CN110632068A - 一种烟叶耐加工性的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计算机机器视觉技术领域,涉及一种烟叶耐加工性的检测方法,该方法先是利用密封光照箱采集烟叶图像、重量和透过率,通过图像处理算法提取烟叶图像特征,再将该烟叶样本利用拉力仪测量拉力值,利用回归分析方法建立图像特征与拉力值的回归模型,求出回归系数,最后利用该模型预测未知样本的拉力值,该方法简单、快速、无损,可用于烟叶耐加工性的检测。
Description
技术领域
本发明属于计算机机器视觉技术领域,可以应用于烟叶物理外观指标的 检测,利用检测的数据可以表征烟叶的耐加工性。
技术背景
由于烟叶的生长部位不同,造成烟叶的外观与内在质量不同,耐加工性 存在较大差异,上部烟叶的耐加工性大于中部烟,下部烟耐加工性最弱;因此, 在加工时密切关注来料的品种、部位、等级和品质因素,结合生产前对该批次烟 叶耐加工性实际检测结果,设置合理的加工参数,使烟叶呈现最佳的加工状态, 才能有效提高出片率,减少梗叶分离环节的造碎,提高梗叶分离质量,降低造碎 率。
烟叶的抗张强度是指烟叶承受外部拉力增加到一定限度是,发生断裂时 的极限应力值。《当代化工研究》的《初烤烟叶不同区位的物理耐加工性对比研 究》采用烟叶最大拉断强度(N)表征烟叶的物理耐加工性,目前物理耐加工性 的具体测试方法:每个部位等级烟叶分选出30片叶形较规则、厚薄适中的烟叶, 分区位进行切条处理。区位界限划分按照如下基准进行:从烟叶最基部测量,以 上部叶0-24cm、中部叶0-22cm、下部叶0-19cm的尺度范围裁出叶基部分;从烟 叶最出尖端测量,在10-15cm范围内裁出叶尖部分。每片烟叶的每个区位内顺叶 支脉裁两条烟条,所裁烟条应尽量避免含有叶片支脉和病斑的存在。将切割好的 烟条放在平衡箱(湿度60±3%、温度22±1℃)里平衡72小时后进行水分测试 并留样待测。固定拉力测试仪的拉断速度为18mm/mn,选择长度大于40mm烟条, 宽度固定为15mm进行拉断试验。每组试验按1、2、3进行分组(1-表示烟叶叶 尖部,2-表示烟叶中部,3-表示烟叶基部),每组样本检测30个样品。
烟叶最大拉断强度(N)表征烟叶的物理耐加工性存在步骤繁琐、检测 周期长等缺点,机器视觉技术是一种无损检测技术,无需对样品进行预处理,并 且检测速度快,迄今为止,尚未见到将该技术直接应用于烟叶耐加工性检测的报 道。
发明内容
本发明的目的是为了解决烟叶耐加工性快速、无损检测的问题,而提出 一种基于机器视觉烟叶物理外观表征的方法。
本发明采用的技术方案的步骤如下:
一种烟叶耐加工性的测量方法,其特征在于包括如下步骤:
1)选取同一产地上、中、下三个部位的原烟样本,将单片原烟样本展平放 入图像采集装置采集烟叶图片;
2)提取烟叶图像的面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结构S、油分 O、颜色均匀度C等特征;
3)将采集完的烟叶样本利用拉力仪检测拉力值F;
4)采用回归分析拉力值F与面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结构 S、油分O、颜色均匀度C等特征的相关关系,并建立回归模型,得出回归系数 B;
5)将烟叶图像8个特征值X乘以系数B得到拉力预测值。
所述步骤1)图像采集装置包括检测平台,平台中间有一小孔可以检测 透过光强,所述透光孔为圆形,直径为2-3cm、电子秤用于检测烟叶重量、光源 和相机,并且图像采集装置是密封装置。
所述步骤2)图像中烟叶的面积计算方法为:A=n*1,n为烟叶像素数 量;长度L的计算方式采用最小外接矩形,外接矩形的长度为烟叶长度L,外接 矩形的宽度为烟叶宽度W;提取烟叶轮廓,采用8链码方式计算烟叶的周长P; 透过小孔的光强作为烟叶的厚度H;烟叶图像纹理记作结构S;烟叶油分即通过 饱和度计算值来表征O;颜色均匀度用色度的标准偏差来表征。
所述步骤3)利用拉力仪检测拉力值F具体步骤:将烟叶样本分区位进 行切条处理。区位界限划分按照如下基准进行:从烟叶最基部测量,以上部叶0- 24cm、中部叶0-22cm、下部叶0-19cm的尺度范围裁出叶基部分;从烟叶最出尖 端测量,在10-15cm范围内裁出叶尖部分。每片烟叶的每个区位内顺叶支脉裁两 条烟条,所裁烟条应尽量避免含有叶片支脉和病斑的存在。将切割好的烟条放在 平衡箱(湿度60±3%、温度22±1℃)里平衡72小时后进行水分测试并留样待 测。固定拉力测试仪的拉断速度为18mm/mn,选择长度大于40mm烟条,宽度固 定为15mm进行拉断试验。每组试验按1、2、3进行分组(1-表示烟叶叶尖部, 2-表示烟叶中部,3-表示烟叶基部),每组样本检测30个样品。
