专利名称：片烟结构在线检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及烟草生产及数字图像处理领域，尤其是片烟结构在线检测装置及 其检测方法。
背景技术：
烟叶的叶片结构是烟草行业中的关键指标之一，直接关系到烟叶的最终质 量。对烟叶叶片结构的检测和分类，确定烟叶等级，对烟叶质量具有很大意义。 随着计算机和视觉识别技术的飞速发展，研究烟叶叶片结构的自动检测和分类的 技术已经很有必要，这样能够大大提高巻烟工业的生产效率，实现生产的自动化， 进而促进经济的发展。
目前，对烟叶的片型结构的检测主要采用的是传统的振筛分离方法。其实现 方法大致如下所述。首先，从当天需要加工的一批烟叶中抽取一定量的烟叶样品 进行称重；然后，将称重后的烟叶倒入一个包括多层不同孔径的网格结构的振筛 机上；振筛机经过一定时间的振动后，不同大小的烟叶将落在相应孔径的网格层 上；然后，将不同网格层上的烟叶进行逐一称重，再计算出各层烟叶与总烟叶的 重量之比；最后，从各层的计算结果得出反映烟叶叶片大小的叶片率。从现场的 考察看到，各烟叶复烤厂均专门设置了烟叶叶片结构工艺检测室，配备两个检验 人员和若干操作工人，每天负责进厂加工的烟叶叶片结构工艺指标的检测和计 算。在依靠人工烟叶叶片结构分类的检测工作中，存在着许多基于人类主观信息 的参数，受个人因素的影响较大，使得烟叶叶片结构分类的质量和效率都比较低， 造成人力和物力资源的过多浪费。而且无法将数据实时的反馈给中央控制系统， 不能适应当前打叶复烤向智能化方向发展的需要。
发明内容
本发明主要目的是提供一种片烟结构在线检测装置及其检测方法，通过对被 考察的待检测片烟的图像实时在线获取，然后将图像数据传输至计算机进行处 理，从而得到对烟叶叶片结构的判断。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
4片烟结构在线检测装置，其特征在于包括转速可调的电机驱动的皮带传输 装置，所述皮带传输装置进料位置处设有振槽，所述皮带传输装置正上方设置有 线阵CCD摄像机，所述位于线阵CCD摄像机两侧的皮带传输装置上方还分别 均匀对称设置有一个或多个LED发光二极管，所述LED发光二极管的出射光线 与所述皮带传输装置成锐角，所述线阵CCD摄像机通过数据线连接有数字捕捉 卡，所述数字捕捉卡通过数据线与计算机相连。
所述的片烟结构在线检测装置，其特征在于所述计算机还通过数据线连接 有数字输入输出卡。
基于片烟结构在线检测装置的片烟结构检测方法，其特征在于包括以下步
骤
(1) 建立物料库令LED发光二极管发光，出射光照射至未放置待检测片 烟的皮带传输装置上并被皮带传输装置反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的
信号光，并将釆集到的皮带传输装置的图像信息传输给数字捕捉卡，并通过数字 捕捉卡转换成数字信号后传输至计算机，在计算机中进行二值化分析，得出皮带
传输装置的颜色、亮度信息；再令LED发光二极管发光，出射光照射至放置在 皮带传输装置的片烟上，并被片烟反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的信号 光，并将采集到的片烟的图像信息传输给数字捕捉卡，并通过数字捕捉卡转换成 数字信号后传输至计算机，在计算机中进行二值化分析，得出片烟的颜色、亮度 信息，从而在计算机中建立包括片烟及皮带传输装置的颜色、亮度特征的物料库；
(2) 对待检测片烟进行摊薄处理启动皮带传输装置的电机及振槽，每分 钟将固定重量的待检测片烟均匀放入振槽中，振槽一边振动一边将待检测片烟输 送至皮带传输装置上，通过限料放入片烟，及振槽的振动，并将分离后的待检测 片烟输送至皮带传输装置，使待检测片烟呈一片一片的分离状态；
(3) 图像采集待检测片烟被输送至皮带传输装置后，随着皮带传输装置 一起运动，皮带传输装置上方设置的LED发光二极管发光，出射光照射至待检 测片烟上，并被待检测片烟反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的信号光，得 到待检测片烟与皮带传输装置的图像信息；
