自动化烟叶检测分级系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种自动化烟叶检测分级系统，其包括控制装置以及按顺序相邻放置的上线输送装置、振松摊平装置、青杂检测装置、烟叶分级装置和称重结算装置，其中所述控制装置根据需要与所述上线输送装置、振松摊平装置、青杂检测装置、烟叶分级装置和称重结算装置中的一个或多个存在通讯连接，在所述青杂检测装置和烟叶分级装置中分别包括用于获取待分级烟叶的图像和/或光谱谱图的第一相机和第二相机，所述图像和/或光谱谱图可用于对待分级的烟叶进行分级，所述第一相机和所述第二相机中的至少一个是高光谱相机。的至少一个是高光谱相机。的至少一个是高光谱相机。

【技术实现步骤摘要】
自动化烟叶检测分级系统


[0001]本技术涉及烟叶分级(或定级)领域。具体地，本技术涉及一种自动化烟叶检测分级系统，特别是利用高光谱技术的自动化烟叶检测分级系统。

技术介绍

[0002]烟草行业在中国农业经济中占有重要地位，其各个生产环节或步骤正在逐步实现机械化与自动化，如烟叶打顶抑芽机、全自动烟叶采收机、全自动编烟机和密集型高效能烤房的开发与应用等。然而，关于烟叶分级，目前全世界大部分烤烟生产大国，都还停留在人工分级水平。传统的烟叶人工分级方式主要通过操作人员的经验和感官判断进行划分，人工分级依靠的是烟叶分级工的眼、鼻、手等感官感受对烟叶进行主观上的等级判断，该分级方式存在耗时、费力且主观性较强等缺点，从而使分级结果不够规范和客观。
[0003]其一，在实际过程中无法要求烟叶分级工对烟叶都过手仔细查看，这样不仅劳动强度极大，而且长时间的分级工作，将导致烟叶分级工产生视觉疲劳，使分级效率和正确率降低。其二，在实际烟叶的收购中，经常会发生不同产区之间、不同分级工之间、或烟农与烟草收购站之间在烟叶分级标准认识上的分歧。导致这种分歧的原因主要是，人工分级具有很强的主观性，容易造成烟叶收购不客观的现象。在人工分级过程中时常发生烟农不认可烟叶收购站对烟叶质量等级认定的纠纷，这样很可能造成无法实现以质论价的分级原则，损害烟农的利益，影响烟农的种植积极性。
[0004]近年来，机器视觉技术在农产品质量检测与分级领域发展迅速，成果累累。在某些农产品，如水果、蔬菜质量检测和分级中已经得到了成熟的应用。机器视觉是一门多学科交叉的技术，它涉及数学、计算机科学、人工智能、模式识别，以及生物科学等多门学科。关于烟叶质量检测与分级方面的研究，国外要领先于中国。Thomas C.E.在1988年第42届国际烟草化学家会议上提出使用图像处理技术提取烟叶或其它农产品的外形特征，并将其应用到烟草及其它农产品的质量检测方面。CHO.H.K和PAKE.K.H采用图像处理技术提取了烤烟的外形特征和颜色特征，并对烟叶的质量等级进行研究。
[0005]我国基于图像处理和数据挖掘进行烟叶自动分级的研究与国外相比，虽然起步较晚，但由于烟草在我国经济和生活中占据重要的地位，与国外相比我国的研究成果更进一步。张建平，吴守一，蔡健荣等基于机器视觉技术，利用图像处理技术分析提取烟叶的形状和颜色特征，并将烟叶分级标准中部位和颜色信息进行定量化描述，与此同时使用神经网络模型对烟叶进行分级，他们的研究奠定了机器视觉技术在烟叶分级领域的基础。韩力群等利用机器视觉技术提取了烟叶的长度、宽度、长宽比、面积、圆度、矩形度以及残伤率等外观特征，基于模糊算法实现了对烟叶的分组与分级，并对云南产区的烟叶进行了试验。谭旭、唐云岚等将烟叶特征进行离散化和属性简约，并利用粗糙集理论实现了烟叶的分级。申振宇，申金媛等利用神经网络探讨不同烟叶特征分别对部位、等级的影响。蔡宪杰等应用机器视觉提取了多个不同地区烟叶样品的特征参数，经过筛选，确定烟叶特征向量，并应用人工神经网络对不同地区的烟叶进行训练、学习，开发了烟叶质量分选系统。刘华波等基于机
器视觉提取了烟叶的透射图像，并验证了透射图像在烟叶自动分级研究上的可行性。
