烟叶的一致性辨选方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种烟叶的一致性辨选方法及装置，属于烟叶生产加工技术领域。当单一等级烟叶开始生产时，相机获取到烟叶图像以后，图像处理系统根据烟叶的等级特征在图像的各类颜色空间中进行特征聚类分析。把一定比例具有相同特征的烟叶辨选为当前等级的烟叶，与当前等级烟叶特征不相同的烟叶辨选为不符合当前等级的烟叶，剔除系统剔除不符合当前等级的烟叶后由人工进行二次判别。人工判别如果该烟叶符合当前等级的烟叶特征，则该烟叶回到当前等级烟叶生产线上；如果该烟叶不符合当前等级的烟叶特征，则依据烟叶分级标准人工判别该烟叶的等级。本发明专利技术可自动化检测识别单一等级烟叶的形状、纹理和颜色特征，提高烟叶加工成品的纯净度，减少用工需求。

【技术实现步骤摘要】
烟叶的一致性辨选方法及装置
本专利技术属于烟叶生产加工
，具体涉及一种烟叶的一致性辨选方法及装置。
技术介绍
针对烟叶收购、分级，很多专利提出了一些分级方法和装置，如CN201610229853.1提出了一种烟叶在线自动定级分拣系统及其分拣烟叶的方法、CN201410176953.3提出了一种烟叶分级方法、CN201520417843.1提出一种多光谱视觉成像大叶农作物叶片分级系统、CN201110004173.7提出了一种利用光谱和图像特征进行烟叶分级方法、CN201510545687.1提供一种烟草分级方法。虽然专利的方法和装置较多，但是在实际烟叶收购、分级的过程中，主要还是根据烟叶的定级标准依靠人的感官进行判定。物料流通到下一级烟草加工企业以后，在烟草加工企业对烟叶的加工过程中，也只是对烟叶中的青烟、霉烟、非烟杂物有自动化的设备进行检测剔除控制。对烟叶的等级主要也是依靠人的感官进行检测判定。没有自动化机器视觉的设备对其进行量化控制，不仅消耗大，而且缺乏客观性。对烟叶形状、纹理、颜色等特征无统一判定的标准，影响烟草加工企业原料加工过程中烟叶品质的纯净度。因此如何克服现有技术的不足是目前烟叶生产加工
亟需解决的问题。
技术实现思路
基于上述原因，针对烟草加工企业，本专利技术的目的是提供一种烟叶的一致性辨选方法及装置。本专利技术可自动化检测识别单一等级烟叶的形状、纹理、颜色等特征的一致性，提高烟叶加工成品的纯净度、减少用工的需求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种烟叶的一致性辨选装置，包括上位监控系统、图像处理系统、光学系统和剔除系统；所述的光学系统包括相机和LED线性光源；LED线性光源的数量≥2；相机数量≥1；所述的剔除系统包括剔除控制器和气动电磁阀；LED线性光源设于传输带的正上方，用于为烟叶均匀打光；相机设于LED线性光源的上方，用于获取烟叶图像；相机与图像处理系统的图像输入端相连；上位监控系统与图像处理系统的信号输入端相连；图像处理系统的信号输出端与剔除控制器的信号输入端相连；剔除控制器的信号输出端与气动电磁阀相连；气动电磁阀设于传输带的出料端；上位监控系统用于控制图像处理系统对从相机传来的照片进行图像处理，之后将图像处理结果传输至剔除控制器中；剔除控制器接收到图像处理结果的数字信号后，将其转换成控制信号，控制气动电磁阀工作。进一步，优选的是，所述的相机为工业彩色线阵CCD相机。进一步，优选的是，所述的相机传感器CCD数量个数为n，n≥1。进一步，优选的是，所述的图像处理系统包括图像处理计算机或嵌入式图像处理器。进一步，优选的是，所述的嵌入式图像处理器包括FPGA、DSP和DSP+FPGA类型嵌入式图像处理器中的一种。