一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法技术

本发明专利技术公开一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法，经片烟样本的面积描述参数计算、形态描述参数计算，片烟大小及形状分布对烟丝结构影响的结构方程模型建立，再将所得片烟样本的面积描述参数以及所得片烟样本的形态描述参数作为隐变量，所得大片率、中片率、小片率和碎片率以及四个片型的欧氏距离作为显变量，导入步骤三建立的结构方程模型中，把回归权值和方差数据代入矩阵方程，所得矩阵方程即能描述片烟面积大小及形状分布和烟丝结构之间的多元线性关系。本发明专利技术测量精度能达到10%的范围之内，能够精确地描述片烟和烟丝结构之间的规律，实现了片烟和烟丝结构之间的关系可控，对于卷烟制丝工艺和复烤工艺有较好的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法
本专利技术属于烟草结构领域和图像检测分类领域，具体涉及一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法。
技术介绍
近年来烟草加工工艺得到了较快发展，加工技术水平不断提高，但基础研究仍较为薄弱。在打叶复烤(烟叶→叶片)和制丝(叶片→烟丝)环节，烟丝结构越来越受到关注。在卷烟工业中，研究打叶复烤线上的片烟形态和制丝线上烟丝结构的关系是很有实际意义的。因为烟丝结构是决定烟支卷制质量的重要因素，烟丝结构均匀性与片烟的尺寸分布和成丝过程密切相关，因为只有在掌控两者之间的关系规律才可以根据复烤线上的烟叶形态分析预测出切丝后的烟丝结构；相反地，可以根据预期的烟丝结构参数，利用所掌握的规律来配比打叶复烤线上的片烟形态特征参数，从而达到片烟形态和烟丝结构之间的生产关系可控，从而提高烟支卷制质量。如何通过片烟形态来预测烟丝结构，目前尚无研究成果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法，用片烟面积、片烟特征尺寸和均匀系数、矩形度、细长度、紧致度来描述片烟的形状特征，用片烟形状特征参数三维空间的聚类中心到标准形状聚类中心的欧氏距离描述片烟的形态特征；通过片烟的形态特征参数作为观测量，同时采用特征尺寸和均匀系数作为烟丝结构的观测量，建立片烟与烟丝结构方程模型，在AMOS软件进行结构模型分析，对烟丝结构参数进行预测，即通过片烟形态特征参数预测烟丝结构的特征尺寸和均匀系数。本专利技术是这样实现的：一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法，经过下列步骤：步骤一、单片片烟形态描述参数的采集及片烟样本的面积描述参数计算：首先采集片烟样本中各离散片烟的原始图像，运用常规图像处理技术，获得片烟形态描述参数，其中片烟形态描述参数包括面积、周长、矩形度、细长度、紧致度；再计算该片烟样本的大片率、中片率、小片率、碎片率，以大片率、中片率、小片率、碎片率作为片烟样本的面积描述参数；所述面积(A)是叶片结构分布的表征方法，是自然放置状态下片烟的水平投影面积，叶片的面积分布用累积分布函数来描述；所述周长(C)是叶片的外围轮廓的长度累积；所述矩形度(Cr)的计算公式如下：式中，Fk为区域面积和外接矩形面积之比，k为矩形具体方向，矩形方向离散步幅旋转，矩形度为Fk的最大比值，设定的值域为(0,1]；所述细长度(Ce)的计算公式如下：Ce＝W/L式中，L为片烟区域外接矩形长，W为片烟区域外接矩形宽，L≥W，细长度为片烟区域外接矩形宽W与长L的比值，设定的值域为(0,1]；所述紧致度(Cc)的计算公式如下：Cc＝4πA/C2式中，A为面积，C为周长，紧致度为4π与面积A的乘积除以周长C的平方，设定的值域为(0,1]；步骤二、片烟样本的形态描述参数计算：将步骤一所得片烟样本中四种片型(大片、中片、小片、碎片)的矩形度、细长度、紧致度作为三维坐标建立片烟样本的三维聚类空间，采用K-means聚类分析方法，求出聚类中心点与标准片烟聚类中心点之间的欧氏距离，将四个片型所得