(4) 数据处理首先在计算机中将所述步骤(3)采集到的图像信息进行二 值化处理，并采用背景加权校正的方法对采集到的图像信息进行背景校正，使获
5取的待检测片烟的图像信息均匀清晰；其次在计算机中将背景校正后的图像信息 与所述步骤(1)建立的物料库进行对比，快速分离出待检测片烟的图像信息与 传输带的图像信息；接着在计算机中对分离出的待检测片烟的图像信息进行计 算，分离出每片大小不同的待检测片烟；然后在计算机中对每片片烟进行计算， 得到每片片烟的长短、面积的特征参数；最后将每片片烟的特征参数与国家片烟 标准各级参数进行比较，并计算符合国家片烟标准各级参数的片烟占待检测片烟 总数的百分比。
在待检测片烟传输阶段对样品的摊薄处理，其主要目的就是摊薄烟叶，使得 烟叶各自充分分离。如果不能有效的将烟叶分离开来，就将不能获取真实有效的 每片烟叶的图像信息，并最终造成处理结果的失真。本发明中，当取得烟叶样品 后，釆取了限料、振动松散以及传输带逐级加速等方法，以使烟叶摊薄成一片一 片分离开来的状态。
一般图像的获取都包含光照部分和数据采集部分。本发明从光照原理出发， 通过设计实验，对光源的摆放位置、光源个数等作了详细讨论，并且对图像釆集 进行程序控制，以使得数据能得到完全处理而无遗漏。
本发明采用软件方式实现数据处理，完成对图像信息的读取、处理与显示， 以做到实时的监测。通过分析片烟结构的国家片烟指标标准，对其分类依据给出 了合适的描述参数，在这些参数的指导下，实现对片烟结构的计算和分类。在软 件设计环节，充分考虑了系统或者实际现场造成的影响，如设计场景信号以得到 更准确的物料识别，对图像背景的均匀性进行软件方法的校正以得到更清晰的图 像，对物料库的建立以使得信号识别速度更快。所有这些都使得软件处理方法更 精确、更快速，适应实时的需求。而且结合现代网络通信的便捷性，可及时将数 据结果发送至中央服务系统。
本发明通过采用高速线阵CCD摄像机实时获取图像，能够无遗漏的处理数 据，支持同步显示，并且及时将结果送至主控室。本发明操作简便，其人性化的 界面设计，使得普通工人即可完全进行操作；其处理过程是完全自动化的，调整 好机器以后不需要人工参与，就能够将结果传至中央控制系统。不仅如此，本发 明其简单的硬件组成形式，使得其占用工厂面积小，现场扩展极其容易，除了必
须的现场设备如传输带、计算机等，其它处理全部自动化，这样便大大降低了外界干扰的复杂性。本发明还具有调试功能，能够适应多种情况下的处理，对突发 性事件有应急准备。本发明参考了大量的原理依据，采用了大量的实时算法，不 仅能用于本发明，而且对于相似的处理功能都具有一定的借鉴意义。
图l为本发明侧视结构图。
图2为本发明俯视结构图。
图3为本发明视频扫描图像示意图。
图4为本发明方法流程图。
具体实施例方式
参见图1到图3。
片烟结构在线检测装置，包括有最上方的集料器1，低速传输带3 (约0.1 米/秒)位于集料器l下方，低速传输带3上方是摊薄器2，与低速传输带面之间 的空隙大约10mm，低速传输带3的下方是星辊4，星辊4将物料摊匀后漏到下 方的高速传输带5 (约1.5米/秒)，使得每片烟叶分离开来，再送到后面的检测 传输带6上，检测传输带6 (约2米/秒)的速度进一步提高，保证了烟叶完全的 分离，在检测传输带6上有一个检测柜7，检测柜7内安装有高速线阵式扫描摄 像机8，直流点光源阵列91和92，检测柜7为密封良好的箱体，保证了内部设 备不受现场灰尘的污染，其底部有一沿烟叶流横截面方向的长方形玻璃面，直流 点光源阵列91和92透过玻璃面在烟叶流10上形成一个照度稳定，亮度均匀， 无频闪，其光照区无阴影的检测区域，高速线阵式扫描摄像机8对准该区域，获 取到清晰的烟叶流图像信息。
集料器i收集样品烟叶，并均匀的投放到低速传输带3上，低速传输带3 以慢速将烟叶输送到星辊4上，为防止烟叶流有堆积，导致单位时间内送出的烟 叶量过大，星辊4将堆积的烟叶挡下，以稳定输送量；星辊4将烟叶进一步摊薄 并松散，送至高速传输带5上，高速传输带5的速度大大提高，使得烟叶分离开 来，互不重叠，检测传输带的速度进一步提高，保证了烟叶的完全分离成为一片 一片互不重叠；高速线阵式扫描摄像机8在直流点光源阵列91和92形成的照度 稳定，亮度均匀，无频闪，无阴影的检测区域内获取烟叶流10的连续、无遗漏、 无重叠的图像信息，经数据采集卡送入计算机处理系统进行分析，获取每片烟叶
