CN111521726B - 一种卷烟燃烧灰色的测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卷烟燃烧灰色的测定方法，属于卷烟检测技术领域。将制备的标准陶瓷白板或按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒作为检测设备基准，预先设定陶瓷白板或陶瓷棒的灰度值，检测其RGB值，据此调节摄像头白平衡，摄像系统采集在调节白平衡条件下陶瓷白板或陶瓷棒的灰度值，从而得到标定转换系数。完成标定后，将待检测卷烟烟支采用机械手夹持，采用抽吸或静燃模式，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；之后计算卷烟燃烧灰色。本发明方法能准确客观地对测试样品进行判定和对比，同时能利用数据进行科学统计和研究，易于推广应用。

Description

一种卷烟燃烧灰色的测定方法
技术领域
本发明属于卷烟检测技术领域，具体涉及一种卷烟燃烧灰色的测定方法。
背景技术
随着社会的发展，科学技术进步的同时，卷烟技术也在不断发展提高。卷烟消费者对卷烟消费品质的要求不断提升，除了内在抽吸品质外，对卷烟外观品质的关注越来越高。外观品质中，消费者通常在抽吸卷烟时，通过对卷烟燃烧的灰色来对卷烟品质进行心理预判，认为灰色白度较高的卷烟品质也相对较好。可见，卷烟灰色逐渐成为了消费者对卷烟品质评判的打分点，而且灰色是消费者能采集到最直观的评价点之一。
目前，行业内对卷烟燃烧灰色主要通过目视法和简单拍照法进行比较。采用目视法进行比较，容易受到观测人员的技术水平、经验和主观意识的影响，从而影响评价结果的准确性和客观性。另外，通过目视法无法对卷烟燃烧实时数据进行采集和数据化，也无法进行定量分析，影响利用数据进行科学统计和研究。简单拍照法，通常采用相对较为固定相机型号和拍摄参数，在选定的背景条件下，对样品拍照后进行图像对比分析。这种方法存在没有建立标准样品的校准，仅能在同条件下进行大小对比，不能形成卷烟灰色与标准样品的实物对比；针对在不同检测条件下的结果，不能参照同一标准样品进行结果比对，不能进行共同实验；检测卷烟样品仅能检测单面燃烧灰柱灰色，不能全面检测卷烟燃烧灰色，由于卷烟燃烧段存在搭口面，密度非均匀等差异条件，因此造成检测结果差异性；无仿真人体抽吸过程动作介入，检测结果缺少客观性等缺点。因此如何克服现有技术的不足是目前卷烟检测技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种卷烟燃烧灰色的测定方法，该方法以制备标准陶瓷白板或按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒作为参考基准，通过对在静燃或抽吸状态下单支卷烟进行多面同时拍摄，实时进行图像跟踪采集，能准确客观地对测试样品进行判定和对比，同时可利用数据进行科学统计和研究，易于推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将标准陶瓷白板或按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷白板或陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷白板或陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
进一步，优选的是，待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用ISO、FTC、Massachusetts或加拿大深度抽吸模式。
进一步，优选的是，摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
进一步，优选的是，对卷烟燃烧锥灰色进行测定时，则在仿真人体动态抽吸条件下，选取弹烟灰后采集图像进行卷烟燃烧锥灰色计算。
进一步，优选的是，检测陶瓷白板或陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷白板或陶瓷棒得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
进一步，优选的是，预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
进一步，优选的是，对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
进一步，优选的是，通过标准白瓷棒标定后，卷烟燃烧灰色的检测结果Gray为：Gray= Gray2/η标；其中，Gray2为白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
进一步，优选的是，采用标准陶瓷白板进行标定后，在上述白平衡条件下，对白纸和白纸棒分别检测，得到RGB转灰度值Gray平和Gray3，计算标定转换系数η1=Gray3/Gray平；卷烟燃烧灰色的检测结果Gray＇为：Gray＇=Gray2/（η标η1），其中Gray2为白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray＇为相对于标准陶瓷白板的对比值；
所述的白纸和白纸棒均采用待检测卷烟烟支卷烟纸制成。
进一步，优选的是，采集卷烟燃烧灰柱图像的灰度值进行标定，得到Gray4；采集卷烟燃烧前图像中卷烟纸的灰度值进行标定，得到Gray5；所述的标定处理是将采集到的图像中灰度值除以标定转换系数；之后，计算卷烟燃烧灰色：H= Gray4/Gray5×100%；Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
本发明采用标准陶瓷白板进行标定，为了将检测到的立体烟灰灰色转换成与平面白板基准对比，需增加平面到立体转换系数。
本发明摄像系统中包括多个摄像头，保证烟支卷烟灰柱面能全面采集。多个摄像头均匀分布在于烟支垂直方向；打光系统中的光源与摄像头位置邻近，保证烟支打光均匀，且以烟支为中心对称设置。光源的光照度按照实验环境要求选择调整，应满足采集图像清晰，如图1所示。本发明打光系统中的光源为条形光源，并且条形光源中心线与被测卷烟位置的中心轴线一致平行，使卷烟烟支表面打光均匀。本发明检测结果取多个摄像头的均值。