所述步骤4)采用回归分析拉力值F与面积A、长度L、宽度W、周长P、 厚度H、结构S、油分O、颜色均匀度C等特征的相关关系,并建立回归模型,得 出回归系数B,具体步骤:
将烟叶图像特征设为自变量X,拉力值F为应变量Y,且x1为面积A,x2为长度L,x3为宽度W,x4为周长P,x5为厚度H,x6为结构S,x7为油分O,x8为颜色均匀度C,由于自变量X的各量纲不一样,因此需要先对X进行标准化处理, 标准化处理公式为:
最后,采用线性回归方法建立回归方程:
其中,为Y的预测值(拉力F的预测值),x0是n行1列的全为1向量, B=[b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8]T为回归系数向量。线性回归方法可以是逐步多 元回归分析、偏最小二乘回归分析或者其他回归分析方法。
所述步骤5)将烟叶图像8个特征值X乘以系数B得到拉力预测值,其 具体步骤是:将Xunknow=[x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8],乘以B= [b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8]T,即,其中Xunknow为未知拉力 值样本的图像特征,为未知拉力值样本的拉力值的预测值。
发明的有益效果
根据本发明的一种烟叶耐加工性的测量方法,以密封光照箱来采集烟叶 的图像,并利用数字图像处理技术来提取烟叶的特征信息,并通过拉力值仪测量 烟叶的拉力值,采用回归分析方法建立拉力值与烟叶图像特征模型,模型建立好 之后可以利用模型来预测未知烟叶样本的拉力值,该方法简单、快速、无损。
烟叶复烤企业现阶段是用拉力仪来表征烟叶的耐加工性,拉力仪检测烟 叶拉力时需要对烟叶进行裁剪、温湿度平衡,该方法不仅复杂,而且检测周期长, 按照本发明的检测方法,可以实时预测烟叶的拉力值对烟叶耐加工性进行表征, 大大提高复烤企业的检测效率。
附图说明
图1流程图
图2烟叶原始图像
图3回归模型拉力值实测值与预测值对比图
具体实施方式
下面采用附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
本实例采用烟叶作为测试对象,对一种烟叶耐加工性测量方法进行详细的说 明。
选取2018年云南玉溪华宁县、2018年云南临沧市两个产地上、中、下 三个部位的原烟样本,并对样本进行编号,将单片原烟样本展平放入图像采集装 置采集烟叶图片。
所述样本产地、等级数量见表1所示。
表1 试验烟叶样本
提取所有烟叶样本图像的面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结 构S、油分O、颜色均匀度C等特征。
将采集完的烟叶样本利用拉力仪检测拉力值F,具体步骤:将每个烟叶 样本分区位进行切条处理。区位界限划分按照如下基准进行:从烟叶最基部测量, 以上部叶0-24cm、中部叶0-22cm、下部叶0-19cm的尺度范围裁出叶基部分;从 烟叶最出尖端测量,在10-15cm范围内裁出叶尖部分。每片烟叶的每个区位内顺 叶支脉裁两条烟条,所裁烟条应尽量避免含有叶片支脉和病斑的存在。将切割好 的烟条放在平衡箱(湿度60±3%、温度22±1℃)里平衡72小时后进行水分测 试并留样待测。固定拉力测试仪的拉断速度为18mm/mn,选择长度大于40mm烟 条,宽度固定为15mm进行拉断试验。每组试验按1、2、3进行分组(1-表示烟叶叶尖部,2-表示烟叶中部,3-表示烟叶基部),每组样本检测35个样品,表 2是云南玉溪华宁产地CL2等级的第15号样本拉力测量值。
表2 玉溪华宁CL2等级第15号样本35次拉力测量
采用回归分析拉力值F与面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结 构S、油分O、颜色均匀度C等特征的相关关系,并建立回归模型,得出回归系 数B,具体步骤:先对面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结构S、油分 O、颜色均匀度C等特征数据进行标准化处理,标准化公式:
其中k为自变量数,k=1,2,...,8;i为第i个样本;为第k个变量的均值; Sk为第k个变量的标准偏差;xautoscaled为每个样本的标准化数据。
采用偏最小二乘法建立回归模型,模型验证集平均相对误差为12.2847%, 相关系数为0.7846,回归系数见表3所示。