7的面积和最大长度，并按照预先设定好的等级库数据归入相应的等级，测试完毕 后自动计算出各等级烟叶的数量并与总数量相比较，获得本次检测各等级烟叶所 站的百分比。
如图4所示。基于片烟结构在线检测装置的片烟结构检测方法，包括以下步
骤
(1) 建立物料库令LED发光二极管发光，出射光照射至未放置待检测片 烟的皮带传输装置上并被皮带传输装置反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的
信号光，并将采集到的皮带传输装置的图像信息传输给数字捕捉卡，并通过数字 捕捉卡转换成数字信号后传输至计算机，在计算机中进行二值化分析，得出皮带
传输装置的颜色、亮度信息；再令LED发光二极管发光，出射光照射至放置在 皮带传输装置的片烟上，并被片烟反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的信号 光，并将采集到的片烟的图像信息传输给数字捕捉卡，并通过数字捕捉卡转换成 数字信号后传输至计算机，在计算机中进行二值化分析，得出片烟的颜色、亮度 信息，从而在计算机中建立包括片烟及皮带传输装置的颜色、亮度特征的物料库；
(2) 对待检测片烟进行摊薄处理启动皮带传输装置的电机及振槽，每分 钟将固定重量的待检测片烟均匀放入振槽中，振槽一边振动一边将待检测片烟输 送至皮带传输装置上，通过限料放入片烟，及振槽的振动，使待检测片烟呈一片 一片的分离状态，并将分离后的待检测片烟输送至皮带传输装置，控制电机的转 速，使其带动皮带传输装置逐级加速，从而使皮带传输装置上的待检测片烟均为 摊薄后的片烟；
(3) 图像采集待检测片烟被输送至皮带传输装置后，随着皮带传输装置 一起运动，皮带传输装置上方设置的LED发光二极管发光，出射光照射至待检 测片烟上，并被待检测片烟反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的信号光，得 到待检测片烟与皮带传输装置的图像信息；
(4) 数据处理首先在计算机中将所述步骤(3)采集到的图像信息进行二 值化处理，并采用背景加权校正的方法对采集到的图像信息进行背景校正，使获 取的待检测片烟的图像信息均匀清晰；其次在计算机中将背景校正后的图像信息 与所述步骤(1)建立的物料库进行对比，快速分离出待检测片烟的图像信息与 传输带的图像信息；接着在计算机中对分离出的待检测片烟的图像信息进行计对每片片烟进行计算， 得到每片片烟的长短、面积的特征参数；最后将每片片烟的特征参数与国家片烟 标准各级参数进行比较，并计算符合国家片烟标准各级参数的片烟占待检测片烟 总数的百分比。
皮带传输装置上是经过摊薄处理的烟叶物料，以恒定速度前行，待检测片烟 在光源的照射下，其表面经反射光线被捕捉到线阵CCD摄像机，通过数字捕捉 卡转换为数字式图像信号，写入计算机内存；数字捕捉卡起到同时联络计算机与 线阵CCD摄像机的作用，设置和修改线阵CCD摄像机参数。计算机使用普通 PC机，由程序控制，实现物料的识别和分类，同时把实时获取的烟叶图像显示 到计算机监视器上，供实时观测；数字输入输出卡不仅提供报警信号，以取得对 现场的控制，而且能够启动各单元电路的电源，并在系统启动和关闭过程，按一 定顺序控制各个单元设备运作；此外，系统通过计算机集成的网络通讯功能与主 机联络，获取或者传输相关信息和报告检测参数。
图4给出了本发明方法的流程图。其主要目的就是对获取的图像数据进行处 理。背景校正充分考虑了系统光照的影响，通过静态和动态的幅度位置校正，使 得实时获取的物料图像均匀清晰；物料库的建立是利用传输带与物料的特征差别 建立属于各自的物料库，这样当实时信号进来时，能快速分离出物料信号和传输 带装置信号，使得烟叶分离快速准确；经过识别库和二值化的图像数据，在物料 检测阶段，分离出每片大小不同的烟叶；最后，计算每片烟叶的特征参数，结合 片型结构的国家标准，实现烟叶片型结构的分类。对于整体实现而言，进行信号 选择以后，来自数字捕捉卡的图像信号，经过实时的背景校正，进入物料参数识 别库，与识别库中的参数进行比较，使得烟叶与背景分离，分离后的烟叶经过结 构检测分开每一片烟叶，同时计算各烟叶的参数，实现片型结构的判断。
