基于机器视觉的烟丝长度确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的烟丝长度确定方法及系统，该方法包括步骤：获取被测烟丝的相机图像；将被测烟丝的相机图像进行预处理，转换为二值图像；计算被测烟丝的二值图像中各连通区域的面积，并将面积小于设定的面积阈值的连通区域剔除，保留面积大于等于所述面积阈值的连通区域；求取保留的连通区域的最小外接矩形；根据最小外接矩形求取被测烟丝的图像长度，并根据标准样本的图像长度与实际长度的比例数据，将被测烟丝的图像长度换算为实际长度。通过本发明专利技术方法及系统，可以准确地确定出烟丝的长度。

Method and system of tobacco length determination based on machine vision

The invention discloses a method and system for determining the length of tobacco based on machine vision, which includes steps: acquiring the camera image of the tobacco under test; preprocessing the camera image of the tobacco under test and converting it into a binary image; calculating the area of each connected area in the binary image of the tobacco under test, eliminating the connected area whose area is less than the set area threshold, and reserving the area. The connected area whose product is greater than or equal to the area threshold is obtained; the minimum outer rectangle of the reserved connected area is obtained; the image length of the tobacco is calculated according to the minimum outer rectangle, and the image length of the tobacco is converted to the actual length according to the ratio data of the image length of the standard sample to the actual length. Through the method and system of the invention, the length of tobacco can be accurately determined.

