摘要：随着科学技术的进步，电气自动化技术得到不断发展，得到十分广泛的应用。在烟草生产方面，主要通过自动化检测与控制技术实现烟草的在线异物剔除。本文将对烟草异物的识别方式进行分析，并对异物在线剔除系统设计加以阐述。
关键词：电气自动化技术；烟草在线异物剔除；应用
引言
现在烟草工业随着现代工业的发展得到了飞速的发展，烟草异物智能剔除系统就是烟草工业设备发展的高科技产品系统，该系统通过图像软件处理实时剔除烟草杂物，提升了烟草工业的食品级水准。
1烟草异物的识别方式
由于烟草与异物在形状等方面存在较大的不同，因此系统主要通过色度的方式将二者进行区分。通常采用的方式为：根据拍摄图像中各个像素点的色度差异，如R（红）、G（绿）、B（蓝）分量差异，对该像素点处烟草或者异物进行判断，特别是异物，类型多种多样，并且在色度方面不可避免的会与烟草之间产生重叠，这将对二者的分别带来较大的难度。对此，针对二者间的区别提出了一种新型的识别方式，并且较为简单有效。其基本原理为通过反射光谱测定仪对烟草的反射光谱特征进行测定，绘制光谱曲线，从该曲线图中能够看出，当烟草处于可见光波段时，其反射峰值与黄色光的波段较为贴近，而麻绳、纸片、橡胶等异物则不具备此种特征。在此种情况下拍摄到的图片，烟草的颜色相比来看较暗，使其与烟草之间的差别变得更加明显。在增强烟草与大部分异物之间色差的同时，也会产生一定的副作用，当烟草颜色或者颜色与烟草相类似的异物的颜色都接近于黄色时，不但难以根据像素点对其进行区分，而且再加入蓝滤镜之后，使得红、绿两种色度信息丢失，使二者的确切识别变得更加困难。针对上述问题，可以采用此种方式解决，即系统设计中利用2098×3像素的CCD摄像机，在三条CDD前分别添加红、绿、蓝滤色片，以此来形成彩色图像。首先利用蓝滤镜对烟草异物的色度差进行区别，然后，针对与黄色较为接近的烟草或者异物，通过R、G、B三种数据图像进行识别。
2烟草异物在线检测
为了识别杂物，采用RGB三维笛卡尔坐标空间来进行色度空间的分布规律分析。RGB颜色空间通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)3个颜色通道的变化，以及它们相互之间的叠加来得到各种颜色。烟叶颜色集中分布在RGB颜色空间的特定区域，杂物的分布区域与烟叶不同，就可以区分开烟叶和杂物。杂物检测机构主要包括双皮带夹层输送带、CCD成像单元、图像采集和处理机构。烟叶进入双皮带后，双皮带以4.7m/s的速度向前运动，带动烟叶和空气都往前运动，从而消除掉烟叶高速运动带来的翻滚和后退，使得烟叶能够以4.5m左右的速度向前抛出。烟叶抛出皮带后，以近乎下斜直线的状态，穿过检测口和剔除口。检测柜有高亮度、高显色系统照明系统，线阵CCD相机采集烟叶的实时图像，送入图像采集处理盒，识别出杂物并计算出杂物坐标。这种设计方式，检测机构上下双层皮带同向同速运动，烟叶在双皮带中间形成的腔体中被输送，完全消除了烟叶堆积的情况，夹杂在烟叶中的杂物可以被相机充分拍摄，能够有效提高识别检测率。
3烟草异物在线检测与剔除的系统设计
3.1激光扫描法
激光扫描方式主要是按照每种物质特有光学特性来设计的，德国HAUNI公司设计了TOBACCOSCAN系统，该系统主要包括激光扫描单元、机架装置、电控单元以及辅助设备。其中，机架设备属于该系统的机械框架，由不锈钢结构组合而成，使产品能够按照规定方式通过检测区域。传送带装置能够将生产线中低速烟叶物料进行加速，并且平稳剔除，使检测物料的平稳性提升。在该系统中属于双层传送带系统，能够保障烟叶在加速的状态下平稳移动，采用高压空气喷射的方式将异物剔除。在接收方面，主要包括烟叶舱和异物舱，能够将检测出来的异物通过不同的渠道送往后续的生产环节当中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2同态滤波算法