权利要求
1、片烟结构在线检测装置，其特征在于包括转速可调的电机驱动的皮带传输装置，所述皮带传输装置进料位置处设有振槽，所述皮带传输装置正上方设置有线阵CCD摄像机，所述位于线阵CCD摄像机两侧的皮带传输装置上方还分别均匀对称设置有一个或多个LED发光二极管，所述LED发光二极管的出射光线与所述皮带传输装置成锐角，所述线阵CCD摄像机通过数据线连接有数字捕捉卡，所述数字捕捉卡通过数据线与计算机相连。
2、 根据权利要求1所述的片烟结构在线检测装置，其特征在于所述计算 机还通过数据线连接有数字输入输出卡。
3、 基于片烟结构在线检测装置的片烟结构检测方法，其特征在于包括以 下步骤(1) 建立物料库令LED发光二极管发光，出射光照射至未放置待检测片 烟的皮带传输装置上并被皮带传输装置反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的信号光，并将采集到的皮带传输装置的图像信息传输给数字捕捉卡，并通过数字 捕捉卡转换成数字信号后传输至计算机，在计算机中进行二值化分析，得出皮带传输装置的颜色、亮度信息；再令LED发光二极管发光，出射光照射至放置在 皮带传输装置的片烟上，并被片烟反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的信号 光，并将采集到的片烟的图像信息传输给数字捕捉卡，并通过数字捕捉卡转换成 数字信号后传输至计算机，在计算机中进行二值化分析，得出片烟的颜色、亮度 信息，从而在计算机中建立包括片烟及皮带传输装置的颜色、亮度特征的物料库；(2) 对待检测片烟进行摊薄处理启动皮带传输装置的电机及振槽，每分 钟将固定重量的待检测片烟均匀放入振槽中，振槽一边振动一边将待检测片烟输 送至皮带传输装置上，通过限料放入片烟，及振槽的振动，并将分离后的待检测 片烟输送至皮带传输装置，使待检测片烟呈一片一片的分离状态；(3) 图像采集待检测片烟被输送至皮带传输装置后，随着皮带传输装置 一起运动，皮带传输装置上方设置的LED发光二极管发光，出射光照射至待检 测片烟上，并被待检测片烟反射，通过线阵CCD摄像机采集反射的信号光，得 到待检测片烟与皮带传输装置的图像信息；(4) 数据处理首先在计算机中将所述步骤(3)采集到的图像信息进行二值化处理，并采用背景加权校正的方法对采集到的图像信息进行背景校正，使获 取的待检测片烟的图像信息均匀清晰；其次在计算机中将背景校正后的图像信息 与所述步骤(1)建立的物料库进行对比，快速分离出待检测片烟的图像信息与 传输带的图像信息；接着在计算机中对分离出的待检测片烟的图像信息进行计 算，分离出每片大小不同的待检测片烟；然后在计算机中对每片片烟进行计算， 得到每片片烟的长短、面积的特征参数；最后将每片片烟的特征参数与国家片烟 标准各级参数进行比较，并计算符合国家片烟标准各级参数的片烟占待检测片烟 总数的百分比。
全文摘要
本发明涉及片烟结构在线检测装置及其检测方法，包括转速可调的电机驱动的皮带传输装置，皮带传输装置进料位置处设有振槽，皮带传输装置正上方设置有线阵CCD摄像机，位于线阵CCD摄像机两侧的皮带传输装置上方还分别均匀对称设置有一个或多个LED发光二极管，LED发光二极管的出射光线与所述皮带传输装置成锐角，线阵CCD摄像机通过数据线连接有数字捕捉卡，数字捕捉卡通过数据线与计算机相连。本发明作其简单的硬件组成形式，使得其占用工厂面积小，现场扩展极其容易，除了必须的现场设备如传输带、计算机等，其它处理全部自动化，这样便大大降低了外界干扰的复杂性。本发明还具有调试功能，能够适应多种情况下的处理，对突发性事件有应急准备。
文档编号G01N21/84GK101650316SQ20091014496
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者刘习申, 博 吴, 吴先良, 冬 孙, 军 明, 新 王, 王小兵 申请人:合肥安大电子检测技术有限公司