在检测过程中，卷烟烟支点燃后，烟支应保持垂直位置不发生偏移。图像采集时间间隔可以按照测试需求进行自定义，精确至0.1s。
本发明可根据检测需要采集任意段灰柱对卷烟燃烧灰色进行计算。
本发明对于所述的“设定检测处”没有特殊限制，优选为烟支燃烧至距接装纸3mm处，但不限于此，也可根据实际需要自行设定。
在检测灰柱灰色时，图像采集范围最好为卷烟燃烧至距接装纸3mm处，若不能达到上述灰柱长度，已燃烧部分的卷烟长度不应低于35mm。
本发明为了考察不同样品在特定条件下的卷烟燃烧灰色，可按照设定平衡条件进行前处理，也可以对样品进行直接测定，从而分析不同条件下卷烟燃烧灰色。
仿真过程中可选择各种典型的人体卷烟抽吸路径（包括自定义模式）。典型的消费者抽吸过程包括，完成一口抽吸后，消费者手持烟支，以肘为轴心，嘴为起点，烟灰缸为终点的挥臂摆动动作，以及到达烟灰缸后，以腕关节为轴心的翻手腕动作或者在挥臂摆动过程中，同时完成翻手腕动作，最后完成伏案动作或弹烟灰动作。
抽吸位置包括三个位置，起始位置、弹烟位置、伏案位置，如图2所示。
起始位置：手持烟抽吸位置（嘴部附近）；
弹烟位置：人体抽吸过程中烟灰缸的位置；
伏案位置：人体抽吸之后，不进行弹烟灰动作时的烟支停留位置。
本发明采用机器视觉测量的方式，便于对其颜色进行统一评价判断。由于目前不同视觉机器的白平衡参数不统一，会导致不同的机器视觉判断会有所不同。因此，为了得到客观评价的卷烟燃烧灰色，本发明以标准陶瓷白板或陶瓷棒作为基准进行标定。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1. 目前，卷烟灰色的测定通常在静燃垂直燃烧条件下，通过对摄像头感光度、对焦、光圈等条件进行统一设定，选取固定的照明光源，进行拍照后，采用图像软件进行灰度分析。上述分析方法存在以下弊端：①没有建立标准样品的校准，仅能在同条件下进行大小对比，不能形成卷烟灰色与标准样品的实物对比；②针对在不同检测条件下的结果，不能参照同一标准样品进行结果比对，不能进行共同实验；③检测卷烟样品仅能检测单面燃烧灰柱灰色，不能全面检测卷烟燃烧灰色，由于卷烟燃烧段存在搭口面，密度非均匀等差异条件，因此造成检测结果差异性；④无仿真人体抽吸过程动作介入，检测结果缺少客观性。与现有技术相比，本发明提供了包括标准陶瓷白板和白瓷棒、卷烟纸等为基准的检测方法，实现了卷烟灰色与标准样品的实物对比。在不同检测条件下，采用同方法进行校准调节后，可实现不同检测条件下检测结果的对比，可进行共同实验研究；
2. 本发明方法实现了卷烟燃烧灰柱的全视觉图像采集，解决了由于检测样品存在搭扣面，密度非均匀等差异条件，造成单面检测结果差异情况。方法提升了检测结果精确度；
3. 检测过程采用仿真人体抽吸动作介入，不仅可以模拟人体卷烟抽吸全过程动作，还能提供包括ISO、FTC、Massachusetts、加拿大深度抽吸等多种模式下的抽吸检测条件，提升了检测结果的客观性；
4. 提供了卷烟燃烧锥测灰色测定方法，除了检测卷烟燃烧灰柱灰色外，还能提供卷烟燃烧锥灰色的测定。对卷烟燃烧锥的研究提供了客观的量化数据，为卷烟燃烧过程中燃烧锥这一关键因素提供了研究支持。
5. 多组摄像头全视觉采集图像，以及LED光源多面均匀照明，确保采集图像全面客观，质量稳定。
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作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为测定方法示意图。
图2为三个抽吸位置示意图；其中，（a）为起始位置，（b）为弹烟位置；（c）为伏案位置；
其中，1、光源；2、摄像头；3、待检测卷烟烟支、陶瓷棒或白纸棒；4、机械手；5、模拟弹灰装置；6、烟支夹持器；
图3为ISO标准抽吸条件下卷烟样品垂直静态燃烧40 mm长度对应样品图；
图4为ISO标准抽吸和仿真动态条件下35 mm卷烟燃烧锥灰色值对应样品图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将标准陶瓷白板或按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷白板或陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷白板或陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
实施例2
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将标准陶瓷白板或按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷白板或陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷白板或陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用加拿大深度抽吸模式。
摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
检测陶瓷白板或陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷白板或陶瓷棒得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
实施例3
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用Massachusetts抽吸模式。
摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷棒得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
通过标准白瓷棒标定后，卷烟燃烧灰色的检测结果Gray为：Gray= Gray2/η标；其中，Gray2为白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
实施例4
