CN112505039A - 一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，包括：片状梗丝图像采集、片状梗丝面积Ss和最大长度L计算、片状梗丝最大外接圆面积Sc和形状系数R计算、图像处理、以片状梗丝质心为中心进行旋转定宽分割等步骤，通过数字图像采集系统采集梗丝的二维数字图像，使用计算机视觉技术获取梗丝的面积、长度，代入形状系数公式，计算梗片形状系数对梗片形态进行表征，通过图像处理技术对梗片图像进行旋转定宽分割，模拟梗片以不同角度进入切丝机复切成丝效果，依据梗丝复切理论成丝效果可找出梗片形态与梗丝结构分布之间的影响规律，从而对理论复切后丝状梗丝形态做出评价，为烟梗成片、梗片成丝等关键工序设计和参数优化提供依据。

Description

一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法
技术领域
本发明涉及烟草加工技术领域，具体涉及一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法。
背景技术
梗丝作为卷烟的重要原料，具有较强的填充性和良好的燃烧性，用于卷烟叶组配方时，不仅可以改善卷烟燃烧性能、增强香气的透发，还可以降低卷烟主流烟气释放量，并能显著降低配方成本，缓解烟叶原料紧缺矛盾。
现有卷烟加工过程中，通过梗线工艺制成的梗丝多以“片状”形式存在，由于其形态上与叶丝差别较大，进而导致其与叶丝的配伍性较差，不利于梗丝与其它烟丝组分间的均匀搀兑，从而影响了卷烟吸阻等卷制质量的稳定性，因此越来越多的厂家对传统片状梗丝进行复切，制成丝状梗丝。基于这一情况，对片状梗丝复切的理论成丝效果进行评价，可以对丝状梗丝形态进行数据表征，为烟梗成片、梗片成丝等关键工序设计和参数优化提供依据。
为评价片状梗丝复切理论成丝效果，首先需要对片状梗丝形态进行表征。其中专利CN103162626A公开了一种烟用梗丝形态检测与定量表征的方法，该方法通过图像法测定计算梗丝的形态指数，该形态指数可表征片状梗丝从圆状、椭圆状到条状的不同形态特征。但是该方法不能表征片状梗丝的尺寸，因此在表征片状梗丝形态时需加入最大长度这一参数，结合形态指数对片状梗丝形态及尺寸进行定量表征。
发明内容
本发明实施例提供了一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，通过数字图像采集系统采集梗丝的二维数字图像，使用计算机视觉技术获取梗丝的面积、长度，采用CCD相机对梗丝采集图像并测量，获取测量待测梗片的长度和面积，该方法快速，准确，将获取梗丝的面积、长度代入形状系数公式，计算梗片形状系数对梗片形态进行表征，通过图像处理技术对梗片图像进行旋转定宽分割，模拟梗片以不同角度进入切丝机复切成丝效果；依据梗丝复切理论成丝效果可找出梗片形态与梗丝结构分布之间的影响规律，从而对理论复切后丝状梗丝形态做出评价，为烟梗成片、梗片成丝等关键工序设计和参数优化提供依据。
鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，包括以下步骤：
S1，片状梗丝图像采集，将片状梗丝展开平铺至检测台，并用透明玻璃板压盖，使用拍照设备采集检测台上梗丝的二维数字图像，保存、并传输至计算机进行数据处理与分析；
S2，片状梗丝面积Ss和最大长度L计算，利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，统计所采集图像中片状梗丝的像素点数，并根据单个像素点面积，计算出图像中片状梗丝所对应面积Ss；利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，将梗丝颗粒投影轮廓间最大距离作为梗丝的长度L；
S3，片状梗丝最大外接圆面积Sc和形状系数R计算，对步骤S2中计算的梗丝长度L作为外接圆直径；
计算片状梗丝外接圆面积
Figure BDA0002779129090000021
