CN114047285B - 一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法及标准套件 - Google Patents

一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法及标准套件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法及标准套件，属于卷烟检测技术领域。采用标准件1和标准件2，通过燃烧锥测定系统获取两个标准件的像素值，结合对应标准件的长度、宽度、面积等参数，建立测量传递公式。获取卷烟燃烧锥区域在燃烧后的像素值，通过测量传递公式，计算出卷烟燃烧锥区域的面积，结合其在燃烧前的面积，计算缩灰率；还获取卷烟燃烧后的裂口区域像素值，通过测量传递公式，得到裂口区域实际面积，从而求出裂口率；还能通过获取碳线所在位置的像素，计算出碳线的实际位置，进而得到碳线整齐度。通过缩灰率、裂口率和碳线整齐度来评价卷烟的包灰性能。

Description

一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法及标准套件
技术领域
本发明涉及一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法及标准套件，属于卷烟检测技术领域。
背景技术
卷烟燃烧时卷烟纸的包灰状态和卷烟纸与烟支燃烧时烟丝的匹配程度，是影响卷烟抽吸体验的关键参数。包灰效果差的卷烟，燃吸时燃烧后的卷烟纸容易开裂脱落，容易造成烟灰掉落飞溅，卷烟纸与烟丝匹配差的卷烟，燃烧时卷烟纸先炭化后灰化，造成燃烧锥的碳化圈过宽过黑，导致燃烧锥掉落或者熄火，直接影响消费者的抽吸体验。
目前对包灰性能的测试大多是基于图像处理和计算机视觉方法，实现手段是通过成像装置和图像采集装置实时或者定时采集卷烟燃烧时的图像，将采集的图像经过处理后进行图像分析，获取燃烧锥区域的图像信息，利用数字图像处理技术进行区域分割和特征提取，通过灰度、裂口率、缩灰率、碳线宽度、碳线整齐度等考察卷烟的包灰效果。
然而计算机视觉和图像分析处理方法的过程受光源、成像参数、图像畸变等过程的影响非常大，上述方法作为定量方法均没有涉及测定的量值溯源问题，测试结果均为相对像素级运算的结果，没有对像素赋予实际值，因此，无法考察结果的准确性，也难以评估不同测试软硬件条件对测试结果的影响，方法缺乏重复性和再现性的支撑依据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法及标准套件，用于解决卷烟燃烧锥参数测定时，由于光照不均匀或视场畸变，导致卷烟包灰效果评价不准确的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，包括如下步骤：
1)通过燃烧锥测定系统，获取第一标准件上设定图案在宽度方向上的像素个数作为第一宽度像素值，还获取第一标准件上设定图案在高度方向上的像素个数作为第一高度像素值；获取第二标准件上对应图案在宽度方向上的像素个数作为第二宽度像素值，还获取第二标准件上对应图案在高度方向上的像素值作为第二高度像素值；
所述第一标准件为具有若干个设定图案的平面，将一个具有与第一标准件相同图案的平面卷成圆柱体形成所述第二标准件，第二标准件的直径与待测卷烟直径相同；
2)根据第一宽度像素值和第二宽度像素值计算宽度传递系数，根据第一高度像素值和第二高度像素值计算高度传递系数；
3)通过燃烧锥测定系统，获取待测卷烟燃烧锥区域的图像，将该图像上燃烧锥区域内的像素个数作为燃烧锥面积测量像素值，将该图像上裂口区域内的像素个数作为裂口面积测量像素值；
4)根据燃烧锥面积测量像素值、宽度传递系数和高度传递系数计算燃烧锥面积实际像素值；根据裂口面积测量像素值、宽度传递系数和高度传递系数计算裂口面积实际像素值；根据燃烧锥面积实际像素值和裂口面积实际像素值计算待测卷烟的裂口率。
进一步地，在上述方法中，步骤4)中，将燃烧锥面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟燃烧锥区域的燃烧锥面积实际像素值；
将裂口面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟裂口区域的裂口面积实际像素值；
将裂口面积实际像素值与燃烧锥面积实际像素值的比值作为待测卷烟的裂口率。
进一步地，在上述方法中，步骤4)中，将燃烧锥面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟燃烧锥区域的燃烧锥面积实际像素值，将燃烧锥面积实际像素值除以第一标准件的单位面积像素值作为燃烧锥实际面积；
