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

一种烟叶耐加工性的测量方法
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:
Figure BSA0000187402930000042
Figure BSA0000187402930000043
其中k为自变量数,k=1,2,...,8;i为第i个样本;
Figure BSA0000187402930000046
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。
最后,采用线性回归方法建立回归方程:
其中,
Figure BSA0000187402930000048
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,
Figure BSA0000187402930000044
其中Xunknow为未知拉力 值样本的图像特征,
Figure BSA0000187402930000045
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
Figure BSA0000187402930000051
Figure BSA0000187402930000061
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
Figure BSA0000187402930000071
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:
Figure BSA0000187402930000073
Figure BSA0000187402930000074
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:
Figure BSA0000187402930000081
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:
其中,
Figure RE-FSB0000184621150000022
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。
6.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:
步骤五中,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,
Figure RE-FSB0000184621150000024
为未知拉力值样本的拉力值的预测值。
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CN113945563A (zh) * 2021-10-19 2022-01-18 中国烟草总公司湖北省公司 一种雪茄茄衣烟叶质量均匀性的评价方法

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