式中，S为片状梗丝外接圆面积，L为梗丝长度；
该梗丝的形状系数
Figure BDA0002779129090000022
式中，R为梗丝形态指数，SS为梗丝面积，SC为梗丝外接圆面积；
S4，图像处理，对步骤S1中采集的梗丝图像进行图像处理，对梗丝轮廓进行边缘提取，对其二值化处理，将梗丝颗粒投影从图像中剥离；
其中，所述步骤S4具体为，对步骤S1中梗丝图像进行轮廓追踪，顺时针寻找轮廓上一个点作为初始点，然后从该点出发沿顺时针环绕一圈寻找边界点，实现对待测目标的边缘提取，并二值化处理；
S5，以片状梗丝质心为中心进行旋转定宽分割，以梗丝质心为中心，每旋转15°保存一个图像，按照1mm宽度设置对其进行垂直分割，模拟定宽切丝；
S6，将每个梗丝长度方向的像素数换算成理论长度，对步骤S5中的分割后图片的高度代表分割后梗丝长度，对每个梗丝长度方向的像素数进行分析得到梗丝理论长度；
S7，计算出丝数、平均长度及梗丝结构，步骤S5中分割后图片的个数，即理论出丝数，对分割后图片个数进行分析，得到出丝数、平均长度及梗丝结构。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1中，拍照设备为数码相机或专业的自动化采集的CCD相机中任一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S5包括：
S51：对步骤S4中获取的梗丝颗粒投影二值化图像以质心为中心做旋转处理，每旋转15°保存一张图像，旋转165°共保存12张图像；
S52：对步骤S51中12张图像进行定宽分割，按照1mm宽度设置垂直分割，分割后仅保留图像中含有灰度值为0的像素部分并保存，其图片高度代表分割后梗丝长度，分割后图片的个数，即理论出丝数。
作为本发明的一种优选技术方案，通过分析所述步骤S6中梗丝理论长度和所述步骤S7中出丝数、平均长度及梗丝结构用于计算出该形态梗片的平均出丝数，平均长度、整丝率、长丝率、中丝率、短丝率及碎丝率。
相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：
(1)采用CCD相机对梗丝采集图像并测量，获取测量待测梗片的长度和面积，该方法快速，准确。
(2)通过长度和形态系数对复切理论成丝前的片状梗丝进行形态表征，可以准确掌握梗片形态与梗丝结构分布之间的影响规律，为找到适宜成丝效果的梗片形态区间提供理论依据。
(3)通过旋转梗片图像模拟梗片以不同角度进入切丝机时状态，使模拟理论数据更接近真实切丝效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法流程示意图；
图2为本发明实施例公开的梗丝颗粒投影二值化图像示意图；
图3为本发明实施例公开的梗丝颗粒投影旋转图像示意图；
图4为本发明实施例公开的梗丝图像定宽分割示意图；
图5为实施例1中公开的梗丝采集图像示意图；
图6为实施例1中公开的梗丝颗粒投影二值化图像示意图；
图7为实施例1中公开的不同角度旋转模拟切丝效果示意图；
图8为实施例2中公开的不同角度旋转模拟切丝效果示意图；
图9为实施例2中公开的梗丝采集图像示意图；
图10为实施例2中公开的梗丝颗粒投影二值化图像示意图。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-10所示，一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，片状梗丝图像采集，将片状梗丝展开平铺至检测台，并用透明玻璃板压盖，使用拍照设备采集检测台上梗丝的二维数字图像，保存、并传输至计算机进行数据处理与分析，所述拍照设备为数码相机或专业的自动化采集的CCD相机中任一种，采用CCD相机对梗丝采集图像并测量，获取测量待测梗片的长度和面积，该方法快速，准确；
