CN112384087B - 用于分析杆状吸烟物品的装备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于分析杆状吸烟物品的装备。该装备包括：被布置成照射物品(30)的一区域x射线辐射源(10)，被布置成检测来自物品的一区域的x射线辐射并从中产生二维图像数据的一个或多个区域图像传感器(12)，以及被布置成在轴向方向上移动所述杆吸烟物品(30)或所述传感器(12)的驱动机构。处理单元(20)被布置成处理由所述区域图像传感器(12)在多个不同的轴向位置处产生的二维图像数据，并据此产生输出。所述处理单元可被布置成输出要被显示的二维图像和/或输出经处理的维度或质量信息。

Description

用于分析杆状吸烟物品的装备

本发明涉及用于分析杆状吸烟物品的装备。本发明在确定吸烟物品(诸如卷烟或热不燃(heat-not-burn)烟杆)的物理属性方面具有具体但非排他性的应用，所述物品具有隐藏特征，诸如胶囊、插入物、复杂的滤嘴构造、内部箔或加热元件，其位置和/或结构完整性无法通过目视检查或在不破坏样品的情况下确定。

吸烟的已知不良影响包括慢性阻塞性肺疾病(COPD)、心脏病、癌症和中风。烟草公司试图通过推广加热烟草而不是燃烧烟草的新产品来降低吸烟的影响。这些产品通常被称为热不燃(HNB)产品。通常，HNB产品包括电子加热设备和由烟草制成的一次性烟杆，以及用于冷却烟雾并过滤蒸汽流中残余颗粒的其他组件。这些一次性HNB烟杆的构造比传统卷烟复杂得多，并且因此制造速度较低，并且在商业环境中制造出错的可能性较高。

HNB烟杆可能取决于制造商而具有不同的构造，但通常将具有烟草元件、滤嘴元件和传送管。可能存在其他物理组件，如碳块、香料胶囊、箔、金属条等等。所述烟杆用纸包裹起来，以与传统卷烟没什么区别的形式将其保持在一起，并且可进一步包括水松纸和诸如薄荷醇之类的香料。

在HNB烟杆的制造期间，有必要进行质量控制以确定物理构造是否符合规定。任何内部缺陷都将被包装所掩盖。这意味着HNB烟杆的各组件不能使用常规卡钳和检查装备进行检查，除非拆解该烟杆。但是，拆解烟杆是一项耗时的活动，会破坏证据，并且拆解的行为可能会干扰组件并导致检查没有结果。更可接受的方法是原位检查各种组件。

使用可见光的相机系统已经被用来检测传统卷烟中的缺陷。例如，通过援引将其主题纳入本文的WO 2004/083834公开了一种用于使用可见光或红外光分析卷烟的成像系统。然而，此类系统对于HNB烟杆可能是无效的，其中HNB烟杆的样品可能具有厚纸、外部金属箔、组件之间的密度差异很小，或者其中样品太厚而无法让光线通过。

或者，可以部署扫描微波系统。但是，这些系统要求组件之间的密度存在显著差异或水分含量存在显著差异才能有效工作。此外，如果存在金属外包装或金属特征带，它们可能无法工作。它们通常也具有低空间分辨率(约0.1mm或以上)，并且只能在一个平面上进行辨别(即产生二维“图像”)。因此，此类系统可能能够确定组件(诸如充液胶囊)的纵向位置，但不能确定其径向位置。

通过援引将其主题纳入本文的DE 102014209721公开了一种确定杆状物品的属性的方法，其中该物品被定位在x射线源和x射线检测器之间。所述物品被绕其轴线旋转，并在不同旋转位置记录x射线图像。然后，借助CT算法从所记录的x射线图像中构造物品的3D模型，并对该3D模型进行评估以确定物品的属性。

DE 102014209721的系统的缺点是其需要样品被旋转、拍摄多个图像，以及使用CT算法构建三维模型。因此，该系统可能运行缓慢，并且制造昂贵。

因此，提供一种用于确定杆状物品的物理属性的系统将是合乎需要的，该系统适合于分析诸如HNB烟杆之类的产品，其能够进行高速处理和/或其制造相对便宜。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于分析杆状吸烟物品的装备，该装备包括：

x射线辐射源，被布置成照射所述物品的一区域；

区域图像传感器，被布置成检测来自所述物品的一区域的x射线辐射并从中产生二维图像数据；

驱动机构，被布置成在轴向方向上移动所述杆状物品或所述传感器；以及

处理单元，被布置成处理由所述区域图像传感器在多个不同的轴向位置处产生的二维图像数据，并据此产生输出。

本发明可以提供如下优点：它可以允许在不需要样品旋转或形成3D图像的复杂性的情况下对诸如HNB烟杆之类的产品进行分析，其中所述样品可以具有厚的纸、外部金属箔、组件之间的小密度差，和/或样品太厚而无法让光通过。因此，本发明可以提供一种解决方案，该解决方案与先前已知的技术相比本质上更简单且更便宜，并且/或者其适合用于高速处理应用。