欧氏距离作为片烟样本的形态描述参数；步骤三、片烟大小及形状分布对烟丝结构影响的结构方程模型建立：结构方程模型由测量模型和结构模型组成，式(2)和(3)为测量模型，表示隐变量与显变量之间的关系，即由显变量来定义隐变量；式(4)为结构模型，只有测量模型的结构方程模型是测量变量之间的回归关系，即为验证性因素关系；只有结构方程的结构方程模型为路径分析：x＝∧Xξ+δ(2)y＝∧Yη+ε(3)η＝Bη+Γξ+ξ(4)其中，式(2)将内生隐变量ξ连接到内生标识，即显变量x；式(3)将外生隐变量η连接到外生标识，即显变量y；矩阵∧X和∧Y分别反映x对ξ和y对η关系强弱程度的系数矩阵，可以理解为相关系数，也可理解为因子分析中的因子载荷；δ和ε分别表示x和y的测量误差；式(4)为结构模型，反映了隐变量之间的关系；内生隐变量和外生隐变量之间通过系数矩阵B和Γ以及误差向量联系起来，其中Γ代表外生隐变量对内生隐变量的影响，B代表内生隐变量之间的相互影响，ζ为结构方程的误差项；所述隐变量为步骤一所得片烟样本的面积描述参数以及步骤二所得片烟样本的形态描述参数，显变量为大片率、中片率、小片率和碎片率以及四个片型的欧氏距离；设任意一份片烟大小及形状分布参数见表1所示。表1片烟大小及形状分布参数表结构方程模型中可得到片烟大小及形状分布与烟丝结构关系模型具有观测模型又有结构模型，而且测量模型为反应性指标测量模型。测量模型的线性回归模型：X1＝λx1ξ1+δ1(5)X2＝λx2ξ1+δ2(6)X3＝λx3ξ1+δ3(7)X4＝λx4ξ1+δ4(8)X5＝λx5ξ2+δ5(9)X6＝λx6ξ2+δ6(10)X7＝λx7ξ2+δ7(11)Y1＝λy1η1+ε1(12)Y2＝λy2η1+ε2(13)结构模型的线性回归模型：η1＝γ11ξ1+γ12ξ2+ζ1(14)方程式(5)～(13)用矩阵方程表示为：X＝∧Xξs+δm(15)Y＝∧Yηt+εn(16)在式(15)～(16)中，s＝1,2；m＝1,2,3,4,5,6,7；n＝1,2；t＝1；δ、ε和ζ代表各项线性方程的误差，ξ代表面积影响因素；η代表形状影响因素；λ和γ代表影响线性方程中的权值；步骤四、将步骤一所得片烟样本的面积描述参数以及步骤二所得片烟样本的形态描述参数作为隐变量，所得大片率、中片率、小片率和碎片率以及四个片型的欧氏距离作为显变量，利用常规AMOS软件导入步骤三建立的结构方程模型中，把回归权值和方差数据代入(14)～(16)得到矩阵方程，实现片烟描述参数对烟丝结构参数影响的多元回归，所得矩阵方程即能描述片烟面积大小及形状分布和烟丝结构之间的多元线性关系。所述步骤一的大片率是片烟样本中片烟面积大于等于645.16平方毫米的片烟在片烟样本中的占有率。所述步骤一的中片率是片烟样本中片烟面积大于等于161.29平方毫米小于645.16平方毫米的片烟在片烟样本中的占有率。所述步骤一的小片率是片烟样本中片烟面积大于等于40.32平方毫米小于161.29平方毫米的片烟在片烟样本中的占有率。所述步骤一的碎片率是片烟样本中片烟面积大于等于5.67平方毫米小于40.32平方毫米的片烟在片烟样本中的占有率。所述步骤一的离散片烟是相互不连接的片形烟叶，表现在图像上是片烟图像区域相互独立。所述步骤二的质数据是指筛选分析仪各层筛面上的烟丝称重数据。所述步骤二的欧氏距离是通过下列步骤求出：采集多个标准片烟的图像，选取紧致度、细长度、矩形度作为标准片烟的形状描述参数构建三维空间，采用K-means算法，对标准片烟进行聚类，得到标准片烟聚类中心点O；分别采集片烟样本中四种片型(大片、中片、小片、碎片)片烟的图像，选取紧致度、细长度、矩形度作为四种片型片烟的形状描述参数，在标准片烟的形状描述参数构建的三维空间中确定四种片型片烟的紧致度、细长度、矩形度三个形状描述参数的三维空间位置，分别为P1、P2、P3、P4；计算标准片烟聚类中心点到四种片型片烟形状描述参数的三维空间位置之间的欧氏距离，结合面积参数，将四种片型片烟的形态特征描述为(∣OP1∣，∣OP2∣，∣OP3∣，∣OP4∣，A)；其中，∣OP1∣表示标准片烟聚类中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