本专利技术还提供一种基于上述烟叶的一致性辨选装置的烟叶一致性辨选方法，包括如下步骤步骤（1），当某一单一等级烟叶开始生产时，相机获取该单一等级烟叶的图像；步骤（2），图像处理系统根据相机采集到的图像中的烟叶的形状特征，分别在不同的颜色空间中进行聚类分析，确定当前单一等级烟叶的形状特征在不同颜色空间的聚类中心阈值；形状特征包括烟叶的面积、长度、宽度和轮廓；步骤（3），图像处理系统根据相机采集到的图像中的烟叶的纹理特征，分别在不同的颜色空间中进行聚类分析，确定当前单一等级烟叶的纹理特征在不同颜色空间的聚类中心阈值；纹理特征包括均匀、细致和粗糙；步骤（4），图像处理系统根据相机采集到的图像中的烟叶的颜色特征，分别在不同的颜色空间中进行聚类分析，确定当前单一等级烟叶的颜色在不同颜色空间的聚类中心阈值；颜色特征包括柠檬黄色、桔黄色、红棕色、青色、褐色和杂色；步骤（5），对于待筛选烟叶，首先将烟叶松散摊薄在传输带上，然后通过相机采集待筛选烟叶的图像，图像处理系统对图像进行处理并根据步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）的聚类分析结果来判定待筛选烟叶是否为合格的当前单一等级烟叶，如果合格，则进入下一步生产工艺环节；如果不合格，则将数据信号传输至剔除控制器，剔除控制器将数据信号转换为控制信号来控制气动电磁阀工作，剔除不合格烟叶。其中，步骤（2）、（3）和（4）中所述的颜色空间包括RGB、Lab、YUV、HIS和HSV中的至少一种，但不限于此。进一步，优选的是，步骤（5）中的判定方法为决策树法；具体方法是对烟叶的形状特征、纹理特征、颜色特征依次进行分析，即当形状聚类特征不符合合格烟叶特征时，直接辨别为不合格烟叶，不再进行下一个特征聚类分析；只有符合合格烟叶聚类特征时才进行下一个特征聚类分析，以此类推，直到所有聚类特征符合合格烟叶特征才辨别为合格烟叶。进一步，优选的是，步骤（5）中的判定方法为投票法。具体方法是根据聚类特征数量规定当前单一等级烟叶的阈值N，之后对待筛选烟叶的形状特征、纹理特征、颜色特征进行投票，符合当前单一等级烟叶特征标记为0，不符合当前单一等级烟叶特征标记为1，对聚类分析标记的结果进行累加，累加值为X，当X>N时，该烟叶不符合当前单一等级烟叶的特征，为不合格烟叶；当X<N时，该烟叶符合当前单一等级烟叶的特征，为合格烟叶。进一步，优选的是，采用人工方式进行复检，如果人工判别为当前单一等级烟叶，则将其投入到下一步生产工艺环节中。对于本专利技术步骤（2）、（3）和（4）中的聚类分析，聚类分析的核心思想是计算出所有数据点的局部密度值到高局部密度点的距离后，得到数据的聚类中心范围。再根据该聚类中心范围判别当前数据是否在该聚类中心范围以内。本专利技术聚类分析均采用现有的算法，可采用现有常规的聚类分析计算软件，本专利技术对此没有限制。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：（1）本专利技术可自动化检测识别单一等级烟叶的形状、纹理、颜色等特征的一致性，与人工辨选相比，不符合等级要求烟叶的拣除率提高至少3倍、漏拣率提高至少10%；用工比例减少至少90%；（2）本专利技术提高了烟叶加工成品的纯净度，减少用工的需求，同时，提高了成品的质量，节约了人工成本，大大提高了烟草加工企业的市场竞争力及企业形象。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的一种可选的特征聚类图。图中①为细长烟叶特征聚类中心范围，②为合格烟叶特征聚类中心范围；图2是根据本专利技术实施例的一种可选的特征聚类图。图中①为青色烟叶GB颜色空间特征聚类中心范围，②为合格烟叶GB颜色空间特征聚类中心范围；图3是本专利技术烟叶聚类特征决策树法示意图；图4是本专利技术烟叶聚类特征投票法示意图。图中特征1、特征2···特征n为烟叶形状特征（面积、长度、宽度和轮廓）、纹理特征（均匀、细致和粗糙）、颜色特征（柠檬黄色、桔黄色、红棕色、青色、褐色和杂色）中的任一特征；图5是本专利技术实施例装置原理示意图。