“在轴向方向上”优选地意味着物品和传感器之间的相对移动是在基本上平行于杆状物品的纵轴的方向上产生的。例如，可以移动物品或传感器或这两者。然而，将理解，设想了与此的一些偏差，并且物品的纵轴可以与移动方向成(非零)角。

吸烟物品可以是任何类型的吸烟物品，诸如常规卷烟或热不燃烟杆。所述杆状吸烟物品可包括多个组件，并且因此所述装备可被布置成分析包括多个组件的杆状吸烟物品。

吸烟物品可包括至少一个隐藏特征，该特征优选地是其位置和/或结构完整性不能通过目视检查或在不破坏样品的情况下确定的特征。例如，吸烟物品可包括一个或多个内部组件，诸如胶囊、插入物、复合滤嘴结构、内部箔或加热元件。

x射线辐射优选地是波长短于紫外线且长于伽马射线的电磁辐射。例如，x射线辐射可以具有0.01到10nm之间的波长。

区域图像传感器优选地是布置成在任何时刻对物品的特定区域而不是整个物品进行成像的传感器。这样，可以选择区域图像传感器的大小以匹配物品的感兴趣区域。例如，在一些实施例中，区域图像传感器可以在每个方向上对在5mm到30mm之间的矩形区域进行成像，但是，当然可以改为使用其他值。这可以允许降低区域图像传感器的成本，并且可以允许使用标准组件。

优选地，区域图像传感器被布置成对小于杆状吸烟物品的长度的区域进行成像。这可以允许当物品相对于传感器在轴向上移动时，使用相对较小且低成本的传感器来对物品的不同部分进行成像。

区域图像传感器可以包括例如平板x射线检测器，其可以是例如CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合器件)类型。这样的设备容易获得，并且因此可以以相对低的成本提供。

原则上，如果在将物品绕其轴旋转的同时拍摄一系列图像，并且建立物品结构的三维图像，则可以增强从图像数据获得的信息。然而，在实践中已经发现，这可能涉及过多的等待时间。已经发现，通过同时以彼此成90°或以另一适当角度拍摄两幅图像，可以获得类似的益处。

因此，该装备可包括围绕杆状物品(相对于其纵轴)周边来布置的两个或多个区域图像传感器(诸如平板检测器)。优选地，两个区域图像传感器相对于物品在纵向(轴向)上布置在相同或相似的位置，而在周边方向上彼此成一定角度。因此，每个区域图像传感器可被布置成对物品在纵向上的相同或相似部分成像，但在周边方向上从不同的角度对其成像。例如，当围绕杆状物品在周向上观察时，两个区域图像传感器可以彼此正交。优选地，两个区域图像传感器被布置成同时对物品的一区域进行成像。这可以允许在三个(可能正交的)方向上观察或确定物品的物理属性，而无需旋转样品或构建三维图像。

两个或更多的区域图像传感器可由单个源照射。因此，x射线辐射源可被布置成产生足够宽以被这两个区域图像传感器检测到的辐射束。这可能有助于降低装备的成本，同时允许从三个方向观察或确定物品的物理属性。

如果需要，可以使用三个或更多个区域图像传感器，这些传感器被例如布置在围绕物品周边的不同位置处，以便收集附加信息。

优选地，处理单元被布置成处理由区域图像传感器中的每一者产生的二维图像数据，并据此产生输出。例如，处理单元可以被布置成确定物品或物品组件在三个正交方向(诸如x、y和z轴)上的位置特性。

优选地，处理单元被布置成处理在无需旋转杆状吸烟物品的情况下所产生的图像。这可以促进高速处理和/或帮助避免复杂性和成本。

处理单元可被布置成输出要显示的至少一个二维图像和/或输出经处理的三维或质量信息。例如，处理单元可被布置成输出来自(一个或多个)区域图像传感器的个体二维图像或复合二维图像。图像可以被直接输出到显示器，或者例如输出到通信模块以供传输，或者输出到存储设备以供稍后显示。显示器可以是所述装备的一部分，也可以是外部显示器。

在一个实施例中，处理单元被布置成从由区域图像传感器在物品的多个不同轴向位置处产生的二维图像数据中生成复合二维图像。这可以通过将来自不同区域的图像“缝合”在一起来对物品整体(或比在任何时候可以成像的部分更大的部分)进行成像。然而，作为补充或替换，来自(一个或多个)区域图像传感器的个体图像可以被显示。

处理单元可以被布置成对要显示的图像应用滤波。滤波可被应用于复合图像或个体图像，或这两者。例如，滤波器可以是宽色调范围滤波器、暗色调范围滤波器、动态压缩滤波器或任何其他类型的滤波器中的一者或多者。这可允许在图像中增强物品的某些组件或特征。

优选地，处理单元被布置成执行分析二维图像数据中的强度和/或色彩的变化的成像算法。例如，处理单元可以被布置成执行边缘检测算法、阈值算法、分割算法、距离测量算法和/或任何其他适当的成像算法。这可允许处理单元，例如，标识物品的组件、测量物品或其组件的物理属性和/或检测缺陷。