将裂口面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟裂口区域的裂口面积实际像素值，将裂口面积实际像素值除以第一标准件的单位面积像素值作为裂口实际面积；
将裂口实际面积与燃烧锥实际面积作为待测卷烟的裂口率；
所述第一标准件的单位面积像素值为第一标准件的单位宽度像素值与单位高度像素值的乘积；所述第一标准件的单位宽度像素值为第一宽度像素值与第一标准件上设定图案的宽度的比值，所述第一标准件的单位高度像素值为第一高度像素值与第一标准件上设定图案的高度的比值。
进一步地，在上述方法中，还根据待测卷烟燃烧锥区域的图像，获取燃烧锥区域在高度方向上的像素个数作为燃烧锥高度测量像素值，将燃烧锥高度测量像素值与高度传递系数的比值作为燃烧锥高度实际像素值，将燃烧锥高度实际像素值与第一标准件的单位高度像素值的比值作为燃烧锥实际高度；
根据燃烧锥实际高度和预先测得的待测卷烟直径，计算燃烧锥区域在燃烧前的实际面积，将燃烧锥实际面积和燃烧锥区域在燃烧前的实际面积的比值作为待测卷烟的缩灰率。
进一步地，在上述方法中，获取待测卷烟的碳线在最高点的碳线实际高度和在最低点的碳线实际高度，将碳线在最高点的碳线实际高度和在最低点的碳线实际高度的差值作为碳线整齐度；
获取碳线实际高度的方法为：根据待测卷烟燃烧锥区域的图像，获取待测卷烟的碳线在高度方向上的像素个数作为碳线高度测量像素值；将碳线高度测量像素值与高度传递系数的比值作为碳线高度实际像素值，将碳线高度实际像素值与第一标准件的单位高度像素值的比值作为碳线实际高度。
进一步地，在上述方法中，所述设定图案为长方形、正方形、圆形或三角形；
当所述设定图案为长方形时，将长方形在长度方向上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将长方形在宽度方向上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数；
当所述设定图案为正方形时，将正方形在水平方向的边长上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将正方形在竖直方向的边长上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数；
当所述设定图案为圆形时，将圆形在水平方向的直径上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将圆形在竖直方向的直径上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数；
当所述设定图案为三角形时，将三角形在底边上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将三角形在对应底边的高方向上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数。
进一步地，在上述方法中，所述第一标准件和第二标准件的材料为金属、陶瓷、玻璃或高分子材料。
进一步地，在上述方法中，所述燃烧锥测定系统为CTA200型燃烧锥测定系统。
本发明还提供一种用于卷烟燃烧锥参数测定的标准套件，包括上述方法中使用的第一标准件和第二标准件。
附图说明
图1为本发明实施例中标准件1的示意图；
图2为本发明实施例中标准件2的示意图；
图3为本发明实施例中用于卷烟燃烧锥参数测定的方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
方法实施例：
本发明的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，采用图1所示的标准件1和图2所示的标准件2，通过燃烧锥测定系统获取两个标准件的像素值，结合对应标准件的长度、宽度、面积等参数，建立测量传递公式。获取卷烟燃烧锥区域在燃烧后的像素值，通过测量传递公式，计算出卷烟燃烧锥区域在燃烧后的面积，结合其在燃烧前的面积，计算缩灰率；还获取卷烟燃烧后的裂口区域像素值，通过测量传递公式，得到裂口区域实际面积，从而求出裂口率；还能通过获取碳线所在位置的像素，计算出碳线的实际位置，进而得到碳线整齐度。通过缩灰率、裂口率和碳线整齐度来评价卷烟的包灰性能。
本实施例中，标准件1是一个印刷或雕刻有规定尺寸图案的平板，根据标准件1上各图案的形状、尺寸和位置，选择一个具有与标准件1相同图案的平面，将其卷成圆柱，形成标准件2，标准件2的直径与待测卷烟的直径相等。标准件2的高度与标准件1的高度一致，标准件2的侧面(即圆柱面)展开后的宽度与标准件1的宽度一致。标准件2的图案与标准件1的图案在形状和位置上保持一致。
标准件1和标准件2的材质可以是金属、陶瓷、玻璃、高分子材料等性质稳定的材料。
标准件1和标准件2上的图案不局限与本实施例中采用的长方形，也可以是正方形、圆形、三角形等形状。