表3 回归系数
自变量序号 | 变量名称 | 回归系数 | 排序 |
0 | 常数项 | 2.3284 | - |
1 | 深浅(值) | -0.0394 | 5 |
2 | 均匀度(值) | -0.0144 | 8 |
3 | 厚度(值) | -0.1559 | 3 |
4 | 结构(值) | 0.3640 | 1 |
5 | 油份(值) | -0.1763 | 2 |
6 | 面积(值) | 0.1101 | 4 |
7 | 长度(值) | 0.0389 | 6 |
8 | 宽度(值) | -0.0179 | 7 |
从回归系数上可以看出,影响拉力值的有“结构”、“油分”和“厚度”等,。
再分析Y与X的相关系数,相关系数的计算公式为:
拉力值与各特征的相关系数见表4所示。
表2 拉力与综合测试台数据相关系数
序号 | 名称 | 相关系数 |
1 | 深浅 | -0.3914 |
2 | 均匀度 | -0.1580 |
3 | 厚度 | -0.4404 |
4 | 结构 | 0.6242 |
5 | 油分 | 0.1527 |
6 | 面积 | -0.1230 |
7 | 长度 | 0.2613 |
8 | 宽度 | -0.2743 |
表4中可以看出,拉力与综合测试台的结构相关系数最大为0.6242,其 次是厚度为-0.4404。
通过相关性分析发现拉力值和综合测试台的“结构”、“厚度”相关性较大, 与其他6个指标相关性较差,通过回归分析发现拉力值与“结构”最相关,从模型 结果上看该模型可以很好地预测拉力值。
Claims (6)
1.一种烟叶耐加工的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、选取同一产地上、中、下三个部位的原烟样本,将单片原烟样本展平放入图像采集装置采集烟叶图片。
步骤二、提取烟叶图像的面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结构S、油分O、颜色均匀度C等特征;
步骤三、将采集完的烟叶样本利用拉力仪检测拉力值F;
步骤四、采用回归分析拉力值F与面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结构S、油分O、颜色均匀度C等特征的相关关系,并建立回归模型,得出回归系数B;
步骤五、将烟叶图像8个特征值X乘以系数B得到拉力预测值。
2.根据权利要求1所述的一种烟叶耐加工性的测量方法,其特征在于:
步骤一中,图像采集装置包括检测平台,平台中间有一小孔可以检测透过光强,所述透光孔为圆形,直径为2-3cm、电子秤用于检测烟叶重量、光源和相机,并且图像采集装置是密封装置。
3.根据权利要求1所述的一种烟叶耐加工性的测量方法,其特征在于:
步骤二中,图像中烟叶的面积计算方法为:A=n*1,n为烟叶像素数量;长度L的计算方式采用最小外接矩形,外接矩形的长度为烟叶长度L,外接矩形的宽度为烟叶宽度W;提取烟叶轮廓,采用8链码方式计算烟叶的周长P;透过小孔的光强作为烟叶的厚度H;烟叶图像纹理记作结构S;烟叶油分即通过饱和度计算值来表征O;颜色均匀度用色度的标准偏差来表征。
4.根据权利要求1所述的一种烟叶耐加工性的测量方法,其特征在于:
步骤三中,利用拉力仪检测拉力值F具体步骤:将烟叶样本分区位进行切条处理。区位界限划分按照如下基准进行:从烟叶最基部测量,以上部叶0-24cm、中部叶0-22cm、下部叶0-19cm的尺度范围裁出叶基部分;从烟叶最出尖端测量,在10-15cm范围内裁出叶尖部分。每片烟叶的每个区位内顺叶支脉裁两条烟条,所裁烟条应尽量避免含有叶片支脉和病斑的存在。将切割好的烟条放在平衡箱(湿度60±3%、温度22±1℃)里平衡72小时后进行水分测试并留样待测。固定拉力测试仪的拉断速度为18mm/mn,选择长度大于40mm烟条,宽度固定为15mm进行拉断试验。每组试验按1、2、3进行分组(1-表示烟叶叶尖部,2-表示烟叶中部,3-表示烟叶基部),每组样本检测30个样品。
5.根据权利要求1所述的一种烟叶耐加工性的测量方法,其特征在于:
步骤四中,采用回归分析拉力值F与面积A、长度L、宽度W、周长P、厚度H、结构S、油分O、颜色均匀度C等特征的相关关系,并建立回归模型,得出回归系数B,具体步骤:
将烟叶图像特征设为自变量X,拉力值F为应变量Y,且x1为面积A,x2为长度L,x3为宽度W,x4为周长P,x5为厚度H,x6为结构S,x7为油分O,x8为颜色均匀度C,采用线性回归方法建立回归方程:
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