[0006]随着科技的进步，烤烟烟叶收购与分级研究有了新的手段——光谱技术，它具有不破坏样品化学结构、灵敏度高、操作简单的优点。烟叶的成熟度是烟叶分级的第一指标，李佛琳等在烟叶成熟度判断方面，提出利用反射光谱建立量化的烟叶成熟度判断模型。刘剑君等将支持向量机SVM(Support Vector Machine，SVM)与红外光谱分析技术相结合，在光谱数据预处理上，应用小波压缩实现了对复杂光谱数据的预处理，并建立了烟叶分级模型。之后，它又分析了烟叶的主成分和烟叶光谱特征信息，以烟叶的光谱特征为输入，应用概率神经网络建立了烟叶分级模型。张鑫等基于主成分分析的马氏距离判别模型，系统分析了仪器类型、建模区间、模型参数及光谱预处理方式对烟叶部位判断的影响。章英等提出基于近红外光谱技术快速鉴别烟叶分组(部位、颜色)的方法，并分析了近红外光谱应用于烤烟质量评价的可行性。由于烟叶的光谱不仅与其化学成分密切相关.而且与其内部结构有一定的关系，基于这一点，彭丹青等提出了基于径向基神经网络和光谱分析技术的烟叶分级方法的研究。
[0007]关于烟叶自动分级的研究还处于理论探讨和实验室研究阶段，还无法在实际烟叶收购分级中得到应用，目前市场上也没有关于烟叶分级的设备。由于烟叶分级指标多，等级划分繁杂，所以烟叶分级是个十分复杂的过程，从外形到内质影响因素有很多，同时各个烟区差异程度也较大，图像处理和机器学习只考虑颜色、形状等外观特征仍有局限性，可以进一步考虑烟叶分级标准中烟叶的内质、身份等特征，以进一步研究建立更加合理、适应生产需要的分级模型。同时分级系统对静态图像进行处理的分级效果较好，但在生产车间环境中，存在电磁干扰、振动与噪声、湿度、温度、粉尘等，系统硬件的环境适应性、系统稳定性、工作的可靠性仍有待加强。由于烟叶分级过程十分复杂，对系统性能要求也较高，因此算法的复杂性便与实时性分级之间存在矛盾。
[0008]中国专利申请CN202010529537.2公开了一种烟叶定级分选装置，该装置用机械一体化生产线对烟叶进行自动化分选定级，不仅降低了劳动强度，而且提高了分选效率和质量。具体地，该专利申请公开了在一台滚筒松散装置的入口一侧安装有一台烟叶提升装置，在滚筒松散装置的出口端安装有一台多级皮带传输装置，在多级皮带传输装置的出料端安装有一台影像检测定级装置，在影像检测定级装置的出料口端安装有烟叶分级装置。多级皮带传输装置的最后一级传输带摆放方向与之前的传输带方向一致或垂直。然而，该专利申请关于其中的影像检测定级装置没有任何说明和限制。
[0009]由于颜色是图像最直观的视觉特征之一，因此在过去十年已有学者开展了基于颜色特征的烟叶自动分级研究。在基于颜色特征的烟叶等级划分中，大多获取图像的RGB分量值，并进行多种组合变换，建立相应的数学模型。但其中大部分工作是建立在静态条件下的理论研究，尚不能满足烟叶在线检测过程的高速实时的要求。目前对于能够进行烟叶特征提取分析的烟叶等级自动识别系统软件还处在实验研究和尝试阶段，还没有研发出完全能够替代人工分级的烟叶实时质量检测分级的自动化设备和流水线，与实现烟叶分级系统的工程化和商品化还有一段距离。
[0010]烟叶分级是烟草行业中重要的环节，必须严格执行烤烟国家标准对烟叶质量进行准确分级。通过高光谱技术可以建立一套客观、规范、高效的烟叶系统。
[0011]中国专利申请CN201610684806.6公开了一种基于高光谱图像和深度学习算法的
烟叶分级方法。具体地，该专利申请提供了一种利用高光谱图像技术，并联合深度学习对烟叶进行智能化、无损分组、分色和分级的方法。
[0012]运用高光谱技术进行烟叶自动分级的研究能够充分考虑到样品的内质信息，具有操作快速、简便、灵敏度高等优点，同时其作为一种绿色分析技术，在烟草自动分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烟叶检测分级系统，其特征在于该烟叶检测分级系统包括：控制装置(1)，上线输送装置(2)，振松摊平装置(3)，青杂检测装置(4)，烟叶分级装置(5)，和称重结算装置(6)，其中，所述上线输送装置(2)包括第一传送带(91)，其用于接收成捆烟叶(7)或经拆捆烟叶(71)，并将该成捆烟叶(7)或经拆捆烟叶(71)传送至下游的振松摊平装置(3)，所述经拆捆烟叶(71)是所述成捆烟叶(7)经历拆捆形成的，所述振松摊平装置(3)位于所述上线输送装置(2)下游