标准件1和标准件上图案的数量根据标准件的实际尺寸进行适当设置，至少为1个。
如图1和图2所示，标准件1和标准件2上各设置5个长方形，标准件1上长方形的位置和标准件2上长方形的位置相同，即各长方形之间的间隔、长方形距离标准件边界的距离均相等，处于对应位置的长方形的尺寸(宽和高)相等。本实施例中，各长方形的宽度依次为10.0mm、11.0mm、12.0mm、13.0mm、14.0mm，高度依次为2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm。
本实施例中，如图3所示，用于卷烟燃烧锥参数测定的方法包括如下步骤：
1)将燃烧锥测定系统调整到检测或校准状态。本实施例中燃烧锥测定系统为CTA200型燃烧锥测定系统。
2)将标准件1放置于燃烧锥测定系统中，分别测定标准件1中各个标准块的像素值，将各标准块在宽度方向上的像素个数作为宽度像素值，将各标准块在高度方向上的像素个数作为高度像素值，对标准件1中各标准块的宽度和高度依次赋予对应的宽度像素值和高度像素值。
本实施例中，标准块采用长方形，因此将长方形在长度方向上的像素个数作为宽度像素值，将长方形在宽度方向上的像素个数作为高度像素值。具体的，宽度方向：10.0mm＝100像素，11.0mm＝110像素，12.0mm＝120像素，13.00mm＝130像素，14.00mm＝140像素；高度方向2.0mm＝20像素，3.0mm＝30像素，4.0mm＝40像素，5.0mm＝50像素，6.0mm＝60像素。
通过各标准块的实际尺寸和测量得到的像素值，进行线型拟合，可以求出标准件1在宽度方向上单位长度的像素值为10像素/mm，在高度方向上单位长度的像素值为10像素/mm，因此，单位面积的像素值为100像素/mm2。
作为其他实施方式，标准块采用正方形时，将正方形在水平方向的边长上的像素个数作为宽度像素值，将正方形在竖直方向的边长上的像素个数作为高度像素值；标准块采用圆形时，将圆形在水平方向的直径上的像素个数作为宽度像素值，将圆形在竖直方向的直径上的像素个数作为高度像素值；标准块采用三角形时，将三角形在底边上的像素个数作为宽度像素值，将三角形在对应底边的高方向上的像素个数作为高度像素值。
3)将标准件2放置于燃烧锥测定系统中，分别测定标准件2中各标准块的像素值，将各标准块在宽度方向上的像素个数作为宽度像素值，将各标准块在高度方向上的像素个数作为高度像素值，对标准件2中各标准块的宽度和高度依次赋予对应的宽度像素值和高度像素值。
由于燃烧锥测定系统的光照不均匀和视场畸变，标准件2中各标准块的宽度像素值和高度像素值大于标准件1中对应标准块的宽度像素值和高度像素值。
具体的，宽度方向：10.0mm＝110像素，11.0mm＝121像素，12.0mm＝132像素，13.00mm＝143像素，14.00mm＝154像素；高度方向2.0mm＝22像素，3.0mm＝33像素，4.0mm＝44像素，5.0mm＝55像素，6.0mm＝66像素。通过各标准块的实际尺寸和测量得到的像素值，进行线型拟合，可以求出标准件2在宽度方向上单位长度的像素值为11像素/mm，在高度方向上单位长度的像素值为11像素/mm，因此，单位面积的像素值为121像素/mm2。
4)根据标准件1在宽度方向上单位长度的像素值、高度方向上单位长度的像素值和单位面积的像素值，与标准件2在宽度方向上单位长度的像素值、高度方向上单位长度的像素值和单位面积的像素值，建立测量传递公式。测量传递公式包括宽度方向的传递公式、高度方向的传递公式和面积的传递公式。
本实施例中，由于所选标准块为长方形，因此根据标准件1在宽度方向上单位长度的像素值与标准件2在宽度方向上单位长度的像素值建立的宽度方向的传递公式为y＝Ax,式中：x为标准件1在宽度方向上单位长度的像素值，y为标准件2在宽度方向上单位长度的像素值，A为宽度传递系数。本实施例中x为10像素/mm，y为11像素/mm，因此，宽度传递系数A为11/10，即1.1。
根据标准件1在高度方向上单位长度的像素值与标准件2在高度方向上单位长度的像素值建立的高度方向的传递公式为y＝Bx,式中：x为标准件1在高度方向上单位长度的像素值，y为标准件2在高度方向上单位长度的像素值，B为高度传递系数。本实施例中x为10像素/mm，y为11像素/mm，因此，高度传递系数B为11/10，即1.1。
根据标准件1单位面积的像素值与标准件2单位面积的像素值建立的面积的传递公式为y＝Cx,式中：x为标准件1单位面积的像素值，y为标准件2单位面积的像素值，C为面积传递系数。本实施例中x为100像素/mm2，y为121像素/mm2，因此，面积传递系数C为121/100，即1.21。