S2，片状梗丝面积Ss和最大长度L计算，利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，统计所采集图像中片状梗丝的像素点数，并根据单个像素点面积，计算出图像中片状梗丝所对应面积Ss；利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，将梗丝颗粒投影轮廓间最大距离作为梗丝的长度L；
S3，片状梗丝最大外接圆面积Sc和形状系数R计算，对步骤S2中计算的梗丝长度L作为外接圆直径；
计算片状梗丝外接圆面积
Figure BDA0002779129090000051
式中，S为片状梗丝外接圆面积，L为梗丝长度；
该梗丝的形状系数
Figure BDA0002779129090000052
式中，R为梗丝形态指数，SS为梗丝面积，SC为梗丝外接圆面积；
通过长度和形态系数对复切理论成丝前的片状梗丝进行形态表征，可以准确掌握梗片形态与梗丝结构分布之间的影响规律，为找到适宜成丝效果的梗片形态区间提供理论依据。
S4，图像处理，对步骤S1中采集的梗丝图像进行图像处理，对梗丝轮廓进行边缘提取，对其二值化处理，将梗丝颗粒投影从图像中剥离；
其中，所述步骤S4具体为，对步骤S1中梗丝图像进行轮廓追踪，顺时针寻找轮廓上一个点作为初始点，然后从该点出发沿顺时针环绕一圈寻找边界点，实现对待测目标的边缘提取，并二值化处理；
S5，以片状梗丝质心为中心进行旋转定宽分割，以梗丝质心为中心，每旋转15°保存一个图像，按照1mm宽度设置对其进行垂直分割，模拟定宽切丝；
其中，所述步骤S5包括：
S51：对步骤S4中获取的梗丝颗粒投影二值化图像以质心为中心做旋转处理，每旋转15°保存一张图像，旋转165°共保存12张图像；
S52：对步骤S51中12张图像进行定宽分割，按照1mm宽度设置垂直分割，分割后仅保留图像中含有灰度值为0的像素部分并保存，其图片高度代表分割后梗丝长度，分割后图片的个数，即理论出丝数；
通过旋转梗片图像模拟梗片以不同角度进入切丝机时状态，使模拟理论数据更接近真实切丝效果。
S6，将每个梗丝长度方向的像素数换算成理论长度，对步骤S5中的分割后图片的高度代表分割后梗丝长度，对每个梗丝长度方向的像素数进行分析得到梗丝理论长度；
S7，计算出丝数、平均长度及梗丝结构，步骤S5中分割后图片的个数，即理论出丝数，对分割后图片个数进行分析，得到出丝数、平均长度及梗丝结构；
通过分析所述步骤S6中梗丝理论长度和所述步骤S7中出丝数、平均长度及梗丝结构用于计算出该形态梗片的平均出丝数，平均长度、整丝率、长丝率、中丝率、短丝率及碎丝率，为烟梗成片、梗片成丝等关键工序设计和参数优化提供依据；
本发明提供的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，通过数字图像采集系统采集梗丝的二维数字图像，使用计算机视觉技术获取梗丝的面积、长度，该方法快速且准确，通过长度和形态系数对复切理论成丝前的片状梗丝进行形态表征，可以准确掌握梗片形态与梗丝结构分布之间的影响规律，为找到适宜成丝效果的梗片形态区间提供理论依据，通过图像处理技术对梗片图像进行旋转定宽分割，模拟梗片以不同角度进入切丝机复切成丝效果；依据梗丝复切理论成丝效果可找出梗片形态与梗丝结构分布之间的影响规律，从而对理论复切后丝状梗丝形态做出评价，为烟梗成片、梗片成丝等关键工序设计和参数优化提供依据。
实施例1，如图5-7所示，本发明实施例所提供的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，具体包括如下步骤：
(1)片状梗丝采集图像并自动计算：
具体为：将片状梗丝展开平铺至检测台，并用透明玻璃板压盖，使用CCD数字相机采集检测台上梗丝的二维数字图像，如图5所示，保存、并传输至计算机由测量软件及数据统计计算软件进行数据处理与分析；
具体数据处理包括如下几个方面：
A.统计所采集图像中片状梗丝的像素点数，并根据单个像素点面积，计算出图像中片状梗丝所对应面积Ss＝54.1mm2；
B.利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，将梗丝颗粒投影轮廓间最大距离作为梗丝的长度L＝10.45mm。
