煙草異物剔除系統(tǒng)中顏色表可視化研究

張紹堂

曲靖師范學院計算機科學與工程學院,云南曲靖 655011

煙草異物剔除系統(tǒng)中顏色表可視化研究

張紹堂

曲靖師范學院計算機科學與工程學院,云南曲靖 655011

顏色表對用戶來說是透明的?？梢暬褪菍㈩伾碇幸延械念伾@示出來，用戶通過觀察顏色表很容易判斷顏色表的識別效果，并對顏色表作相應(yīng)修改。該方法有利于顏色表的維護和剔除效果的提高。

煙草異物剔除；顏色表；可視化

引言

機器視覺是通過光學的裝置和非接觸的傳感器自動地接收和處理一個真實物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機器人運動的裝置。它是研究計算機模擬生物宏觀視覺功能的科學和技術(shù)，即用機器代替人眼來做測量和判斷，其特點是自動、客觀、非接觸、精度高、速度快、工作可靠。

機器視覺技術(shù)是指用計算機來實現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計算機來實現(xiàn)人對客觀的三維世界的識別；機器視覺技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)主要有三部分組成：圖像獲取、圖像的處理和分析、輸出或顯示（執(zhí)行系統(tǒng)）[1-2]。

基于機器視覺技術(shù)的煙草異物剔除系統(tǒng)用在卷煙廠的制絲生產(chǎn)線、打葉復烤線中，是用以識別并剔除煙葉中混雜的異物（如麻繩、紙片、雞毛、蟲蛹、塑料等）的自動化檢測系統(tǒng)。能從煙葉中以很高的比率和精度剔除雜物，提高制絲生產(chǎn)線、打葉復烤線產(chǎn)品品質(zhì)。

1 系統(tǒng)原理概述

煙草異物剔除系統(tǒng)是根據(jù)顏色特征來區(qū)分煙葉和雜物的。煙葉通過攤薄機等輔聯(lián)設(shè)備，形成煙葉薄層，使異物不上下夾雜在煙葉中間，以利于圖像設(shè)備（CCD彩色線掃描相機）檢測。輸送機將煙葉薄層加速到5～8米/秒的速度。煙葉薄層通過視頻柜時，線陣CCD彩色線掃描相機攝取煙葉圖像，送入數(shù)字圖像處理單元。數(shù)字圖像處理單元能實時處理海量圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過研制的專有圖像算法，識別出異物，并計算出異物的相對坐標?？刂葡鄳?yīng)坐標高速氣動電磁閥，將異物剔除。合格煙葉則進入下一工序[3-5]。

2 影響系統(tǒng)性能因素分析

整個系統(tǒng)已在多個煙廠投入使用，運行結(jié)果表明，系統(tǒng)對木片、雞毛、紙片、藍色皮帶、綠色皮帶、黃色皮帶，透明塑料等的剔除率較高（達到了90%以上），但仍然存在一些直接影響系統(tǒng)性能的因素。

2.1 顏色與煙葉相近異物的處理

由于紙箱板、麻繩等異物的顏色和煙葉顏色相近甚至相同，在建立顏色庫的過程中很容易將該類雜物的顏色學習到顏色庫中，直接影響到了相同對該類雜物的識別和剔除，在文獻[6]中，我們已經(jīng)給出了相應(yīng)的處理方法。

2.2 大塊異物的處理

實際應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)，對于一些體積或面積比較大的雜物漏剔現(xiàn)象較嚴重，產(chǎn)生漏剔的原因主要是以下幾方面：

1）受風力（為了保證物料的穩(wěn)定、快速的傳輸，系統(tǒng)中在物料上、下方加入了壓風和托風）的影響，大塊異物位置產(chǎn)生了偏移，導致不能準確剔除雜物。受該因素影響最明顯的是像黑塑料這類較輕的雜物。