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将标准陶瓷白板置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷白板的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷白板图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用FTC抽吸模式。
摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
检测陶瓷白板或陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷白板得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
采用标准陶瓷白板进行标定后，在上述白平衡条件下，对白纸和白纸棒分别检测，得到RGB转灰度值Gray平和Gray3，计算标定转换系数η1=Gray3/Gray平；卷烟燃烧灰色的检测结果Gray＇为：Gray＇=Gray2/（η标η1），其中Gray2为白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray＇为相对于标准陶瓷白板的对比值；
所述的白纸和白纸棒均采用待检测卷烟烟支卷烟纸制成。
实施例5
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用ISO抽吸模式。
摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷白得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
采集卷烟燃烧灰柱图像的灰度值进行标定，得到Gray4；采集卷烟燃烧前图像中卷烟纸的灰度值进行标定，得到Gray5；所述的标定处理是将采集到的图像中灰度值除以标定转换系数；之后，计算卷烟燃烧灰色：H= Gray4/Gray5×100%；Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
实施例6
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将标准陶瓷白板或按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷白板或陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷白板或陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用ISO抽吸模式。
摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
检测陶瓷白板或陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷白板或陶瓷棒得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
通过标准白瓷棒标定后，卷烟燃烧灰色的检测结果Gray为：Gray= Gray2/η标；其中，Gray2为白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
对卷烟燃烧锥灰色进行测定时，则在仿真人体动态抽吸条件下，选取弹烟灰后采集图像进行卷烟燃烧锥灰色计算。
实施例7
一种卷烟燃烧灰色的测定方法，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算。
待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用Massachusetts抽吸模式。
摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷棒得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
采集卷烟燃烧灰柱图像的灰度值进行标定，得到Gray4；采集卷烟燃烧前图像中卷烟纸的灰度值进行标定，得到Gray5；所述的标定处理是将采集到的图像中灰度值除以标定转换系数；之后，计算卷烟燃烧灰色：H= Gray4/Gray5×100%；Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
分别选择不同燃烧长度范围内的图像采集数据，多组摄像头在选择范围内的灰色分别为H1、H2…Hn，H1、H2…Hn分别是测试样品多面实时采集数据的加权平均值，测试卷烟样品的灰色按照H0=1/n
Figure DEST_PATH_IMAGE002
进行计算。
应用实例
检测样品：本测定方法适用于全部烟支规格样品，在实施例中以常规烟支24.0 mm圆周，84.0 mm长度为测定样品说明，采用的样品为卷烟开发过程中不同配方的四个实验样品。
测试配置：控制系统：分析软件：FZ-PanDA（OMRON 日本）；打光光源：JL-LR-100X30（嘉励 国产）；摄像头型号：FH-SC04（日本 OMRON），镜头型号：3Z4S-LE（日本 OMRON）。
测试环境：温度：（22±2）℃，相对湿度：（60±5）%。
具体操作步骤如发明内容所述：
1. 测定样品卷烟在测定前按照GB/T 16447标准要求，平衡48 h。
2. 将标准陶瓷白棒采用机械手夹持，置于夹持位置的陶瓷棒轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
3. 预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标。
4.本实施例选择测定模式采用在ISO标准抽吸模式下静态检测和ISO标准抽吸模式下仿真人体抽吸动作进行卷烟燃烧锥灰色检测。静态检测模式下，检测样品抽吸点火后，在ISO规定的标准抽吸模式下，机械手进入垂直静态燃烧工位开始检测；仿真人体抽吸模式下，检测样品抽吸点火后，在ISO规定的标准抽吸模式下，机械手模拟人体抽吸动作开始检测，采集弹烟灰后的卷烟燃烧锥图像进行卷烟燃烧锥灰色分析。
摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像，图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次，卷烟燃烧至距接装纸3 mm处，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集。
