趙一君 黃寧 周建云

摘要：烤煙散葉智能化分級系統(tǒng)的應(yīng)用，可替代傳統(tǒng)的散葉收購人工分級，根據(jù)國家煙葉分級標(biāo)準(zhǔn)及煙葉收購現(xiàn)狀，充分研究和學(xué)習(xí)國內(nèi)外的煙葉分級研究成果，分析煙葉智能化分級的可行性、合理性、經(jīng)濟(jì)性，采用光學(xué)成像技術(shù)和自動化技術(shù)，進(jìn)行準(zhǔn)確的煙葉分級、分類收集，有很好的社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為提高煙葉分級工作效率，本文從煙葉分級的積極意義、當(dāng)前現(xiàn)狀和分級過程中所應(yīng)用的視覺藝術(shù)等多方面進(jìn)行深入研究和剖析。

關(guān)鍵詞：煙葉分級;視覺技術(shù);分級;探究

當(dāng)前市場上，烤煙的煙葉等級劃分主要通過煙葉來源地、葉片結(jié)構(gòu)、成熟度和色度進(jìn)行劃分和評定[1]。目前，評定煙葉等級主要是由分級人員通過煙葉的外部特征進(jìn)行一定的判斷，在評定過程中難免受到主觀意識的影響，從而增加劃分煙葉等級的難度，評定結(jié)果也因?yàn)橹饔^性太強(qiáng)而導(dǎo)致不準(zhǔn)確。因此，為保證煙葉等級劃分的精確性和標(biāo)準(zhǔn)性，應(yīng)結(jié)合智能相關(guān)技術(shù)，通過視覺技術(shù)取代人工煙葉分級。

一、煙葉人工分級的現(xiàn)狀

目前通常采取對煙葉化學(xué)成分進(jìn)行檢測的方法進(jìn)行等級分級，對煙葉的品質(zhì)做進(jìn)一步的判斷和分析。結(jié)合當(dāng)前情況分析，現(xiàn)有水平并不能有效地分析出煙葉內(nèi)部質(zhì)量的好壞與煙葉的外觀質(zhì)量是否存在本質(zhì)上的聯(lián)系，故用化學(xué)方法分析煙葉質(zhì)量好壞不夠嚴(yán)謹(jǐn)，存在一定的問題。對煙葉分級進(jìn)行深入具體的研究，得出煙葉分級是將同組煙葉根據(jù)質(zhì)量的好壞進(jìn)行等級劃分，再根據(jù)等級分析情況進(jìn)行二次加工處理，進(jìn)一步保障煙葉的質(zhì)量情況。當(dāng)下由于評定煙葉等級的工作人員缺乏一定的評定劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)主觀性劃分缺乏準(zhǔn)確性，容易在分級過程中出現(xiàn)問題，影響煙草各級煙葉的質(zhì)量，制約煙草行業(yè)的發(fā)展，影響煙草行業(yè)的質(zhì)量安全。在分級評選煙葉過程中，相關(guān)管理部門監(jiān)管不到位、煙農(nóng)等工作人員分級技術(shù)差或缺乏一定的崗前指導(dǎo)等原因，均會影響煙草分級的質(zhì)量。