5)将待测卷烟放置在燃烧锥测定系统中，获取待测卷烟在燃烧设定时间后的燃烧锥区域面积的像素和裂口区域面积的像素，根据面积的传递公式y＝Cx，得出待测卷烟的燃烧锥区域的实际面积S1和裂口区域的实际面积S2，将S2与S1的比值作为裂口率。本实施例中，待测卷烟的燃烧锥区域面积的像素为6800像素，裂口区域面积的像素为680像素，因此待测卷烟的燃烧锥区域在燃烧后的实际面积S1＝6800÷1.21÷100，即56.20mm2，裂口区域的实际面积S1＝680÷1.21÷100，即5.62mm2，则裂口率为5.62/56.20＝10.0％。
还获取待测卷烟的燃烧锥的高度像素值，根据高度方向的传递公式，计算出燃烧锥的实际高度。根据预先测得的卷烟直径和燃烧锥的实际高度，计算出燃烧锥区域在燃烧前的实际面积S3。根据燃烧锥区域在燃烧前的实际面积S3和燃烧后的实际面积S1，将S3和S1的比值作为卷烟的缩灰率。本实施例中，燃烧锥区域在燃烧前的实际面积S3为70.00mm2，则缩灰率为56.20/70.00＝80.3％。
还获取待测卷烟燃烧后的碳线高度像素值，包括碳线最高点的高度像素值和最低点的高度像素值，根据高度传递公式，计算碳线的实际高度，并计算碳线的整齐度。本实施例中，碳线最高点的高度像素值为16像素，碳线最低点的高度像素值为12像素，则碳线最高点高度为16÷1.1÷10，即1.45mm，碳线最低点高度为12÷1.1÷10，即1.09mm，碳线整齐度为1.45-1.09，即0.36mm。
本发明通过燃烧锥测定系统，分别获取标准件在平面状态下(标准件1)和圆柱状态下(标准件2)在宽度、高度和面积三个维度下的单位像素值，建立测量传递公式，减少因燃烧锥测定系统光照不均匀和视场畸变导致的测量误差，从而保证测量结果的准确性，以提高对卷烟包灰性能评估的准确性。另一方面，本发明提供的标准件可以作为量值溯源的计量载体，为不同的燃烧锥测定系统提供统一的量值溯源依据，保证测试结果的重复性和再现性，提高测试结果的一致性。
用于卷烟燃烧锥参数测定的标准套件实施例：
本实施例中的用于卷烟燃烧锥参数测定的标准套件，包括方法实施例中的标准件1和标准件2。其中，标准件1是一个印刷或雕刻有规定尺寸图案的平板，根据标准件1上各图案的形状、尺寸和位置，选择一个具有与标准件1相同图案的平面，将其卷成圆柱，形成标准件2，标准件2的直径与待测卷烟的直径相等。标准件2的高度与标准件1的高度一致，标准件2的侧面(即圆柱面)展开后的宽度与标准件1的宽度一致。标准件2的图案与标准件1的图案在形状和位置上保持一致。
标准件1和标准件2的材质可以是金属、陶瓷、玻璃、高分子材料等性质稳定的材料。
标准件1和标准件2上的图案不局限与本实施例中采用的长方形，也可以是正方形、圆形、三角形等形状。
标准件1和标准件上图案的数量根据标准件的实际尺寸进行适当设置，至少为1个。
如图1和图2所示，标准件1和标准件2上各设置5个长方形，标准件1上长方形的位置和标准件2上长方形的位置相同，即各长方形之间的间隔、长方形距离标准件边界的距离均相等，处于对应位置的长方形的尺寸(宽和高)相等。本实施例中，各长方形的宽度依次为10.0mm、11.0mm、12.0mm、13.0mm、14.0mm，高度依次为2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm。
该标准套件用于燃烧锥参数测定，关于测定的方法在方法实施例中已经介绍的清楚明白，此处不再赘述。

Claims (9)

1.一种用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过燃烧锥测定系统，获取第一标准件上设定图案在宽度方向上的像素个数作为第一宽度像素值，还获取第一标准件上设定图案在高度方向上的像素个数作为第一高度像素值；获取第二标准件上对应图案在宽度方向上的像素个数作为第二宽度像素值，还获取第二标准件上对应图案在高度方向上的像素值作为第二高度像素值；
所述第一标准件为具有若干个设定图案的平面，将一个具有与第一标准件相同图案的平面卷成圆柱体形成所述第二标准件，第二标准件的直径与待测卷烟直径相同；
2)根据第一宽度像素值和第二宽度像素值计算宽度传递系数，根据第一高度像素值和第二高度像素值计算高度传递系数；
3)通过燃烧锥测定系统，获取待测卷烟燃烧锥区域的图像，将该图像上燃烧锥区域内的像素个数作为燃烧锥面积测量像素值，将该图像上裂口区域内的像素个数作为裂口面积测量像素值；
4)根据燃烧锥面积测量像素值、宽度传递系数和高度传递系数计算燃烧锥面积实际像素值；根据裂口面积测量像素值、宽度传递系数和高度传递系数计算裂口面积实际像素值；根据燃烧锥面积实际像素值和裂口面积实际像素值计算待测卷烟的裂口率。
2.根据权利要求1所述的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，步骤4)中，将燃烧锥面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟燃烧锥区域的燃烧锥面积实际像素值；
