能够输出高电平触发信号、中等电平触发信号以及低电平触发信号时，可变灯珠依据高电平触发信号、中等电平触发信号以及低电平触发信号呈现三种颜色，第一种颜色显示显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内含有爆珠，第二种颜色显示显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内疑似爆珠缺失，第三种颜色显示显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内爆珠缺失。

上述检测装置应用时，将待测烟支放进凹槽9内，卷被测烟支的滤嘴顶部顶到容纳腔内壁。检测过程中，保持检测光源7、卷被测烟支滤嘴内的爆珠以及检测单元6三者处于同一直线上。

利用上述检测装置进行卷烟爆珠的检测方法，包括以下步骤：

将被测烟支7放入至检测装置的凹槽9内，保证卷烟滤嘴顶部顶到容纳腔8内壁，以使检测光源7、卷被测烟支滤嘴内的爆珠以及检测单元6 三者处于同一直线上；

将检测装置的上盖2合上，启动开关3；

检测单元6采集烟支滤嘴图像，图像检测器基于接收的烟支滤嘴图像进行爆珠检测，依据检测结果向可变灯珠5输出灯珠触发信号；

可变灯珠5依据灯珠触发信号呈现不同颜色灯光以显示检测结果。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，包括：

本体，所述本体上设有一个容纳腔，所述容纳腔的底面开设有至少2个用于容纳烟支的凹槽，每个凹槽的底面上与烟支滤嘴内爆珠的对应位置设有检测光源，所述本体上设有控制所述检测光源开/关的开关；

上盖，与所述本体连接并覆盖在所述容纳腔上，可进行180度翻转，所述上盖内表面与每个检测光源的对应位置设置一个检测单元，所述检测单元用于采集烟支滤嘴图像；

图像检测器，接收检测单元采集的烟支滤嘴图像，并对所述烟支滤嘴进行预处理、分割以及特征提取，将提取的爆珠特征值与预设的特征值进行判断，依据检测结果向可变灯珠输出灯珠触发信号；

可变灯珠，其个数与凹槽个数相等，与每个凹槽对应匹配，依据灯珠触发信号显示对应凹槽内烟支滤嘴内是否含爆珠，以及爆珠破损情况。

2.如权利要求1所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，所述图像检测器包括：

图像预处理模块，其对接收的烟支滤嘴图像依次进行灰度化、高斯滤波、二值化以及形态学闭运算与连通域标记，分割出烟支图像区域矩形轮廓，获得烟支组图像P1；

单烟支图像分割模块，对烟支组图像P1依次进行灰度化、梯度变换增强、二值化处理后，采用连通域标记和种子获取、区域生长方法，结合形态学运算得到单支烟的轮廓区域，依据单支烟的轮廓区域，从烟支组图像P1中提取单烟支区域图像P2；

爆珠区域分割模块，对单烟支区域图像P2进行RGB到HSV的颜色空间变换，获得HSV图像，依据预定义的色调门限值，提取HSV图像中可能的蓝光像素点区域组，并采用对象区域特征值计算来实现蓝光像素点区域的定位与合并，采用最大连通域标定获取蓝光区域轮廓，获得的蓝光区域即为爆珠区域图像P3；

爆珠特征提取模块，确定爆珠区域图像P3爆珠区域在烟支图像上的偏移位置L，爆珠区域的尺寸D、面积S所占烟支图像的比例，所述偏移位置L、尺寸D、面积S所占烟支图像的比例形成特征向量组；

爆珠缺失判定模块，依据预定的特征值区间对特征向量组进行匹配，若全部特征值均在预设区间范围内，则判定蓝光区域有效，烟支滤嘴内含有爆珠；若有且只有一个特征值偏离预设区间范围，则判定为疑似爆珠缺失；若多个特征值偏离预设区间范围，则判定为蓝光区域无效，烟支滤嘴内爆珠缺失；

触发信号生成模块，当判定结果为烟支滤嘴内含有爆珠时，输出高电平触发信号，当判定结果为疑似爆珠缺失或烟支滤嘴内爆珠缺失时，输出低电平触发信号；或者，

当判定结果为烟支滤嘴内含有爆珠时，输出高电平触发信号，判定结果为疑似爆珠缺失时，输出中等电平触发信号，当判定结果为烟支滤嘴内爆珠缺失时，输出低电平触发信号。

3.如权利要求2所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，图像预处理模块中，采用最大类间误差法对灰度图进行二值化，获得二值化图像；