法，其特征在于经过下列步骤：步骤一、单片片烟形态描述参数的采集及片烟样本的面积描述参数计算：首先采集片烟样本中各离散片烟的原始图像，运用常规图像处理技术，获得片烟形态描述参数，其中片烟形态描述参数包括面积、周长、矩形度、细长度、紧致度；再计算该片烟样本的大片率、中片率、小片率、碎片率，以大片率、中片率、小片率、碎片率作为片烟样本的面积描述参数；所述面积是叶片结构分布的表征方法，是自然放置状态下片烟的水平投影面积，叶片的面积分布用累积分布函数来描述；所述周长是叶片的外围轮廓的长度累积；所述矩形度的计算公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于片烟形态特征对烟丝结构影响的预测方法，其特征在于经过下列步骤：步骤一、单片片烟形态描述参数的采集及片烟样本的面积描述参数计算：首先采集片烟样本中各离散片烟的原始图像，运用常规图像处理技术，获得片烟形态描述参数，其中片烟形态描述参数包括面积、周长、矩形度、细长度、紧致度；再计算该片烟样本的大片率、中片率、小片率、碎片率，以大片率、中片率、小片率、碎片率作为片烟样本的面积描述参数；所述面积是叶片结构分布的表征方法，是自然放置状态下片烟的水平投影面积，叶片的面积分布用累积分布函数来描述；所述周长是叶片的外围轮廓的长度累积；所述矩形度的计算公式如下：式中，Fk为区域面积和外接矩形面积之比，k为矩形具体方向，矩形方向离散步幅旋转，矩形度为Fk的最大比值，设定的值域为(0,1]；所述细长度的计算公式如下：Ce＝W/L式中，L为片烟区域外接矩形长，W为片烟区域外接矩形宽，L≥W，细长度为片烟区域外接矩形宽W与长L的比值，设定的值域为(0,1]；所述紧致度的计算公式如下：Cc＝4πA/C2式中，A为面积，C为周长，紧致度为4π与面积A的乘积除以周长C的平方，设定的值域为(0,1]；步骤二、片烟样本的形态描述参数计算：将步骤一所得片烟样本中四种片型的矩形度、细长度、紧致度作为三维坐标建立片烟样本的三维聚类空间，采用K-means聚类分析方法，求出聚类中心点与标准片烟聚类中心点之间的欧氏距离，将四个片型所得欧氏距离作为片烟样本的形态描述参数；步骤三、片烟大小及形状分布对烟丝结构影响的结构方程模型建立：结构方程模型由测量模型和结构模型组成，式(2)和(3)为测量模型，表示隐变量与显变量之间的关系，即由显变量来定义隐变量；式(4)为结构模型：x＝∧Xξ+δ(2)y＝∧Yη+ε(3)η＝Bη+Γξ+ζ(4)其中，式(2)将内生隐变量ξ连接到内生标识，即显变量x；式(3)将外生隐变量η连接到外生标识，即显变量y；矩阵∧X和∧Y分别反映x对ξ和y对η关系强弱程度的系数矩阵；δ和ε分别表示x和y的测量误差；式(4)为结构模型，反映了隐变量之间的关系；内生隐变量和外生隐变量之间通过系数矩阵B和Γ以及误差向量联系起来，其中Γ代表外生隐变量对内生隐变量的影响，B代表内生隐变量之间的相互影响，ξ为结构方程的误差项；所述隐变量为步骤一所得片烟样本的面积描述参数以及步骤二所得片烟样本的形态描述参数，显变量为大片率、中片率、小片率和碎片率以及四个片型的欧氏距离；设任意一份片烟大小及形状分布参数见下表所示：片烟大小及形状分布参数表测量模型的线性回归模型：X1＝λx1ξ1+δ1(5)X2＝λx2ξ1+δ2(6)X3＝λx3ξ1+δ3(7)X4＝λx4ξ1+δ4(8)X5＝λx5ξ2+δ5(9)X6＝λx6ξ2+δ6(10)X7＝λx7ξ2+δ7(11)X1＝λy1η1+ε1(12)Y2＝λy2η1+ε2(13)结构模型的线性回归模型：η1＝γ11ξ1+γ12ξ2+ζ1(14)方程式(5)～(13)用矩阵方程表示为：X＝∧Xξs+δm(15)Y＝∧Yηt+εn(16)在式(15)～(16)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，张俊荣，刘泽，经坤，何邦华，丁锐，林文强，谭国治，张云东，李江乐，杨晓华，游玲，钱瑜，杨松，
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