一种卷烟孔隙率及孔隙分布的检测方法及系统与流程

本发明属于烟草和烟草制品检测，涉及一种卷烟孔隙率及孔隙分布的检测方法及系统，具体涉及一种获取卷烟孔隙分布的核磁成像检测方法。

背景技术：

1、卷烟内部空隙结构和烟丝填充情况，对卷烟品质有着重要影响。卷烟烟丝填充孔隙结构的主要目标是检验卷烟质量，提高卷烟吸食舒适度和感官质量。孔隙率分布越均匀的卷烟其填充均匀性越好、密度一致性越高、感官质量也就越稳定。卷烟孔隙率区别于医学和材料学等领域的孔隙率，卷烟孔隙率不包含烟丝本身的孔隙，只包含烟丝之间的空隙，医学、材料学中的孔隙率一般指材料内部的孔隙。

2、现有技术中，cn113702258a提出了利用断层扫描技术对卷烟进行无损测试，通过对卷烟样品进行重建三维模型，求出卷烟样品沿轴向方向的孔隙率分布的方差和变化情况。但是由于断层扫描技术为物理参数的衰减成像，不能体现内部组织结构的异致性，即除组织结构之外不能反应水分和其他化学成分分布情况。

3、目前，尚缺少有效的方法来同时对卷烟任意方向孔隙率的分布和水分分布情况进行检测。

技术实现思路

1、目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种卷烟孔隙率及孔隙分布的检测方法及系统，通过卷烟的化学成分分布情况，实现对卷烟孔隙率分布情况的分析评价，提高孔隙率测量的准确度。

2、近年来，核磁共振成像技术广泛应用于食品领域中水分分布状态、油脂含量的检测等研究，其主要通过测定物质中的氢核在磁场和射频信号作用下的横向和纵向弛豫时间的长短，来研究材料内部水分的分布、迁移以及与之相关的其他性质。作为一种广泛应用的方法，核磁共振成像技术和核磁共振弛豫能够提供组织内部水分含量和微观孔隙结构等信息。可以通过相关研究工作，核磁共振弛豫测量结果也可以通过一些经验公式和孔隙网络模型与渗透率参数关联。

3、由以上概念可以得到卷烟孔隙率的计算公式如下：

4、

5、公式中v0代表烟丝之间空隙体积总量，v代表卷烟烟支体积。

6、技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

7、第一方面，本发明提供一种卷烟孔隙率及孔隙分布的检测方法，包括：

8、步骤(1)将卷烟样品在相对湿度w、温度t下进行水分平衡；

9、步骤(2)按预设方式对水分平衡后的卷烟样品分段切割，进行核磁扫描，获取核磁共振图像；

10、步骤(3)根据核磁共振图像的灰度图像确定分割阈值，根据分割阈值对图像进行前景和背景分离的二值化处理，得到将空气孔隙与含水卷烟烟丝区分开的二进制图像；

11、步骤(4)根据二进制图像得到卷烟的孔隙分布，并计算卷烟孔隙率。

12、在一些实施例中，步骤(1)中，所述相对湿度w为60±2％，所述温度t为22±1℃；

13、在一些实施例中，步骤(1)中，所述卷烟样品进行水分平衡的时间为18～48h，优选为24h。

14、在一些实施例中，步骤(2)中，进行核磁扫描采用以下方法中至少一种：

15、(2a)采用自旋回声成像方法进行核磁扫描，对具有高分子迁移率的第一类物质进行成像，确定卷烟样品中第一类物质的分布情况，其中所述第一类物质包括水分、多羟基醇类、糖类、碳氢化合物蜡质；