优选地，处理单元被布置成在二维图像中标识物品的组件。这可以例如使用成像算法来实现，所述成像算法分析图像的强度中的变化以标识个体组件所识别的组件可通过例如在图像上标记它们、突出显示它们、以不同颜色显示它们或以任何其他方式来指示给用户。

优选地，处理单元被布置成确定物品或其组件的一个或多个物理属性。这可以使用成像算法来实现，所述成像算法分析图像的强度中的变化以确定所述物理属性。

所述物理属性可以包括以下一者或多者：组件尺寸；组件在物品中的位置；物品长度；物品直径；物品同心度；烟塞(tobacco plug)长度；烟管长度；滤嘴长度；包装纸长度；箔片外包装长度；烟管外径；箔片的位置；烟管的内径；插入组件的长度；烟管的同心度；烟管的壁厚；插入组件的位置；插入组件的直径；插入组件的同心度；组件之间的间隙大小；组件的端切角；水松纸和/或封纸的外包装；烟草填充物的密度；烟条的紧头偏移；再造烟草卷曲的均匀性；从一种成分到另一种成分的污染；滤嘴中碳分布的均匀性；滤嘴和/或烟条中插入元件的纵向和径向定位；或者可以从图像数据确定的任何其他物理属性。在烟管的情况下，该烟管可以是中空的醋酸纤维管或任何类型的传送管。

替代地或另外地，处理单元可以被布置成检测物品中的缺陷。这可以使用成像算法来实现，所述成像算法分析图像的强度中的变化并将它们与预定标准进行比较。所述缺陷可以包括以下一者或多者：组件之间的不想要的间隙；不均匀的烟草卷曲；烟草向其他组件的迁移；烟管缺乏同心度；插入组件缺乏同心度；组件损坏或破裂；错位组件；缺失组件；畸形组件，或可以从图像数据中确定的任何其他缺陷。

处理单元可被布置成通过使用经校准的或已知的内部标准、掩模或网格来确定组件和/或缺陷的尺寸。

驱动机构可以被布置成以实现杆状物品和传感器(和源)这两者之间的相对移动的方式来移动杆状物品本身或传感器(和源)或这两者。通常，移动物品将更容易，因此，在优选实施例中，驱动机构被布置成移动物品。

优选地，该装备包括用于保持杆状物品的装置。例如，所述驱动机构可以包括用于保持所述杆状物品(或者所述物品可被保持静止并且区域图像传感器可以移动)。所述用于保持物品的装置可以包括例如，卡盘(诸如真空卡盘)，或者任何其他合适的保持装置(诸如夹钳或推合保持器)。驱动机构可被布置成沿着杆状物品的轴线移动保持装置，并从而移动杆状物品。

优选地，所述保持装置被布置成保持单个吸烟物品。这可以促进高速处理和/或帮助避免复杂性和成本。

优选地，所述驱动机构被布置成使得所述杆状吸烟物品不相对于所述区域图像传感器旋转。因此，驱动机构可以被布置成在物品和区域图像传感器之间产生线性轴向移动，而不是旋转移动。这也可以促进高速处理和/或帮助避免复杂性和成本。

该装备还可以包括控制单元，用于控制驱动机构的操作。例如，控制单元可以控制驱动机构以移动所述物品和/或区域图像传感器，使得所述传感器能够生成与所述物品的多个不同轴向位置相对应的图像数据。

控制单元可被布置成控制驱动机构以移动所述物品和/或传感器，使得所述物品的感兴趣区域在所述传感器的视野中。这可以允许对物品的特定感兴趣区域(诸如包含特定组件的区域或在两个组件之间的界面处)进行成像。如果需要，可以在所述物品相对于所述传感器静止时拍摄图像，可以使用相对长的曝光时间，和/或可以拍摄和组合多个图像，以便获得相对高质量的图像数据。

该装备还可包括用于记录物品位置的位置编码器和/或用于保持物品(或在适当情况下保持传感器)的装置。这可有助于确保控制单元知道物品(相对于传感器)的当前位置，这进而有助于确保物品被移动到正确的位置。此外，可以记录产生图像数据时物品的位置，这可以促进将图像数据组合成复合图像。

如上所述，通过在区域图像传感器前面在轴向上移动物品，可以将多个图像组合成更大的复合图像。然而，这可能有一些缺点：图像构造可能很慢，除非在图像质量上妥协。在一个实施例中，通过在物品的某些部分上快速扫描和在需要更高分辨率图像的感兴趣区域上慢速扫描来克服该缺点。

因此，控制单元可被布置成控制驱动机构以移动所述物品和/或所述传感器，使得两者之间的相对移动在物品的一些轴向位置上比在其他轴向位置更快。例如，在一些轴向位置中，样品可以在相对长的时间内保持静止，或者可以在产生图像数据时以相对低的速度移动，而在其他轴向位置中，样品可以在相对短的时间内保持静止，或者可以在产生图像数据时以相对高的速度移动。因此，物品静止的时间和/或移动的速度在不同的轴向位置之间可变化。这样的布置可以有助于确保快速获得图像，同时确保对于关键区域获得足够高分辨率的图像。