(2)梗丝形状系数表征：
具体为：对步骤(1)中计算的梗丝长度L作为外接圆直径，计算片状梗丝外接圆面积
Figure BDA0002779129090000071
计算该梗丝的形状系数
Figure BDA0002779129090000072
(3)图像处理模拟切丝效果：
具体为：对步骤(1)中采集的梗丝图像进行图像处理，对梗丝轮廓进行边缘提取，对其二值化处理，将梗丝颗粒投影从图像中剥离，以梗丝质心为中心，每旋转15°保存一个图像，按照1mm宽度设置对其进行垂直分割，模拟定宽切丝；
具体数据处理包括如下几个方面：
A.对步骤(1)中梗丝图像进行轮廓追踪，顺找轮廓上一个点作为初始点，然后从该点出发沿顺时针环绕一圈寻找边界点，实现对待测目标的边缘提取，并二值化处理，如图6所示；
B.对步骤(2)A中获取的梗丝颗粒投影二值化图像以质心为中心做旋转处理，每旋转15°保存一张图像，旋转165°共保存12张图像；
C.对步骤(2)B中12张图像进行定宽分割，按照1mm宽度设置垂直分割，分割后仅保留图像中含有灰度值为0的像素部分并保存，其图片高度代表分割后梗丝长度，分割后图片的个数，即理论出丝数，如图7所示。
(4)成丝效果分析：
具体为：该梗片理论成丝效果分析如表1所示：
表1梗片理论成丝效果：
Figure BDA0002779129090000081
该形态梗片(长度10.45mm，形态系数为0.63)平均出丝9.4根，平均长度为6.79mm，平均整丝率98.55％，平均长丝率97.38％，平均中丝率1.17％，平均短丝率1.33％，平均碎丝率0.12％。
实施例2，如图8-10所示，本发明实施例所提供的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，具体包括如下步骤：
(1)片状梗丝采集图像并自动计算：
具体为：将片状梗丝展开平铺至检测台，并用透明玻璃板压盖，使用CCD数字相机采集检测台上梗丝的二维数字图像如图9所示，保存、并传输至计算机由测量软件及数据统计计算软件进行数据处理与分析；
具体数据处理包括如下几个方面：
A.统计所采集图像中片状梗丝的像素点数，并根据单个像素点面积，计算出图像中片状梗丝所对应面积Ss＝39.2mm2；
B.利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，将梗丝颗粒投影轮廓间最大距离作为梗丝的长度L＝13.3mm。
(2)梗丝形状系数表征：
具体为：对步骤(1)中计算的梗丝长度L作为外接圆直径，计算片状梗丝外接圆面积
Figure BDA0002779129090000091
计算该梗丝的形状系数
Figure BDA0002779129090000092
(3)图像处理模拟切丝效果：
具体为：对步骤(1)中采集的梗丝图像进行图像处理，对梗丝轮廓进行边缘提取，对其二值化处理，将梗丝颗粒投影从图像中剥离，以梗丝质心为中心，每旋转15°保存一个图像，按照1mm宽度设置对其进行垂直分割，模拟定宽切丝；
具体数据处理包括如下几个方面：
A.对步骤(1)中梗丝图像进行轮廓追踪，顺找轮廓上一个点作为初始点，然后从该点出发沿顺时针环绕一圈寻找边界点，实现对待测目标的边缘提取，并二值化处理如图10；
B.对步骤(2)A中获取的梗丝颗粒投影二值化图像以质心为中心做旋转处理，每旋转15°保存一张图像，旋转165°共保存12张图像；
C.对步骤(2)B中12张图像进行定宽分割，按照1mm宽度设置垂直分割，分割后仅保留图像中含有灰度值为0的像素部分并保存，其图片高度代表分割后梗丝长度，分割后图片的个数，即理论出丝数如图8所示。
(4)成丝效果分析：
具体为：该梗片理论成丝效果分析如表2所示：
表2梗片理论成丝效果：
Figure BDA0002779129090000101
该形态梗片(长度13.3mm，形态系数为0.28)平均出丝10.25根，平均长度为4.69mm，平均整丝率94.62％，平均长丝率85.17％，平均中丝率9.44％，平均短丝率4.63％，平均碎丝率0.75％。