同态滤波算法是把频率过滤和灰度变换结合起来的一种图像处理方法，以图像照明-反射模型作为频域处理的基础，通过压缩亮度范围和增强对比度来改善图像的品质。从图像的形成和光特性考虑，一幅图像由光源的入射分量i（x，y）和目标物的反射分量r（x，y）组成，其数学模型为：f（x，y）＝i（x，y）•r（x，y）（1）式中：i（x，y）的性质取决于成像物体的表面特性。一般来说，光照条件体现在入射分量i（x，y）中，r（x，y）变化缓慢，其频谱主要落在低频区域；而r（x，y）反映图像的细节等特征，其频谱主要落在高频区域。处理照明不足或光照不均的彩色图像时，就要从f（x，y）中将i（x，y）和r（x，y）分开，分别采取压缩低频、提升高频的方法，减弱照度分量、增强反射分量，从而使图像清晰。同态滤波的具体实现过程是先对待增强图像取对数，然后进行傅立叶变换，在频域中利用同态滤波器进行滤波，最后通过逆傅立叶变换及指数变换得到增强后的图像。
3系统实时性的实现
3.1双缓存技术
首先，在系统中建立两个具有相同属性的内存区A和B，当A在接受采集数据的过程中，B可以通过异步方式实施图像处理与识别，只要处理的速度能够得到保障，则处理的时间将始终小于采集的时间，即Tp＜Tg，其中，Tp为信息处理的时间，Tg为采集的时间。因此，通过软件便可以同时实现处理与采集的切换工作。另外，在CCD光路处的烟叶可能会与异物相重叠，导致异物漏检问题发生，为了有效解决此类问题，可以采用双面检测的方式。对烟草流的上下两个角度进行摄像，然后对摄像结果进行综合分析和判断，以此来有效减少判断的失误。
3.2高速总线在烟草异物智能剔除的实际应用
烟草异物智能剔除系统通过高速总线将图像实时采集系统、计算机软件算法系统、高速阀剔除系统核心功能系统高速连接，高速实时进行数据的交换通信，实现对烟草杂物的高速检测与剔除。图像采集系统采用高速先扫描工业级相机实时采集烟草图像，然后通过高速相机总线传输烟草图像数据给高速工业级计算机系统，进行数据的分析与计算，最后通过并行高速工业总线将高速阀驱动信息传输给高速阀驱动系统，驱动高速阀剔除杂物。整个数据交换都是通过高速总线来实现，满足了烟草杂物实时检测与剔除的高速要求。
3.3检测相机镜头自动除尘系统
检测相机是整个系统的关键所在，就像眼睛一样，虽然整个系统密封系统很好，但是复烤厂整个环境灰尘很大，总有灰尘进入相机检测腔体中，时间长了对相机镜头就有影响，影响检测效果。为了能满足检测效果，在系统中加入了检测相机镜头自动除尘系统。在相机检测密封腔体中，在相机镜头前端安装吹灰装置，通过软件设置，隔一定时间就对相机镜头进行除尘，这样在生产过程中就能对相机进行除尘，不影响生产，提升了检测效果。
结语
电气自动化技术在烟草异物剔除方面的应用，将对整个烟草工业的国产化起到极大的促进作用。另外，自动化技术的应用，使得烟叶与异物的识别方式发生了很大的转变，工作效率和质量得到显著提升。在日后的发展中，要继续加强对此项技术的研究，使其不单纯的是生产线中的一个环节，而要积极提升其功能和优势，使其获得更加广阔的发展空间。
参考文献:
[1]潘平平，李德华.快速低照度图像增强算法研究与实现［J］.微型机与应用，2012，30（5）:42-45.
[2]烟草异物智能剔除系统技术手册[Z].南京:南京大树智能科股份有限公司,2013:30-50.
[3]烟草异物智能剔除系统技术标准[S].北京:国家烟草专卖局,2012.
论文作者:李耀锋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：异物论文; 烟草论文; 烟叶论文; 系统论文; 图像论文; 杂物论文; 在线论文; 《电力设备》2018年第27期论文;