处理单元可被布置成产生复合图像，该复合图像包括具有较高质量图像数据的至少一个区域和具有较低质量图像数据的至少一个区域。例如，可以在物品静止或相对于传感器以第一速度移动时产生较高质量的图像数据，并且可以在物品静止较短时间段时、或在物品正在移动时、或在物品相对于传感器正以高于第一速度的第二速度移动时产生较低质量的图像数据。

替换地或另外地，可以使用较长的曝光时间和/或通过拍摄多个图像来产生较高质量的图像数据，并且可以使用较低的曝光时间和/或使用单个或较少数量的图像来产生较低质量的图像数据。

还可以提供相应的方法。因此，根据本发明的另一方面，提供了一种分析杆状吸烟物品的方法，该方法包括：

用x射线辐射照射物品的一区域；

检测来自物品的一区域的x射线辐射并从中产生二维图像数据；

在轴向方向上移动所述杆状物品或所述传感器。

检测来自物品的另一区域的x射线辐射并从中产生二维图像数据；以及处理来自多个不同轴向位置的二维图像数据，并据此产生输出。

本发明的一个方面的特征可以与任何其他方面一起提供。装备特征可与方法方面一起提供，反之亦然。

如本文所使用的，除非上下文另有暗示，否则诸如“轴向”、“径向”和“周向”之类的术语优选地参照杆状物品的纵轴来定义。

现在将参考各个附图纯通过示例的方式来描述本发明的优选特征，附图中：

图1示出了热不燃(HNB)烟杆的示例；

图2示出了本发明的一实施例中的测试装备的各部分；

图3示出了从上方看时的图2的装备的各部分；

图4示出了x射线源的各部分；

图5示出了典型面板检测器的各部分；

图6示出了HNB烟杆的复合图像；

图7示出了HNB烟杆的经数字化处理以增强对比度的复合图像；

图8示出了HNB烟杆的一部分的两个正交图像；

图9示出了HNB烟杆的另一部分的两个正交图像。

图1示出了热不燃(HNB)烟杆的示例。参考图1，烟杆1通常为杆状(圆柱形)，具有穿过其中心的长纵轴。在本例中，y轴被定义为位于纵向(轴向)方向，而x轴和z轴被定义为位于杆状烟杆的径向方向。

HNB烟杆1包括烟塞2、传送管3和滤嘴4，所有这些组件都被包裹在纸5中。由于烟杆不燃烧，因此，包装纸5可能比传统卷烟更厚。也可以在烟杆的一部分上提供箔片外包装6。烟塞2可以是烟叶或再造烟草，并且可以被切碎或卷曲成凹槽形式。传送管3可以由纸、塑料或成型的醋酸纤维制成。滤嘴4可由就地卷曲的聚乳酸(PLA)或单醋酸纤维制成。可能存在其他物理组件(未示出)，诸如碳块、香料胶囊、金属箔等等。该烟杆可能还包括水松纸和诸如薄荷醇之类的香料。将理解，HNB烟杆的确切构造将取决于制造商而变化，因此，本描述是作为示例而不是限制来给出的。

在使用中，消费者将HNB烟杆插入分开的加热装置，该装置包含电子控制的加热器。通常，经加热的刀片被插入烟塞。经加热的刀片将烟草加热以产生蒸汽。该蒸汽被通过传送管和滤嘴抽吸，并被消费者吸入。

在HNB烟杆的制造期间，有必要进行质量控制以确定物理构造是否符合规定。任何缺陷都可能对消费者满意度以及尼古丁和潜在有害化合物向消费者的传递产生重大影响。缺陷可被定义为例如，缺失元件、错位元件、元件之间的间隙、畸形的元件、损坏的元件等。在所有情况下，这些缺陷都可能被包围HNB烟杆的组件的包装物所掩盖，并且因此不能使用常规卡钳和检查装备进行检查，除非将烟杆拆解。

已知使用可见光的相机系统(诸如WO 2004/083834中公开的那些)能够检测传统卷烟中的缺陷。然而，这些系统通常不适用于分析HNB烟杆，HNB烟杆可能具有厚纸、外部金属箔和元件之间的小的密度差。

在本发明的实施例中，使用的x射线波长范围(而不是可见光或红外)内的辐射来执行质量控制分析。通过将辐射波长改变到x射线区，辐射有可能穿透被测的物品。可以使用区域图像传感器生成物品的图像。当图像经过适当的数字化处理以增强感兴趣的特征时，这将在两个维度上提供图像分辨率。这给出了x和y方向上的维度信息，具有来自单个图像帧的0.05mm或更好的实际分辨率。

对于许多应用，大型平板图像传感器的成本可能是禁止的。然而，通过在较小检测器前方横向移动被检查的样品，诸图像可以被组合成较大图像。这可能有一些缺点：图像构造很慢，除非在图像质量上妥协。在本发明的实施例中，通过在样品的大部分上快速扫描，并随后在感兴趣的区域上慢速扫描以便生成高分辨率图像，来克服这一缺点。