图中1、图像处理系统；2、上位监控系统，3、LED线性光源；4、相机；5、剔除控制器；6、气动电磁阀；7、输送带，箭头方向为物料输送方向；图6是本专利技术实施例装置的辨选流程示意图；图7是本专利技术实施例装置外型结构示意图。图中7为输送皮带，8为摊薄装置，9为本专利技术辨选装置。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述。本领域技术人员将会理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烟叶的一致性辨选装置，其特征在于，包括上位监控系统、图像处理系统、光学系统和剔除系统；所述的光学系统包括相机和LED线性光源；LED线性光源的数量≥2；相机数量≥1；所述的剔除系统包括剔除控制器和气动电磁阀；LED线性光源设于传输带的正上方，用于为烟叶均匀打光；相机设于LED线性光源的上方，用于获取烟叶图像；相机与图像处理系统的图像输入端相连；上位监控系统与图像处理系统的信号输入端相连；图像处理系统的信号输出端与剔除控制器的信号输入端相连；剔除控制器的信号输出端与气动电磁阀相连；气动电磁阀设于传输带的出料端；上位监控系统用于控制图像处理系统对从相机传来的照片进行图像处理，之后将图像处理结果传输至剔除控制器中；剔除控制器接收到图像处理结果的数字信号后，将其转换成控制信号，控制气动电磁阀工作。

【技术特征摘要】
1.一种烟叶的一致性辨选装置，其特征在于，包括上位监控系统、图像处理系统、光学系统和剔除系统；所述的光学系统包括相机和LED线性光源；LED线性光源的数量≥2；相机数量≥1；所述的剔除系统包括剔除控制器和气动电磁阀；LED线性光源设于传输带的正上方，用于为烟叶均匀打光；相机设于LED线性光源的上方，用于获取烟叶图像；相机与图像处理系统的图像输入端相连；上位监控系统与图像处理系统的信号输入端相连；图像处理系统的信号输出端与剔除控制器的信号输入端相连；剔除控制器的信号输出端与气动电磁阀相连；气动电磁阀设于传输带的出料端；上位监控系统用于控制图像处理系统对从相机传来的照片进行图像处理，之后将图像处理结果传输至剔除控制器中；剔除控制器接收到图像处理结果的数字信号后，将其转换成控制信号，控制气动电磁阀工作。2.根据权利要求1所述的烟叶的一致性辨选装置，其特征在于，所述的相机为工业彩色线阵CCD相机。3.根据权利要求2所述的烟叶的一致性辨选装置，其特征在于，所述的相机传感器CCD数量个数为n，n≥1。4.根据权利要求1所述的烟叶的一致性辨选装置，其特征在于，所述的图像处理系统包括图像处理计算机或嵌入式图像处理器。5.根据权利要求4所述的烟叶的一致性辨选装置，其特征在于，所述的嵌入式图像处理器包括FPGA、DSP和DSP+FPGA类型嵌入式图像处理器中的一种。6.基于权利要求1-5所述的烟叶的一致性辨选装置的烟叶一致性辨选方法，其特征在于，包括如下步骤步骤（1），当某一单一等级烟叶开始生产时，相机获取该单一等级烟叶的图像；步骤（2），图像处理系统根据相机采集到的图像中的烟叶的形状特征，分别在不同的颜色空间中进行聚类分析，确定当前单一等级烟叶的形状特征在不同颜色空间的聚类中心阈值；形状特征包括烟叶的面积、长度、宽度和轮廓；步骤（3），图像处理系统根据相机采集到的图像中的烟叶的纹理特征，分别在不同的颜色空间中进行聚类分析，确定当前单一等级烟叶的纹理特征在不同颜色空间的聚类中心阈值；纹理特征包括均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊荣，张云，李克强，张云东，秦家文，杨松，李瑞东，杨晓华，李江乐，经坤，
申请(专利权)人：云南昆船设计研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53