将裂口面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟裂口区域的裂口面积实际像素值；
将裂口面积实际像素值与燃烧锥面积实际像素值的比值作为待测卷烟的裂口率。
3.根据权利要求1所述的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，步骤4)中，将燃烧锥面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟燃烧锥区域的燃烧锥面积实际像素值，将燃烧锥面积实际像素值除以第一标准件的单位面积像素值作为燃烧锥实际面积；
将裂口面积测量像素值除以宽度传递系数后再除以高度传递系数的值作为待测卷烟裂口区域的裂口面积实际像素值，将裂口面积实际像素值除以第一标准件的单位面积像素值作为裂口实际面积；
将裂口实际面积与燃烧锥实际面积作为待测卷烟的裂口率；
所述第一标准件的单位面积像素值为第一标准件的单位宽度像素值与单位高度像素值的乘积；所述第一标准件的单位宽度像素值为第一宽度像素值与第一标准件上设定图案的宽度的比值，所述第一标准件的单位高度像素值为第一高度像素值与第一标准件上设定图案的高度的比值。
4.根据权利要求3所述的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，还根据待测卷烟燃烧锥区域的图像，获取燃烧锥区域在高度方向上的像素个数作为燃烧锥高度测量像素值，将燃烧锥高度测量像素值与高度传递系数的比值作为燃烧锥高度实际像素值，将燃烧锥高度实际像素值与第一标准件的单位高度像素值的比值作为燃烧锥实际高度；
根据燃烧锥实际高度和预先测得的待测卷烟直径，计算燃烧锥区域在燃烧前的实际面积，将燃烧锥实际面积和燃烧锥区域在燃烧前的实际面积的比值作为待测卷烟的缩灰率。
5.根据权利要求3所述的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，获取待测卷烟的碳线在最高点的碳线实际高度和在最低点的碳线实际高度，将碳线在最高点的碳线实际高度和在最低点的碳线实际高度的差值作为碳线整齐度；
获取碳线实际高度的方法为：根据待测卷烟燃烧锥区域的图像，获取待测卷烟的碳线在高度方向上的像素个数作为碳线高度测量像素值；将碳线高度测量像素值与高度传递系数的比值作为碳线高度实际像素值，将碳线高度实际像素值与第一标准件的单位高度像素值的比值作为碳线实际高度。
6.根据权利要求1所述的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，所述设定图案为长方形、正方形、圆形或三角形；
当所述设定图案为长方形时，将长方形在长度方向上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将长方形在宽度方向上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数；
当所述设定图案为正方形时，将正方形在水平方向的边长上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将正方形在竖直方向的边长上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数；
当所述设定图案为圆形时，将圆形在水平方向的直径上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将圆形在竖直方向的直径上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数；
当所述设定图案为三角形时，将三角形在底边上的像素个数作为步骤1)中设定图案在宽度方向上的像素个数，将三角形在对应底边的高方向上的像素个数作为步骤1)中设定图案在高度方向上的像素个数。
7.根据权利要求1所述的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，所述第一标准件和第二标准件的材料为金属、陶瓷、玻璃或高分子材料。
8.根据权利要求1所述的用于卷烟燃烧锥参数测定的方法，其特征在于，所述燃烧锥测定系统为CTA200型燃烧锥测定系统。
9.一种用于卷烟燃烧锥参数测定的标准套件，其特征在于，包括权利要求1-8任一权利要求中的第一标准件和第二标准件。
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基于ImageJ的卷烟包灰值定量测定方法优化;冯亚婕;王建民;梁淼;穆林;马胜楠;王怀煦;徐凌鹤;;食品与机械(第03期);全文 *

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