原则上，如果在拍摄一系列图像的同时将样品旋转，并且建立HNB烟杆的结构的准三维图像，则可以增强从图像数据获得的信息。这将增强某些组件特征，诸如沿烟杆的长度的烟草密度或插入元件(如香料胶囊)的径向定位。然而，在实践中，这可能涉及过多的等待时间，并且已经发现，通过同时以彼此成90°或以另一适当角度拍摄两幅图像，可以获得类似的益处。这给出了有关诸如胶囊和箔之类的物体的径向放置的信息，以及关于烟管中孔的同心度的信息，诸如在HNB烟杆的构造中存在空心醋酸纤维管时存在的孔。以这种方式斜角成像还可以给出与HNB烟杆的组件的包装密度(如烟草卷曲)有关的附加信息。

图2示出了根据本发明的一实施例的测试装备的各部分。参照图2，该装备包括x射线源10、x射线面板检测器12、真空卡盘14、驱动机构16、控制单元18、处理单元20、输入设备21、显示器22和报警单元28。真空卡盘14用于使用真空来保持样品30。这使样品30相对于源10和检测器12保持就位。驱动机构16位于x射线源10和面板检测器12的视线之外。

图3示出了从上方看时的图2的装备的各部分。参考图3，在该示例中，两个x射线面板检测器12被布置在围绕样品30周边的不同位置处，并被保持器13保持就位。x射线源10被布置成用x射线辐射束31照射样品30，使得每个检测器12接收到穿过样品30或被样品30反射的辐射。面板检测器12各自位于平行于样品30的轴线的平面内，但彼此成一角度，以便每个检测器沿圆周观察样品的不同区域。在这一示例中，两个检测器基本上彼此正交(90°)，但是可以改为使用其他角度。如果需要，还可以提供附加的面板检测器。

图4示出了在一个实施例中的x射线源10的各部分。参照图4，x射线源包括灯丝32、阴极34、靶36、铍窗38和外壳壁40。在操作中，灯丝32用于加热阴极34以产生电子42。电子42被处于高电压的靶(阳极)36加速至高速。高速电子与靶碰撞，从而产生x射线44。x射线经由铍窗38被发射到外部。

面板检测器12是在本领域中已知类型的平板x射线检测器(区域图像传感器)。平板x射线检测器是一类固态x射线数字放射摄相设备，其原理类似于数字摄影和视频中使用的图像传感器。平板x射线检测器检测x射线辐射并将其转换成表示图像的电信号。检测到的辐射是来自x射线源10的辐射，其在穿过样品30或被样品30反射时受到可变衰减。面板检测器可以是CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合器件)类型，具有适当的闪烁体器件，或任何其他适当类型。面板检测器通常包括多个功能块，诸如定时发生器、垂直和水平移位寄存器、读出放大器、A/D转换器和低压差分信令(LVDS)。这产生具有高信噪比的数字信号，其使得传感器面板易于集成到标准数字成像工具中。面板检测器可包括全局快门功能，该功能允许同步x射线照明定时以进行图像的单个拍摄。

图5示出了典型面板检测器的各部分。参照图5，面板检测器包括感光区域46、定时发生器48、垂直移位寄存器50、水平移位寄存器52、列CDS(相关双采样)电路54、图像放大器56和数模转换器58。本示例中的感光区域46包括1000×1500像素并且具有约20mm×30mm的面积，但是当然可以改为使用其他值。在操作中，定时发生器48被用于生成用于移位寄存器50、52的定时信号以便从感光区域46中读出数据。数据由图像放大器56放大，并由模数转换器58转换为数字式以产生图像数据。面板检测器，诸如图5中所示的那些面板检测器，在本领域中是已知的，并且在牙科应用中通常用于口腔内x射线成像。

面板检测器12比被测样品更小，使得可以在相对短的时间段内通过单次曝光对样品的小的感兴趣区域拍摄高质量图像。当与图像检测器像素尺寸一起考虑时，源10和样品30之间以及样品30和检测器12之间的距离被优化以给出足够的图像放大率以获得所需的空间分辨率。过度放大被避免，因为存在与曝光时间有关的折衷，必须将曝光时间最小化以允许与将装备用用于高速处理的质量保证相称的分析周期时间。

回头参考图2，驱动机构16包括平台23、驱动电机24、丝杠25以及位置编码器26。真空卡盘14被附连到平台23，平台23借助电机24和丝杠25进行平移。丝杠25与样品30的轴对齐，使得电机24的旋转引起样品相对于源10和检测器12在轴向上移动。控制单元18被用于控制电机24的操作，以便将样品30移动到适当的位置以供成像。对真空卡盘的精确位置参考由位置编码器26测量并发送到控制单元18。位置编码器26可以被适配到驱动机构16或真空卡盘14本身。在控制单元18的控制下的驱动机构16可以按照编码器26测量的增量来精确地平移样品30。