本发明提供的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，通过数字图像采集系统采集梗丝的二维数字图像，使用计算机视觉技术获取梗丝的面积、长度，采用CCD相机对梗丝采集图像并测量，获取测量待测梗片的长度和面积，该方法快速，准确，将获取梗丝的面积、长度代入形状系数公式，计算梗片形状系数对梗片形态进行表征，通过图像处理技术对梗片图像进行旋转定宽分割，模拟梗片以不同角度进入切丝机复切成丝效果；依据梗丝复切理论成丝效果可找出梗片形态与梗丝结构分布之间的影响规律，从而对理论复切后丝状梗丝形态做出评价，为烟梗成片、梗片成丝等关键工序设计和参数优化提供依据。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，片状梗丝图像采集，将片状梗丝展开平铺至检测台，并用透明玻璃板压盖，使用拍照设备采集检测台上梗丝的二维数字图像，保存、并传输至计算机进行数据处理与分析；
S2，片状梗丝面积Ss和最大长度L计算，利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，统计所采集图像中片状梗丝的像素点数，并根据单个像素点面积，计算出图像中片状梗丝所对应面积Ss；利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，将梗丝颗粒投影轮廓间最大距离作为梗丝的长度L；
S3，片状梗丝最大外接圆面积Sc和形状系数R计算，对步骤S2中计算的梗丝长度L作为外接圆直径；
计算片状梗丝外接圆面积
Figure FDA0002779129080000011
式中，S为片状梗丝外接圆面积，L为梗丝长度；
该梗丝的形状系数
Figure FDA0002779129080000012
式中，R为梗丝形态指数，SS为梗丝面积，SC为梗丝外接圆面积；
S4，图像处理，对步骤S1中采集的梗丝图像进行图像处理，对梗丝轮廓进行边缘提取，对其二值化处理，将梗丝颗粒投影从图像中剥离；
其中，所述步骤S4具体为，对步骤S1中梗丝图像进行轮廓追踪，顺时针寻找轮廓上一个点作为初始点，然后从该点出发沿顺时针环绕一圈寻找边界点，实现对待测目标的边缘提取，并二值化处理；
S5，以片状梗丝质心为中心进行旋转定宽分割，以梗丝质心为中心，每旋转15°保存一个图像，按照1mm宽度设置对其进行垂直分割，模拟定宽切丝；
S6，将每个梗丝长度方向的像素数换算成理论长度，对步骤S5中的分割后图片的高度代表分割后梗丝长度，对每个梗丝长度方向的像素数进行分析得到梗丝理论长度；
S7，计算出丝数、平均长度及梗丝结构，步骤S5中分割后图片的个数，即理论出丝数，对分割后图片个数进行分析，得到出丝数、平均长度及梗丝结构。
2.根据权利要求1所述的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，拍照设备为数码相机或专业的自动化采集的CCD相机中任一种。
3.根据权利要求1所述的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，其特征在于：所述步骤S5包括：
S51：对步骤S4中获取的梗丝颗粒投影二值化图像以质心为中心做旋转处理，每旋转15°保存一张图像，旋转165°共保存12张图像；
S52：对步骤S51中12张图像进行定宽分割，按照1mm宽度设置垂直分割，分割后仅保留图像中含有灰度值为0的像素部分并保存，其图片高度代表分割后梗丝长度，分割后图片的个数，即理论出丝数。
4.根据权利要求1所述的一种烟用梗丝复切理论成丝效果评价方法，其特征在于：通过分析所述步骤S6中梗丝理论长度和所述步骤S7中出丝数、平均长度及梗丝结构用于计算出该形态梗片的平均出丝数，平均长度、整丝率、长丝率、中丝率、短丝率及碎丝率。
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