二、應(yīng)用智能化視覺技術(shù)進(jìn)行煙葉分級

（一）應(yīng)用視覺技術(shù)進(jìn)行煙葉分級的優(yōu)勢

機(jī)器視覺技術(shù)是提取煙葉表面特征以對煙葉進(jìn)行更加精準(zhǔn)的分級，近年來，國內(nèi)逐漸使用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行煙葉等級的分級研究。從1994年開始就一直立足于研究煙葉外觀特征的提取，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對多個(gè)地區(qū)的煙葉進(jìn)行學(xué)習(xí)和分類，證明了利用視覺技術(shù)進(jìn)行煙葉分級的檢測率已達(dá)百分之八十以上，同時(shí)可以證明視覺技術(shù)系統(tǒng)對煙葉分類具有較高的應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和色彩研究理論，能夠進(jìn)一步研究煙葉的色澤、形狀、葉面特征以及外觀特征的定量描述與檢測方法，為煙葉的分級提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，基于計(jì)算機(jī)圖像處理的先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的方法對煙葉分級進(jìn)行更加深刻的研究，建立相應(yīng)的技術(shù)模型，得以證明該項(xiàng)技術(shù)對于煙葉分級的重要性。多項(xiàng)研究證明，應(yīng)用模糊教學(xué)、模式識別、數(shù)字圖像處理等相關(guān)理論技術(shù)可以更快地解決煙葉自動分級問題。機(jī)器視覺識別技術(shù)能夠快速地獲取煙葉的相關(guān)有效信息并且進(jìn)行快速地反應(yīng)和處理，大大提高煙葉分級的速度，在一定程度上可以代替人工，即用機(jī)器視覺代替人工視覺。

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，圖像識別技術(shù)開始應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是在煙草分級行業(yè)中，起到關(guān)鍵性作用，為煙草行業(yè)的發(fā)展提供了便利條件。對于目前煙草行業(yè)的發(fā)展，合理利用視覺化技術(shù)可以促進(jìn)行業(yè)的整體穩(wěn)步發(fā)展，解決煙草分級行業(yè)質(zhì)量不一問題，提高煙草分級的效益，符合現(xiàn)代化科技發(fā)展的需求。而智能化煙葉分級的核心就是在于模擬人的眼睛對煙葉外觀的質(zhì)量進(jìn)行區(qū)分，觀察煙葉之間質(zhì)量的差異，直觀方便地對煙葉質(zhì)量進(jìn)行等級劃分，利用好計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和智能化區(qū)分能夠解決煙葉分級的諸多問題，最終實(shí)現(xiàn)煙葉自動化分級。

（二）應(yīng)用視覺技術(shù)主要特征

傳統(tǒng)的烤煙煙葉收購進(jìn)行分級采取的方式過于粗放，精準(zhǔn)度不高。為了有效提高煙葉的分級效率和準(zhǔn)確率，應(yīng)借鑒較為先進(jìn)的分級方式，在實(shí)驗(yàn)室中將每一片煙葉采取完整平壓的方式進(jìn)行圖像收集，減少因保存不當(dāng)發(fā)生的褶皺，提高煙葉分級的質(zhì)量，獲得更加精準(zhǔn)的圖像，完整的圖像是煙葉分級的重要基礎(chǔ)。應(yīng)用機(jī)器視覺代替人眼進(jìn)行觀察獲取煙葉的外觀特征，同人類視覺工作一樣，利用計(jì)算機(jī)自動識別分析，對顏色的辨別判斷影響尤為重要。所以在采集圖像時(shí)應(yīng)多加注意光照情況，搭建密閉的環(huán)境進(jìn)行煙葉采集工作。采集到的煙葉圖像需要二次加工，減少噪聲信號帶來的影響，將煙葉圖像進(jìn)行二值化處理，觀察采集中的圖像，將顏色不一、發(fā)生褶皺的煙葉部分分離出去。利用視覺技術(shù)提取分析煙葉的特征，幾何特征和煙葉特征均是進(jìn)行有效分級的重要指標(biāo)。國家分級標(biāo)準(zhǔn)中，大多都是模糊性描述語言，因此對煙葉等級的分級情況適合模糊模式識別算法。