在操作中，首先将样品30移动到使感兴趣区域处于检测器12的视野中的位置。然后，由面板检测器12拍摄样品的图像并将其传送到处理单元20。然后，将样品在轴向上移动到另一位置。在该位置中，拍摄另一对图像并将其传送到处理单元20。可对样品的多个不同位置重复该过程。优选地，移动样品使得沿着其整个长度拍摄图像，其中每一图像与下一图像邻接或重叠。如果需要，样品的某些部分可以在样品正在移动时和/或用比其他部分减少的曝光时间被成像。处理单元20处理各图像以产生复合图像和/或确定样品30的组件的物理属性。

控制单元18和处理单元20都可以实现为在诸如个人计算机之类的适当处理器上执行的软件例程。控制单元18和处理单元20两者都被连接到输入设备21。输入设备可以包括例如键盘和/或鼠标，并且被用于输入测试参数和控制该系统的操作。处理单元20被连接到用于显示分析结果的显示器22。控制单元也可以被连接到显示器上，以便于参数输入和系统控制。

处理单元20包括合适的成像算法，所述成像算法用于基于样品的不同区域的个体图像来产生复合图像。一旦复合图像已经产生，就可以应用进一步的图像处理算法。例如，可以应用不同的对比来突出被测样品中的不同特征和缺陷。

处理单元20还被布置成分析个体图像和/或复合图像以辨别图像中的一个或多个特征。典型的成像软件使用一个或多个已知算法来检测数字图像中对象的边缘。此类算法通常涉及测量用于定义一个点的对比度水平(在该点处边缘被定义为存在)以及沿着所定义的边缘的长度(以像素为单位)，该长度被用于确定连续且真实的边缘，并且涉及确定检测到的边缘是真实边缘的概率的统计考虑。通过分析图像的水平和垂直区域投影来检测边缘。在使用双峰直方图阈值检测算法对图像进行“阈值化”之后，使用基本分割技术来检测与内部空隙等相对应的亮点。WO 2004/083834中公开了合适的成像算法的示例，其主题通过援引纳入本文。

在上述布置中，驱动机构16可以按照编码器测量的增量来精确地平移样品30，以将感兴趣区域移动到检测器12的视野。此时，可以以正交角度拍摄两幅高质量图像。或者，可以拍摄和覆盖一系列高质量图像(相对长的曝光时间)，以产生更高质量的图像。

在平移到第二或第三感兴趣区域期间，可以在移动样品时拍摄较低质量的图像。处理单元20可将这些图像与高质量图像叠加以形成被测样品的复合图像，该复合图像具有供分析的高质量的关键区域和具有较低图像质量(因此具有较不详细的信息)的较不关键区域。使用这种较低质量图像的一个示例可能是确定在滤嘴生产期间在120mm长度上的所谓达尔马提亚(Dalmatian)滤嘴(具有分散在醋酸纤维丝束中的碳的滤嘴)中的碳的总体分布。较高质量的图像可被用于杆的两个组合部分的界面处，其中可能存在由诸元件中的一个元件的角度切割造成的亚毫米大小的空隙，而较低质量的图像可用于其他地方。

所提出的技术是对现有相机技术的重大改进，其中所需的信息可以快速获得，例如与30到60秒相对照在5到10秒内获得；它们可以提供在x和y方向上的详细空间信息；它们不受诸如箔之类的阻挡元件的纸张厚度的影响；它们可以确定材料密度的变化(类似于微波成像)；它们可以找出所包含的对象(例如箔或胶囊)，确定它们的形状，确定它们的位置，确定它们是否损坏；并用合适的算法定义分段长度以及诸分段元件中的间距。

可以使用已知技术对图像进行适当的数字化处理以增强对比度。可以从单个图像或一对图像中确定以下一者或多者：

·杆的端切角

·HNB烟杆内的组件的长度

·HNB烟杆内的组件的直径

·HNB烟杆中的各组件之间的间隙

·HNB烟杆中所有元件的存在

·水松纸和封纸的外包装

·沿烟条的烟草填充密度

·烟条的紧头偏移(Dense end offset)(制造烟条时用于防止热煤脱落(hotcoal fall out)的参数)

·再造烟草卷曲的均匀性

·从一种成分到另一种成分的污染，例如烟草到中空醋酸纤维管(HAT)

·“达尔马提亚”滤嘴中的碳分布的均匀性

·滤嘴和烟条中的插入元件(例如箔和胶囊)的纵向和径向定位

·HAT的内和外表面的同心度

·HAT和纸管的壁厚

·胶囊的完整性(爆裂/未爆裂)

·插入计数

目前可用的技术，诸如微波扫描或光学成像，要求使用多种测量技术来收集缺陷信息，或者由于难以确定任何潜在缺陷的存在或性质，所述缺陷可能无法被检测到。

图6示出了HNB烟杆的示例复合图像。所述复合图像通过将在样品30处于相对于面板检测器12的不同位置被拍摄的图像“缝合”在一起来获得。参照图6，可以看出，可以在视觉上标识出烟杆的不同组件，诸如烟塞、传送管、滤嘴、包装纸和箔外包装。处理单元20中的成像算法还可被用于自动标识各组件。这是通过分析图像强度的变化并将所述强度的变化与存储的模型进行比较来实现的。通过适当的边缘检测算法，可以标识出每个组件的边缘。一旦标识了组件及其边缘，就可以通过测量各边缘之间的距离来测量它们的尺寸。