16、(2b)采用单点成像方法进行核磁扫描，对卷烟内较坚硬的第二类物质成像，其中所述第二类物质包括烟草细胞壁多糖和醋酸纤维素纤维。

17、进一步地，在一些实施例中，采用自旋回声成像方法进行核磁扫描的工作频率为21mhz；

18、进一步地，在一些实施例中，采用单点成像方法进行核磁扫描的工作频率为100mhz～600mhz，分辨率为100～1000μm。

19、在一些实施例中，步骤(3)中，根据核磁共振图像的灰度图像确定分割阈值，包括：

20、所述灰度图像为8位，灰度范围为0～255；

21、采用isodate算法进行分割，按照平行样品卷烟纸实际厚度和像素比值确定分割阈值。

22、在一些实施例中，步骤(4)中，计算卷烟孔隙率，包括：

23、

24、其中，δ0为卷烟孔隙率，n为核磁扫描切割的总截面数且不少于10，k为测量区域像素的总数目，kn为每次测量成像区域孔隙的像素数目。

25、在一些实施例中，步骤(2)中，按预设方式对水分平衡后的卷烟样品分段切割包括：

26、采用多种不同分割方式将卷烟进行分段，按照与卷烟径向呈倾斜任意角度θ进行平行等距分割或中心旋转对称分割，其中θ角为0°～90°。

27、在一些优选实施例中，θ角为90°，对卷烟烟支按照轴向等距进行分割，分割间距为1mm；

28、在另一些优选实施例中，θ角为0°，分割截面过卷烟中心轴进行径向旋转对称分割，分割间隔角度为30°。

29、第二方面，本发明提供了一种卷烟孔隙率及孔隙分布的检测系统，包括：

30、水分平衡模块，被配置为：将卷烟样品在相对湿度w、温度t下进行水分平衡；

31、分割核磁扫描模块，被配置为：按预设方式对水分平衡后的卷烟样品分段切割，进行核磁扫描，获取核磁共振图像；

32、二值化处理模块，被配置为：根据核磁共振图像的灰度图像确定分割阈值，根据分割阈值对图像进行前景和背景分离的二值化处理，得到将空气孔隙与含水卷烟烟丝区分开的二进制图像；

33、孔隙率计算模块，被配置为：根据二进制图像得到卷烟的孔隙分布，并计算卷烟孔隙率。

34、第三方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。

35、有益效果：本发明提供的卷烟孔隙率及孔隙分布的检测方法及系统，通过对卷烟样品进行核磁扫描并进行模型计算，以n为所取核磁截面数，求出卷烟样品任意方向的孔隙率分布情况。本发明利用核磁共振技术对卷烟孔隙分布进行评价，操作简便、耗时较短，降低研发成本、提高工作效率。且允许对不同分子迁移率区分的相进行选择性，实现无损分析。

36、本发明利用核磁共振成像技术测定卷烟的孔隙结构分布情况，同时可以进行分段卷烟的孔隙情况检测。可以使用核磁成像对烟草和卷烟进行批量处理，通过将自旋回声成像与弛豫测量和数据拟合相结合，可以构建一维、二维和三维映射，进一步区分具有可区分共振情况的不同化学组成结构。

37、借助本发明求出的卷烟轴向和径向孔隙率和孔隙分布数据可以指导生产过程和质量检验，为提高卷烟的填充均匀性提供数据支持，对比传统的密度法能够做到无损定量分析，相较于断层扫描技术更能够体现化学组分的分布和移动情况。利用核磁共振技术对卷烟性能进行评价，操作简便、耗时较短，可快速有效地实现孔隙结构评价检测的目的；并且具有无损检测的优点，避免了原料的浪费，减少了开发过程中的物料损耗、降低研发成本、提高工作效率。

38、通过相关计算和切割分段方式，进行卷烟或者烟草制品不同部位的化学成分分布和流动变化的一维、二维、三维成像分析。可以确定当分段或截面数量合理的情况下，可以准确高效的实现孔隙结构和孔隙分布的研究检测。本方法还可以对其定向截面的孔隙分布情况实现孔隙大小统计和相关定量分析，以提高对卷烟内烟丝堆积和分布情况的认识能力。