（三）視覺技術(shù)的圖像采集與處理

在利用機(jī)器進(jìn)行煙葉標(biāo)準(zhǔn)化分級時(shí)，先提供清晰度較高的圖像讓機(jī)器進(jìn)行識別，完成機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。為了滿足多種條件下對煙葉進(jìn)行分級，需在不同環(huán)境下選擇多種多樣的采集圖像設(shè)備，達(dá)到最佳的圖像收集效果。同時(shí)注意外界的影響因素，對同一片煙葉進(jìn)行多次圖像采集，避免光線進(jìn)入采集圖像區(qū)域，保證圖像采集的穩(wěn)定性。圖像采集完成后，后期做好維護(hù)工作，對已采集完畢的圖像進(jìn)行優(yōu)化處理，提高圖像的清晰度和識別度，保證圖像后續(xù)的清晰性和有效性，去除與煙葉無關(guān)的圖像信息。機(jī)器在學(xué)習(xí)過程中需要對煙葉的外觀進(jìn)行提煉，提取出與標(biāo)準(zhǔn)化等級一致的有關(guān)信息，形成原始統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，日后利用機(jī)器進(jìn)行煙葉分級時(shí)會根據(jù)原始數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行識別和分類。

（四）應(yīng)用視覺技術(shù)在煙葉分級中的發(fā)展優(yōu)勢

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，采用智能化設(shè)備代替人工的時(shí)機(jī)已經(jīng)逐步成熟。采用視覺成像技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人眼目視操作;采用智能化模式識別技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人腦分級判斷;采用自動化的分離、傳輸、分倉設(shè)備，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工分離、人工收料。以上面幾項(xiàng)技術(shù)突破為核心，研制出一套煙葉智能化分級系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工的分選定級，降低人工強(qiáng)度，減少人情干擾，提高煙葉分級的一致性和準(zhǔn)確性，具有廣泛的推廣和應(yīng)用意義，并可以填補(bǔ)國內(nèi)外散葉收購的相關(guān)自動化技術(shù)空白[3]。在煙葉識別分級技術(shù)中，先利用聚類模糊分析法進(jìn)行模糊識別，此分析法能夠合理準(zhǔn)確地對不確定識別對象進(jìn)行具體地分析并進(jìn)行分組，然后根據(jù)具體情況進(jìn)行正確識別。煙葉采集設(shè)備可以自動簡化收集的煙葉圖像，并且根據(jù)圖像提取與分級相關(guān)的信息，在各個(gè)環(huán)節(jié)完成后，系統(tǒng)會將識別到的圖像與分級標(biāo)準(zhǔn)一一對照核實(shí)，根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)合理劃分識別到的圖像，并將最終結(jié)果傳達(dá)出來[4]。

結(jié)語：

煙葉視覺識別技術(shù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)散葉的自動分葉、自動傳輸、成像系統(tǒng)、剔除煙葉青雜，按照每片煙葉的等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行智能化判斷和分倉擺放。通過和國內(nèi)外優(yōu)秀的視覺公司和自動化公司合作開發(fā)，將在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，增加新的光學(xué)成像、計(jì)算機(jī)處理、機(jī)電自動化的產(chǎn)品線，有助于對接傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械和最新的科研技術(shù)，開發(fā)出新的科研合作模式。采用智能化設(shè)備代替人工進(jìn)行分級，已是幾代煙草人的夢想，具有長遠(yuǎn)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅靜.視覺識別技術(shù)在煙葉分級中的應(yīng)用[J].鄉(xiāng)村科技，2020，11（33）：120-122.

[2]李海杰.基于機(jī)器視覺的煙草異物檢測和煙葉分類分級方法研究[D].江蘇：南京航空航天大學(xué)，2016：1-92.

[3]王戈，丁冉，徐瑋杰，等.計(jì)算機(jī)視覺和智能識別技術(shù)在烤煙煙葉分級中的應(yīng)用[J]計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2019，36（5）：548-553.

[4]陳朋.煙葉紋理表面的視覺檢測技術(shù)研究與應(yīng)用[D].貴州：貴州大學(xué)，2017：1-286.

資金來源：中國煙草總公司貴州省公司科技項(xiàng)目 散葉智能化分選級裝備及技術(shù)的研究與開發(fā)（項(xiàng)目編號：2020XM01）