在图6中，烟塞和传送管之间的较浅部分表示这些组件之间的间隙，所述间隙是不合乎需要的。处理单元可以通过检测两个组件之间的较浅区域来标识任何这样的间隙。间隙的精确大小可以通过针对精确尺寸标准进行校准来确定，该标准将检测器上的像素转换为x和y两个方向上的距离。如果经校准的网格被包括作为检测器上的掩模或样品保持架的一部分，则此尺寸标准可形成图像的一部分。

图7示出了HNB烟杆的经数字化处理以增强对比度的复合图像的示例。在图7(A)中，已经对图像应用了宽色调范围滤波。在图7(B)中，已经对图像应用了暗色调范围滤波。在图7(C)中，已经应用了宽色调范围滤波和动态压缩滤波。图7(A)至7(C)中的每一滤波器可增强HNB烟杆的特定属性或特征。在图7的示例中，可以看到烟塞64和中空醋酸纤维管(HAT)66，这些组件的不同属性通过不同的过滤器得到增强。

图8示出了用面板检测器12拍摄的带有插入对象的HNB烟杆的示例图像。在图8中，所述图像示出了带有插入对象62的HNB烟杆60的一部分。在本示例中的插入对象是充满香料水的胶囊。如图8中所示，处理单元20中的成像算法可用于测量各种参数，诸如对象到烟杆末端的距离(y位置)、对象的同心度(x和z位置)以及对象的直径。

例如，为了确定插入对象的y位置，成像算法首先通过分析图像强度中的变化来标识烟杆60的末端和对象62的中心。一旦标识了这些点，就可以通过测量这两个点之间的距离来获得对象在y方向上的位置。从图8可以看出，插入的对象可以从单个图像中在y方向上定位，但通过使用两个或更多图像可以获得更精确的结果。类似的处理技术可以用来测量对象的直径。

对象的同心度可以从彼此正交拍摄的一对图像中确定。此外，通过在两个正交方向上测量胶囊的直径，可以确定胶囊在加工期间是否破裂或损坏。在图8所示的示例中，从右侧图像可以看出插入的胶囊62已经破裂。

图9示出了使用面板检测器12拍摄的两个正交图像的另一示例。。在图9中，所述图像示出了烟塞64和中空醋酸纤维管(HAT)66。如在图9中所示，处理单元20中的成像算法可被用于测量诸如HAT的外径(OD)和HAT的内径(ID)等各种参数。这可以通过标识HAT的边缘并且随后以与上述类似的方式测量它们之间的适当距离来实现。通过使用正交图像，可以确定HAT的同心度(截面的均匀性)。

另外，通过分析正交图像的灰度密度中的变化，可以确定烟叶卷曲的密度均匀性。类似的技术可以被用来标识从烟草到其他元件中的“渗出”。

图9还示出了在右侧图像中的烟塞64和HAT 66之间较浅的区域。如在上述示例中所述，这可以通过成像算法通过标识两个组件之间的亮点来标识。

将理解，作为上面讨论的那些属性的补充或替换，可以确定HNB烟杆或其组件的任何其他适当物理属性(所述属性可从图像中导出)。

在上述任意实施例中，成像算法可被布置成检测样品中的任何缺陷，诸如不想要的间隙、破损的胶囊、不均匀的烟草卷曲、烟草向HAT的迁移、HAT中缺乏同心度、错位的组件、缺失的组件、不符合期望尺寸的组件，或所确定的样品的任何其他意外或不期望的物理属性。如果检测到任何缺陷，则可以经由显示器22向用户指示所述缺陷，例如通过突出显示受影响区域或显示报警消息。替代地或者另外地，报警信号可以被输出到警报单元28，警报单元28可以输出视觉和/或音频警报，和/或被用于中止HNB烟杆的生产。

将理解，本发明的实施例仅以示例的方式在上面进行了描述，并且对本领域技术人员来说，在所附权利要求书的范围内的详细修改是显而易见的。例如，虽然已参考HNB烟杆描述了本发明的实施例，但本文所描述的原理也可应用于常规卷烟或任何其它杆状物品的分析。

Claims (25)

1.一种用于分析杆状吸烟物品的装备，所述装备包括：

x射线辐射源，被布置成照射所述杆状吸烟物品的一区域；

区域图像传感器，被布置成检测来自所述杆状吸烟物品的一区域的x射线辐射并从中产生二维图像数据；

驱动机构，被布置成在所述杆状吸烟物品的轴向方向上移动所述杆状吸烟物品或所述传感器；以及

处理单元，被布置成处理由所述区域图像传感器在所述杆状吸烟物品的多个不同的轴向位置处产生的二维图像数据，

其特征在于：

所述装备包括围绕所述杆状吸烟物品周向布置的两个或更多个区域图像传感器；

所述处理单元被配置为从由所述两个或更多个区域图像传感器在所述多个不同的轴向位置处产生的二维图像数据中产生复合二维图像，以及

所述处理单元被布置成处理由所述两个或更多个区域图像传感器中的每个产生的二维图像数据，并且在不旋转所述杆状吸烟物品的情况下从所述二维图像数据中确定所述杆状吸烟物品或所述杆状吸烟物品的组件在三个正交方向上的位置特性。