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的烟丝长度确定方法及系统
本专利技术涉及烟草
，具体涉及一种基于机器视觉的烟丝长度确定方法及系统。
技术介绍
烟丝结构对卷烟烟气的焦油释放量与烟丝填充值等有很大的影响，而卷烟的焦油及烟丝填充值等对卷烟感官品析有着极其重要的影响，因此烟丝结构对于卷烟品质有着重大的影响，烟丝结构是否稳定影响着卷烟品质的稳定。卷烟制丝过程中，在切丝宽度确定后，所谓烟丝结构主要是指不同长度烟丝质量所占的比例。有研究已经表明，长度>4.75mm的烟丝与长度<4.00mm的烟丝的整体感官质量存在显著性差异，主要体现在烟气的香气质、杂气、细腻程度和刺激性等感官指标上，且随着烟丝长度的降低，感官质量总体呈下降趋势。在卷烟配方中，烟丝长度的差异性是由其化学特性所决定的。烟叶或烟丝内在化学特性是决定其物理特性的物质基础，在打叶复烤及制丝阶段，抗破碎性较差的烟叶和烟丝容易发生造碎现象，形成面积较小的片烟和长度较短的烟丝。因此，不同尺寸片烟和不同长度成品烟丝的化学成分及其感官质量会存在显著差异，为获得较为理想的卷烟物理指标及其稳定性,烟丝结构分布的最可几长度应为2.00～4.75mm,应尽量减少小于1.40mm的烟丝。现有的烟丝结构测试主要是利用筛分的方法，使不同长度的烟丝分离，结果以各层或某层筛网上的累积质量占总质量的比例来表示。该检测方法粗广，检测烟丝的数量多，且形状不规则，烟丝重叠时，振筛机无法将重叠烟丝分离，导致烟丝检测误差较大。
技术实现思路
为解决现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于机器视觉的烟丝长度确定方法及系统。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于机器视觉的烟丝长度确定方法，包括以下步骤：步骤1，获取被测烟丝的相机图像；步骤2，将被测烟丝的相机图像进行预处理，转换为二值图像；步骤3，计算被测烟丝的二值图像中各连通区域的面积，并将面积小于设定的面积阈值的连通区域剔除，保留面积大于等于所述面积阈值的连通区域；步骤4，求取保留的连通区域的最小外接矩形；步骤5，根据最小外接矩形求取被测烟丝的图像长度，并根据标准样本的图像长度与实际长度的比例数据，将被测烟丝的图像长度换算为实际长度。另一方面，本专利技术还提供了一种基于机器视觉的烟丝长度确定系统，包括以下模块：图像获取模块，用于获取被测烟丝的相机图像；图像转换模块，用于将被测烟丝的相机图像进行预处理，转换为二值图像；面积计算模块，用于计算被测烟丝的二值图像中各连通区域的面积，并将面积小于设定的面积阈值的连通区域剔除，保留面积大于等于所述面积阈值的连通区域；外接矩形求取模块，用于求取保留的连通区域的最小外接矩形；长度计算模块，用于根据最小外接矩形求取被测烟丝的图像长度，并根据标准样本的图像长度与实际长度的比例数据，将被测烟丝的图像长度换算为实际长度。再一方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行本专利技术所述方法的步骤。再一方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本专利技术所述方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本方法利用机器视觉来对样本进行检测，从而避免了人工干预对检测的影响，也避免了筛分检测存在的烟丝重叠难分离、检测误差大的问题，实现了快速、无损的高效检测。2)将烟丝划分成规则和不规则两类，用不同的预处理方法，以及长度计算方法，并经过大量的实验制定了不同的标准物，避免了不同类型烟丝用同一方法测量的弊端，为烟丝长度测量的精确性提供了保障。3)本方法还不仅用于烟丝长度的测量，同时还适用于其他形状细长狭窄物体长度的测量。附图说明图1显示了直线型烟丝的实验标准样的参数数据；图2显示了1/4圆型烟丝的实验标准样的参数数据；图3显示了1/2圆型烟丝的实验标准样的参数数据；图4显示了S形型烟丝的实验标准样的参数数据；图5a-b分别为规则烟丝预处理前、后对比图；图6a-d分别为不规则烟丝的原始图、滤波后的图、腐蚀后的图、填充后的图；图7为规则烟丝剔除小面积后图像；图8为不规则烟丝剔除小面积后图像；图9为规则烟丝标记编号的外接矩阵图；图10为不规则烟丝记编号的外接矩阵图；图11为基于机器视觉的烟丝长度确定方法的流程图。图12为基于机器视觉的烟丝长度确定系统的功能框图。图13为实施例中所述电子设备的功能框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-4，分别展示了规则烟丝的标准样本的数据和不规则烟丝标准样本的数据，由于烟丝具有不同形状，利用PS技术胶片制作规则烟丝的直线型标准样本、不规则烟丝的1/2圆型、1/4圆型、S形型标准样本，即4个不同形状的标准样本，每个形状10个不同尺寸的样本。通过将每个形状的10个样本调整垂直放置、水平放置、样本右斜45度放置、样本左斜45度放置等，分别利用下述本专利技术的规则检测法、不规则检测法(执行步骤一到步骤六，步骤六中只计算出图像长度)重复检测10次，将每个形状的10个样本分别在10个不同位置检测的结果，计算每个形状的10个样本在10个位置的平均图像长度，对于直线型标准样本，以该平均图像长度作为该标准样本的图像长度，再记录每个标准样本的实际长度等参数，对于不规则标准样本，以3个形状的10个样本在10个位置的平均图像长度作为该标准样本的图像长度，再记录每个标准样本的实际长度等参数，如图1-4所示。可以参阅图5-11，本实施例中提供的一种基于机器视觉的烟丝长度确定方法，包括以下步骤：步骤一，获取被测烟丝的图像。本实施例中，将10根被测烟丝放置在密闭装置样品放置区域，通过分辨率1292(H)*964(V)，帧频43fps的面阵相机扫描烟丝，转换成图像信号，通过以太网传输给图像处理软件。本实施例中，将烟丝分为规则烟丝和不规则烟丝，其中规则烟丝指投影为直线的烟丝，不规则烟丝指投影为非直线(例如1/2圆型、1/4圆型，S型)的烟丝。步骤二，对获取的图像进行预处理，处理为二值图像。本步骤中，针对规则烟丝和不规则烟丝分别采用了不同的预处理方式，具体如下：针对于规则烟丝：将彩色图像转换成逻辑矩阵，即将彩色图像的像素点全部转换成Logical数据类型，根据灰度直方图的波低位置，定义一个颜色阈值p，例如95，将颜色大于95的像素点全部转换成1，颜色为黑色即背景，其他像素点的转换为0，颜色为白色即烟丝，处理前后的图像如图5a、图5b所示。针对于不规则烟丝：不规则烟丝图像形状是曲线，简单的进行二进制图像预处理，会导致过滤掉真实烟丝图像边缘轮廓，因此采用如下步骤进行预处理：①滤波：将步骤一中得到的图像进行局部标准差滤波，例如选取3*3的3阶单位矩阵，将图像中3阶领域的像素数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的烟丝长度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取被测烟丝的相机图像；步骤2，将被测烟丝的相机图像进行预处理，转换为二值图像；步骤3，计算被测烟丝的二值图像中各连通区域的面积，并将面积小于设定的面积阈值的连通区域剔除，保留面积大于等于所述面积阈值的连通区域；步骤4，求取保留的连通区域的最小外接矩形；步骤5，根据最小外接矩形求取被测烟丝的图像长度，并根据标准样本的图像长度与实际长度的比例数据，将被测烟丝的图像长度换算为实际长度。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的烟丝长度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取被测烟丝的相机图像；步骤2，将被测烟丝的相机图像进行预处理，转换为二值图像；步骤3，计算被测烟丝的二值图像中各连通区域的面积，并将面积小于设定的面积阈值的连通区域剔除，保留面积大于等于所述面积阈值的连通区域；步骤4，求取保留的连通区域的最小外接矩形；步骤5，根据最小外接矩形求取被测烟丝的图像长度，并根据标准样本的图像长度与实际长度的比例数据，将被测烟丝的图像长度换算为实际长度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，包括以下步骤：判断被测烟丝的类型，定义投影为直线的烟丝为规则烟丝，否则为不规则烟丝；若被测烟丝为规则烟丝，则将颜色大于设定的颜色阈值的像素点换算成1，将颜色小于等于所述颜色阈值的像素点换算成0，得到所述二值图像；若被测烟丝为不规则烟丝，则先将相机图像进行局部标准差滤波处理，再创建一个腐蚀结构对象窗口，将滤波后的图像进行逐步腐蚀处理，再将经过腐蚀处理后的图像在不改变图像的基本结构的条件下，将所有的对象都简化成连续的线条，保留图像的基本轮廓，最后对轮廓图进行填充，将线条内的区域像素全部转换成0，线条外面的区域全部转换成1，得到所述二值图像。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，计算被测烟丝的二值图像中各连通区域的面积，包括：创建一个n维单位矩阵，根据单位矩阵找到二值图像的连通区域，并计算各个连通区域的面积。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，包括：对属于同一个像素连通区域的所有像素点分配相同的编号，对属于不同的像素连通区域分配不同的编号，根据不同编号标记的像素点，计算出每个像素连通区域的最小外接矩形。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新，赵剑，乔晓辉，陈冉，邹泉，赵云川，马娟，胡宏俊，凌琳，赵娟，熊开胜，郑红艳，李韶阳，王夏婷，马丽，者靖雄，杨耀晶，李琼柱，
申请(专利权)人：云南中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：云南,53