并相邻于所述上线输送装置(2)，用于将来自所述上线输送装置(2)的成捆烟叶(7)或经拆捆烟叶(71)振松摊平形成经振松摊平烟叶(72)，所述振松摊平装置(3)包括第二传送带(92)，所述第二传送带(92)用于将所述经振松摊平烟叶(72)传送至下游的青杂检测装置(4)，所述青杂检测装置(4)位于所述振松摊平装置(3)下游并相邻于所述振松摊平装置(3)，所述青杂检测装置(4)包括第三传送带(93)、第一光源(41)和第一相机(42)，所述第三传送带(93)位于所述第二传送带(92)下游并相邻于所述第二传送带(92)，所述第三传送带(93)用于接收经所述第二传送带(92)传送至所述青杂检测装置(4)的经振松摊平烟叶(72)，所述第一光源(41)和所述第一相机(42)位于所述第三传送带(93)上方或侧上方，并用于形成经所述第三传送带(93)传送经过所述青杂检测装置(4)的经振松摊平烟叶(72)的第一图像和/或第一光谱谱图，从而经青杂检测获得所述经振松摊平烟叶(72)的含青含杂比率，所述第三传送带(93)进一步用于将经青杂检测的烟叶(73)传送至下游的烟叶分级装置(5)，所述烟叶分级装置(5)位于所述青杂检测装置(4)下游并相邻于所述青杂检测装置(4)，所述烟叶分级装置(5)包括第四传送带(94)、第二光源(51)、第二相机(52)和不合格回收机构(53)，所述第四传送带(94)位于所述第三传送带(93)下游并相邻于所述第三传送带(93)，所述第四传送带(94)用于接收经所述第三传送带(93)传送至所述烟叶分级装置(5)的经青杂检测的烟叶(73)，所述第二光源(51)和所述第二相机(52)位于所述第四传送带(94)上方或侧上方，并用于形成经所述第四传送带(94)传送经过所述烟叶分级装置(5)的经青杂检测的烟叶(73)中含青含杂比率合格的烟叶的第二图像和/或第二光谱谱图，从而经分级检测获得所述含青含杂比率合格的烟叶的等级，所述不合格回收机构(53)位于所述第二相机(52)下游，用于在所述第四传送带(94)将经青杂检测和经分级检测的烟叶(74)继续向下游传送时，将所述经青杂检测和经分级检测的烟叶(74)中的含青含杂比率不合格和等级不合格的烟叶(76)分拣出线，同时所述第四传送带(94)进一步用于将等级为合格及以上的烟叶(75)传送至下游的称重结算装置(6)，所述称重结算装置(6)位于所述烟叶分级装置(5)下游并相邻于所述烟叶分级装置(5)，所述称重结算装置(6)包括第五传送带(95)和相邻于其的称重结算器(61)，所述第五传送带(95)位于所述第四传送带(94)下游并相邻于所述第四传送带(94)，所述第五传送带
(95)用于接收经所述第四传送带(94)传送至所述称重结算装置(6)的等级为合格及以上的烟叶(75)并将其进一步传送到所述称重结算器(61)上，所述称重结算器(61)用于对所述等级为合格及以上的烟叶(76)进行称重结算，所述控制装置(1)至少与所述第三传送带(93)、所述第四传送带(94)、所述第一相机(42)、所述第二相机(52)和所述不合格回收机构(53)存在通讯连接，和所述第一相机(42)和所述第二相机(52)中的至少一个是高光谱相机。2.根据权利要求1所述的烟叶检测分级系统，其中所述第一相机(42)是高光谱相机。3.根据权利要求1所述的烟叶检测分级系统，其中所述第二相机(52)是高光谱相机。4.根据权利要求1所述的烟叶检测分级系统，其中所述第一相机(42)和所述第二相机(52)都是高光谱相机。5.根据权利要求1至4中任一项所述的烟叶检测分级系统，其中所述青杂检测装置(4)还包括第一不合格回收机构(43)，所述第一不合格回收机构(43)位于所述第一相机(42)下游，用于在所述第三传送带(93)将经青杂检测的烟叶(73)继续向下游传送时，将所述经青杂检测的烟叶(73)中的含青含杂比率不合格的烟叶分拣出线，并且所述第三传送带(93)仅进一步用于将含青含杂比率合格的烟叶传送至下游的烟叶分级装置(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玉双，李小云，
申请(专利权)人：北京天地数联科技有限公司，
类型：新型
国别省市：