2.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述吸烟物品是卷烟或热不燃烟杆。

3.如权利要求1或2所述的装备，其特征在于，所述吸烟物品包括至少一个隐藏特征。

4.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述区域图像传感器被布置成对小于所述杆状吸烟物品的长度的区域进行成像。

5.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述区域图像传感器包括平板x射线检测器。

6.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述两个或更多个区域图像传感器被布置成同时对所述物品成像。

7.如权利要求1或6所述的装备，其特征在于，所述两个或更多个区域图像传感器由单个x射线源来照射。

8.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元被布置成输出要被显示的二维图像和/或输出经处理的维度或质量信息。

9.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元被布置成将过滤器应用于要被显示的图像和/或经处理的维度或质量信息。

10.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元被布置成执行分析所述二维图像数据中的强度和/或色彩中的变化的成像算法。

11.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元被布置成在二维图像中标识所述物品的组件。

12.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元被布置成确定所述物品或其组件的一个或多个物理属性。

13.如权利要求12所述的装备，其特征在于，所述物理属性包括以下一个或多个：组件尺寸；组件在所述物品中的位置；所述物品的长度；所述物品的直径；所述物品的同心度；烟塞长度；烟管长度；滤嘴长度；包装纸长度；箔外包装长度；烟管外径；箔的位置；烟管内径；插入组件的长度；烟管的同心度；烟管的壁厚；插入组件的位置；插入组件的直径；插入组件的同心度；组件之间的间隙大小；组件的端切角；烟草填充物的密度；烟条的紧头偏移；再造烟草卷曲的均匀性；从一种成分到另一种成分的污染；滤嘴中碳分布的均匀性；插入元件在滤嘴和/或烟条中的纵向和径向定位。

14.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元被布置成检测所述物品中的缺陷。

15.如权利要求14所述的装备，其特征在于，所述缺陷包括以下一者或多者：组件之间的不想要的间隙；不均匀的烟草卷曲；烟草向其他组件的迁移；烟管缺乏同心度；插入组件缺乏同心度；组件损坏或破裂；错位组件；缺失组件；和畸形组件。

16.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元可被布置成通过使用经校准或已知的内部标准、掩模或网格来确定组件和/或缺陷的尺寸。

17.如权利要求1所述的装备，其特征在于，还包括用于保持所述杆状吸烟物品的保持装置。

18.如权利要求17所述的装备，其特征在于，所述保持装置被布置成保持单个吸烟物品。

19.如权利要求1所述的装备，其特征在于，还包括控制单元，用于控制所述驱动机构的操作。

20.如权利要求19所述的装备，其特征在于，所述控制单元可被布置成控制所述驱动机构以移动所述物品和/或传感器，使得所述物品的感兴趣区域在所述传感器的视野中。

21.如权利要求19或20所述的装备，其特征在于，所述控制单元可被布置成控制所述驱动机构以移动所述物品和/或所述传感器，使得这两者之间的相对移动在所述物品的一些轴向位置上比在其他轴向位置更快。

22.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述处理单元可被布置成产生复合图像，所述复合图像包括具有较高质量图像数据的至少一个区域和具有较低质量图像数据的至少一个区域。

23.如权利要求22所述的装备，其特征在于，在所述物品静止或相对于所述传感器以第一速度移动时产生所述较高质量的图像数据，并且在所述物品静止较短时间段时、或在所述物品正在移动时、或在所述物品相对于所述传感器正以高于所述第一速度的第二速度移动时产生所述较低质量的图像数据。

24.如权利要求22或23所述的装备，其特征在于，使用较长的曝光时间和/或通过拍摄多个图像来产生所述较高质量的图像数据，并且使用较低的曝光时间和/或使用单个或较少数量的图像来产生所述较低质量的图像数据。

25.一种用于分析杆状吸烟物品的方法，所述方法包括：

用x射线辐射照射所述杆状吸烟物品的一区域；

检测来自所述杆状吸烟物品的一区域的x射线辐射并从中产生二维图像数据；

在所述杆状吸烟物品的轴向方向上移动所述杆状吸烟物品或区域图像传感器；

检测来自所述杆状吸烟物品的另一区域的x射线辐射并从中产生二维图像数据；

其特征在于：

围绕所述杆状吸烟物品周向布置两个或更多个区域图像传感器；

从由所述两个或更多个区域图像传感器中的每个在多个不同的区域处产生的二维图像数据中产生复合二维图像；以及

处理由每个区域图像传感器产生的二维图像数据，并且在不旋转所述杆状吸烟物品的情况下从所述二维图像数据中确定所述杆状吸烟物品或所述杆状吸烟物品的组件在三个正交方向上的位置特性。

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