5. 卷烟燃烧灰色的检测结果为：Gray= Gray2/η标。其中，Gray2为上述设定白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
6. 实施例采用三组摄像头进行实时全视觉图像采集，在选择范围内的灰色分别为三组摄像头采集灰色的均值，三组摄像头采集到的灰色值分别记做G1，G2，G3值，测试结果Gray样=（G1+G2+G3）/3。检测到的Gray样越大，说明测定样品的灰色白度越大，卷烟燃烧外观美观度越好。
7. 表1和图3是应用实例检测到的静态抽吸检测条件下卷烟样品燃烧灰色。从检测数据和对应的检测图可以看出，样品2的灰色略好于样品1。从检测样品的三面检测结果来看，SD值最小为3.9,最大为12.7，可见采用单面图像采集对样品进行评价会出现加大偏差。
8. 表2和图4是应用实例检测到的仿真人体抽吸动作条件下卷烟样品燃烧锥灰色。从检测数据和对应的检测图可以看出，样品3的燃烧锥灰色略好于样品4。从样品3中，2#样品第二拍摄角度，3#样品第一和第二拍摄角度可以看出，灰色值低，对照采集图像分析由于碳化效果不好导致。可见，通过对卷烟燃烧锥灰色进行检测和研究，对卷烟配方优化具有指导意义。
表1 ISO标准抽吸条件下卷烟样品垂直静态燃烧40 mm长度烟灰灰色值
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表2 ISO标准抽吸和仿真动态条件下35 mm长度卷烟燃烧锥灰色值
Figure DEST_PATH_IMAGE006
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，采用机械手仿真装置进行测定；所述的机械手仿真装置包括控制系统、机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统；
控制系统分别与机械手、摄像系统、打光系统和点烟系统相连，用于控制机械手的运动，以及摄像系统、打光系统和点烟系统的工作，还用于采集摄像系统拍摄的图片进行处理，得到卷烟燃烧灰色；摄像系统中的摄像头有多个；
所述的卷烟燃烧灰色的测定方法包括如下步骤：
步骤（1），将标准陶瓷白板或按照卷烟规格制备的标准陶瓷白棒置于夹持位置，其轴向方向与摄像系统的摄像头和打光系统的光源垂直；通过控制系统启动摄像系统、打光系统；
步骤（2），预先设定陶瓷白板或陶瓷棒的灰度值为Gray0，检测陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡；摄像系统采集陶瓷白板或陶瓷棒图像，得到陶瓷棒灰度，将此灰度值Gray1与预先设定的Gray0之比作为标定转换系数η标；
步骤（3），标定后将待检测卷烟烟支采用机械手夹持；通过控制系统启动机械手和点烟系统，机械手和点烟系统配合仿真人体点烟动作，点燃待测卷烟烟支后，机械手静止或开始按仿真人体的卷烟抽吸路径进行运动，摄像系统采集卷烟燃烧前图像并实时采集卷烟燃烧灰柱图像；卷烟燃烧至设定检测处时，停止对卷烟燃烧灰柱图像的采集；
步骤（4），在采集到的卷烟燃烧灰柱图像中，在烟支燃烧起始端2mm到至距接装纸3mm之间选取其中连续35mm长度的灰柱图像进行卷烟燃烧灰色的计算；
采用标准陶瓷白板进行标定后，在上述白平衡条件下，对白纸和白纸棒分别检测，得到RGB转灰度值Gray平和Gray3，计算标定转换系数η1=Gray3/Gray平；卷烟燃烧灰色的检测结果Gray＇为：Gray＇=Gray2/（η标η1），其中Gray2为白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray＇为相对于标准陶瓷白板的对比值；
所述的白纸和白纸棒均采用待检测卷烟烟支卷烟纸制成。
2.根据权利要求1所述的卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；
抽吸模式采用ISO、FTC、Massachusetts或加拿大深度抽吸模式。
3.根据权利要求1所述的卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；光源有3个，且以烟支为中心对称设置；在光照度范围为6000lx±1000lx，色温范围为6000K±1000K的可波动范围内的环境条件进行检测；摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；光源色温≥4500K；图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。
4.根据权利要求1所述的卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，对卷烟燃烧锥灰色进行测定时，则在仿真人体动态抽吸条件下，选取弹烟灰后采集图像进行卷烟燃烧锥灰色计算。
5.根据权利要求1所述的卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，检测陶瓷白板或陶瓷棒RGB数值，据此调节摄像头的白平衡的具体方法为：
将检测陶瓷白板或陶瓷棒得到的R、G、B值，以1/R:1/G:1/B的比例设定摄像头的白平衡。
6.根据权利要求1所述的卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，预先设定陶瓷棒的灰度值为Gray0=255。
7.根据权利要求1所述的卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，对摄像头采用到的图像转换为灰度值的具体方法为：
灰度值=R*0.299+G*0.587+B*0.114；
其中，R、G、B为摄像头采用到的图像R、G、B值。
8.根据权利要求1所述卷烟燃烧灰色的测定方法，其特征在于，通过标准白瓷棒标定后，卷烟燃烧灰色的检测结果Gray为：Gray= Gray2/η标；其中，Gray2为白平衡条件下的烟支灰度检测值，Gray为相对于标准白瓷棒的对比值。
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