单烟支图像分割模块中，针对梯度变换增强处理后获得的增强灰度图，采用小概率策略改进的最大类间误差法对增强灰度图进行二值化，具体过程为：

1)采用对数函数对灰度图进行变换，得到增强灰度图；再采用2维直方图方法计算出增强灰度图的灰度值-邻域灰度均值2维直方图；

2)结合概率论中常用的小概率取值范围0.01～0.05，设定小概率取值，根据小概率取值对2维直方图进行斜分判定，分割出目标对象区与噪声区；

3)用噪声点的邻域灰度均值代替其灰度值进行变换，得到转换后的图像，再采用传统的最大类间误差法实现图像的二值化。

4.如权利要求2所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，所述采用连通域标记和种子获取、区域生长方法，结合形态学运算得到单支烟的轮廓区域的具体过程为：

1)采用形态学闭运算先膨胀后腐蚀对二值图像进行处理，其中核的尺寸可以为3*3；

2)根据烟支排布及几何特征，采用连通域标记算法，获取二值化图像中宽度大于某阈值T1的连通域，作为每个烟支边缘轮廓区P；

3)以选中的烟支边缘轮廓区P边缘像素点作为区域生长种子点，以8邻域灰度差绝对值小于某阈值T2作为区域生长判定规则，然后在原灰度图上进行区域生长计算，得到每个单支烟的轮廓区域。

5.如权利要求2所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，所述预定义的色调门限值通过以下方法获得：

采集烟支滤嘴中爆珠的爆珠图像，统计并计算爆珠图像中爆珠的蓝光色调区间分布函数，根据所述蓝光色调区间分布函数确定预定义的色调门限值。

6.如权利要求2所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，所述采用对象区域特征值计算来实现蓝光像素点区域的定位与合并包括：

1)对单烟支区域图像进行RGB到HSV的颜色空间变换，获得HSV图像，依据预定义的色调门限值，提取HSV图像中可能的蓝光像素点区域组；

2)计算每一个提取区域的平均颜色特征值，特征值为区域内所有像素点H、S、V三个通道的平均值组成的特征向量，并为每个区域设定标签编号；用欧式距离计算所有提取区域之间的平均颜色距离，找到其最大值，设定为变量maxdr；

3)在HSV图像上，以各提取区域边缘点作区域生长计算，计算区域外相邻彩色像素点与区域平均特征值的欧式距离，大于maxdr的像素点判定为蓝光像素点，将找到的所有蓝光像素点与之前提取的所有区域合并，作为最终的蓝光区域。

7.如权利要求2所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，当触发信号生成模块能够输出高电平触发信号和低电平触发信号时，可变灯珠依据高电平触发信号和低电平触发信号呈现两种颜色，两种颜色分别显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内含有爆珠，疑似爆珠缺失或爆珠缺失；

当触发信号生成模块能够输出高电平触发信号、中等电平触发信号以及低电平触发信号时，可变灯珠依据高电平触发信号、中等电平触发信号以及低电平触发信号呈现三种颜色，第一种颜色显示显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内含有爆珠，第二种颜色显示显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内疑似爆珠缺失，第三种颜色显示显示可变灯珠对应的凹槽内的烟支滤棒内爆珠缺失。

8.如权利要求1～7任一项所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，所述上盖通过转轴、合页或铰链连接在所述本体上。

9.如权利要求1～7任一项所述的卷烟爆珠的检测装置，其特征在于，所述检测单元之间通过隔板相隔。

10.一种卷烟爆珠的检测方法，其特征在于，利用权利要求1～9任一项所述的检测装置，所述检测方法包括以下步骤：

将待测烟支放入至检测装置的凹槽内，保证卷烟滤嘴顶部顶到容纳腔内壁；

将检测装置的上盖合上，启动开关；

检测单元采集烟支滤嘴图像，图像检测器基于接收的烟支滤嘴图像进行爆珠检测，依据检测结果向可变灯珠输出灯珠触发信号；

可变灯珠依据灯珠触发信号呈现不同颜色灯光以显示检测结果。