2）系統(tǒng)通過高速皮帶將物料加速到5米/秒的速度進行檢測。在加速的過程中，諸如木塊等質(zhì)量較大的雜物速度相比物料和普通雜物更快，而氣動電磁閥的動作間隔時間是根據(jù)普通雜物設(shè)定的，在電磁閥作出動作之前雜物已跨越剔除位置，從而導致漏剔。

3）剔除口的寬度是有限的，當遇到紙箱板這類面積較大的雜物時，系統(tǒng)不能將該類雜物擊落。

文獻[7]中我們給出了大塊異物的處理方法。

2.3 顏色表的維護

顏色表就是學習好后的煙葉顏色，系統(tǒng)中以一種特殊的文件存儲，它本身對用戶來說是透明的。系統(tǒng)運行過程中，用戶根據(jù)剔除情況對顏色表作適當修改，以保證良好的剔除效果。但對顏色表進行長期修改后，用戶并不知道顏色表里邊究竟學習了些什么顏色，只能根據(jù)剔除情況來衡量顏色表的效果。經(jīng)過長時間的積累，也許用戶無疑將某種雜物的顏色學習到了顏色表中，而用戶全然不知。這直接影響了某些異物的剔除。

3 顏色表可視化

在顏色表建立的過程中，我們不斷抓捕煙葉圖像，學習正常煙葉顏色，記憶正常煙葉顏色RGB值。就整個過程而言是不可逆的，我們只能盡可能地避免將雜物顏色學習到顏色表中，而顏色表中究竟學習了些什么顏色，這是不可見的。為此我們提出了將顏色表顯示出來，也就是顏色表可視化。

系統(tǒng)中顏色表以特殊的文件格式進行存儲，我們將表里邊的顏色讀取出來，并將其繪制出來[8]，以方便用戶觀察。

可視化最大的好處就是，我們可以通過觀察顏色表來簡單評估一個品牌庫的剔除性能。在某一品牌庫中，如果我們錯誤的將雜物顏色學習到了顏色表中，通過可視化后的顏色表很容易觀察。圖1和2給出了正常和異常的顏色表。在圖1中，我們看到，除了煙葉和背景的顏色，品牌庫中沒有其他差異比較大的顏色。而在圖2中，我們可以清楚地看到，該品牌庫錯誤地將粉紅色和白色學習到了顏色表中，這嚴重影響了這兩種顏色雜物的剔除。

圖1 正常顏色表

圖2 異常顏色表

圖2中的異常顏色我們可以采用文獻[4]中顏色表過濾的方法將其進行過濾，或新建某一品牌的顏色表。

4 結(jié)語

顏色表可視化最大的好處就是，我們可以通過觀察顏色表來簡單評估一個品牌庫的剔除性能。在某一品牌庫中，如果我們錯誤的將雜物顏色學習到了顏色表中，通過可視化后的顏色表很容易觀察?？梢暬膶崿F(xiàn)大大提高了顏色表的可維護性，進而有效提高了系統(tǒng)的剔除性能。

[1]段峰，王耀南，雷曉峰，吳立釗，譚文．機器視覺技術(shù)及其應(yīng)用綜述．自動化博覽.2002年03期 :62-64

[2]梁吉，蔣式勤，沈立緯．視覺檢測系統(tǒng)及應(yīng)用．微計算機信息.2003年12期 : 44-45+18

[3]唐向陽,張勇,黃崗,等.TobaccoS orter和TobaccoScan 6000煙草異物剔除系統(tǒng)的比較[J].煙草科技. 2004(2):13-16

[4]唐向陽,張鶴松,張勇,等.基于機器視覺技術(shù)的智能煙草異物剔除系統(tǒng)[J].機電工程技術(shù).2006(12):84-85+99

[5]唐向陽,張勇,關(guān)宏,等.煙草異物剔除系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)[J].機械.2003(3):60-62

[6]張紹堂,蔣作,鄭智捷.機器視覺技術(shù)在煙草異物剔除系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].云南民族大學學報.2007(2):161－164

[7]張紹堂.煙草異物剔除系統(tǒng)中大塊異物的檢測與報警[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用.2009(2): 85-89

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.086