劉博 李自娟 孫嘉 尹航

（1.張家口卷煙廠有限責任公司 河北省張家口市 075000 2.張家口經開區食品和市場監督管理局 河北省張家口市 075000）

卷煙加料不但能夠提高卷煙的吸食品質，而且還在卷煙品牌風格特征形成中具有重要作用。卷煙加料可以調節煙氣的酸堿度，改善吸味。 同時還可調整煙香并賦予品牌卷煙的產品風格特征。因此，卷煙糖料的質量穩定性直接影響卷煙產品的質量穩定性。現行業內主要通過儀器分析法檢測料液配制是否準確，但是由于生產現場的局限性不能擺放精密儀器，所以急需一種適用于生產現場的檢測方法，以加強料液配制過程的質量管理。

pH 值的測定有兩種方法: 化學傳感器法和人工比色目測法[1]。化學傳感器法具有檢測迅速/結果準確等特點，被廣泛應用于科學研究實驗，但是其成本較高不適合批量使用的企業。通常比色目測法是由肉眼對色彩進行比對識別，借助某種介質如 pH 試紙，對呈現色彩及與標準色庫進行比對以判斷出當前溶液 pH 值。但是這種方法也存在缺陷，如比對環境的光源差異、缺乏客觀的評價標準等諸多因素的存在，其判斷結果會產生主觀意判或者誤判，進而影響結果的使用與產品的判斷結果。鑒于以上情況，若使用數字圖像處理技術將能夠克服人工視覺識別的不足，提高 pH 測定精度，這對實際的工業生產具有很大程度的現實意義。

數字圖像處理技術是通過計算機對圖像進行去除噪聲、復原、增強、分割、提取特征等處理的方法和技術。其在醫藥、農業、工業等領域已經得到廣泛的應用。農林部門通過遙感圖像辨識植物生長狀態，進行估產，監視病蟲害發展及治理。水利部門通過遙感圖像分析，獲取水文信息，以判斷災害發生可能性。氣象部門用以分析氣象圖，提高天氣預報的準確程度。國防及測繪部門，使用航拍器獲得地域地貌及地面設施等資料。機械部門使用圖像處理技術，自動進行金相圖分析識別。醫療部門采用各種數字圖像技術及智能技術對各種疾病進行自動診斷。

配性模型（SMV）是一種通過預設結果與檢測結果進行相似度分析的模型，該模型需針對每種牌號香料的每一單體異常情況建立一個結果數據庫，當檢測結果放入系統后，系統將數據帶入每一個異常單體模型中進行匹配性分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和儀器

試驗材料：pH 試紙，江蘇泰州奧克濾紙廠，廣泛試紙（測量范圍1-14）

儀器：SNOY Exmor RS CMOS,日本索尼，1.12μm 像素間距

1.2 方法

1.2.1 影像目標區域的提取

在使用前的pH 試紙上以底邊為起始在距底邊1cm 處用鉛筆輕畫一條橫線，此橫線將pH 試紙分為浸入區及顯色區兩個部分，將pH 試紙的浸入區沒入待測料液后取出，對pH 試紙使用CMOS 圖像傳感器記錄試紙影像，在獲取的圖片上裁剪掉浸入區的部分，保留顯色區。在顯色區內取兩個最適合的點，以其連線作為對角線，得到一個長為x 寬為y 的區域，作為目標區域。

1.2.2 圖像平滑處理

中值濾波法[2]是一種非線性平滑技術，它將每一像素點的灰度值設置為該點某鄰域窗口內的所有像素點灰度值的中值。

將板內像素按照像素值的大小進行排序，生成單調上升(或下降)的為二維數據序列。二維中值濾波輸出為g(x,y)=med{f(x-k,y-l), (k,l∈W)} ，其中，f(x,y)，g(x,y)分別為原始圖像和處理后圖像。W為二維模板，通常為3*3，5*5 區域，本文采用的是3*3 中值濾波器。

1.2.3 RGB 到HSV 轉化

將相機采集的圖片（RGB 格式）轉化為包含色調、飽和度和明度三個參數的HSV 模型[3-5]。RGB 是一種通過對紅、綠、藍三個基本顏色變化，以及三色間相互疊加，得到其他顏色，但是此種色彩模式易受到亮度等因素的影響。因取樣環境復雜多變，還需要符合人工視覺的特點，固本文使用HSV 色彩模型。HSV 色彩模型成倒錐形，由色調（H）、飽和度（S）、明度（V）三個參數構成，其空間結構圖如圖1 所示。

圖1：HSV 色彩模型結構圖

RGB 到HSV 模型轉化是一個非線性的變換過程，轉化過程如下所示：

表1：pH 試紙測試準確度統計

表2：各牌號標準料液H 值范圍

1.2.4 匹配性模型數據庫建立

模型采用相關性分析方法建立各單一牌號每種單體異常匹配模型。模型建立的方法是將各牌號標準溶液（20g）中添加單體溶液，每次只添加一種單體的一個添加量，單體添加量分別為1g、5g、10g，每個單體添加添加下檢測5 次，將數據放入系統建立模型數據庫。

2 試驗結果與分析

2.1 pH值與H分量之間的關系

因HSV 色彩模型特點是每一個色彩對應唯一的H 值，且每一個pH 值對應著一種顏色，這為圖像檢測料液pH 值提供了依據。以pH 試紙提供的比色卡為基礎，建立pH 值與其對應的H 值關系曲線，如圖2 所示。

如圖2 所示，pH 值和H 值成s 型曲線關系，以此曲線關系能夠準確讀取pH 值。

2.2 準確度測試結果

為了驗證試驗結果，本文采取電極法作為檢驗方法，檢驗結果準確度如表1 所示。

從表可以看出，經過長期的跟蹤監測，數字圖像檢測方法的準確率達99.2%，檢測方法有效且穩定，能夠用于實際生產的檢測。

2.3 建立牌號料液H值數據庫

為了便于生產檢驗的需要，需建立H 值數據庫，結果如表2 所示。

表2 為不同牌號對應的pH 試紙顯色的H 值及其允差，使用時檢測結果與數據庫數據進行對比，結果在牌號標準范圍內的則判定為料液配制合格，若不在牌號標準范圍內的則判定為料液配制不合格。

2.4 異常料液判斷

當系統判定料液異常后，將異常結果帶入本牌號異常單體匹配模型，通過結果與數據庫中異常標準數據的相關性分析，得到異常單體的匹配性結果，如圖3 所示。

3 結果

采用數字圖像處理技術提高了目視檢測pH 試紙的精度，將pH試紙的顯色區域的RGB 圖片轉換為HSV 圖片，因為HSV 色彩模型中的H 值分量具有唯一性，與pH 值檢測結果具有對應關系，通過與牌號料液pH 值數據庫對比得到料液配制是否符合工藝要求，利用匹配模型對異常料液的異常單體添加情況給出判斷結果，為現場處置提供依據。

圖2：PH 值和H 值分量之間的關系曲線

圖3