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基于高光譜成像的煙葉除雜應(yīng)用與研究
發(fā)布時間：2024-02-28
煙草在加工過程中不可避免地會混入麻繩、木屑、泡沫、紙片、羽毛、塑料、橡膠、金屬、石塊，或產(chǎn)生霉變煙葉和梗簽等多種雜物，這些雜物與煙草有著本質(zhì)上的區(qū)別或差異，若不能將其精準(zhǔn)去除，將對卷煙制造過程和卷煙產(chǎn)品分別產(chǎn)生極大的安全和質(zhì)量隱患，并嚴(yán)重影響卷煙制造商及其品牌口碑。
非煙葉雜物類別：
一類雜物：金屬、羽毛、塑料等
二類雜物：紙、石頭、麻繩、玻璃等
三類雜物：非煙葉葉子、種子、竹簽、雜草等
煙草行業(yè)除雜標(biāo)準(zhǔn)：
一類雜物含量：≤0%
二、三類雜物含量：≤0.00665%
傳統(tǒng)卷煙生產(chǎn)加工線上采用的除雜方式：
主要包括：風(fēng)力除雜、光電除雜、磁力除雜和人工挑選除雜，其中風(fēng)力除雜、光電除雜、磁力除雜均是針對雜物的特定屬性差異進(jìn)行有針對性的識別并剔除，如比重的差異、顏色的差異和磁性的差異，因此一種除雜方式只能識別和剔除某一類雜物，類別受限，容易存在漏檢。人工除雜可以識別絕大部分非煙物質(zhì)雜物，但人眼容易疲勞且工作效率較低。
為解決上述客戶需求及痛點，本案例主要通過光譜成像技術(shù)與設(shè)備來區(qū)分煙葉和非煙雜物，利用煙葉和非煙雜物的光譜特征差異，判別出各類非煙雜物，完成煙葉與雜物的分類與剔除。
光譜成像技術(shù)煙葉除雜原理
光譜成像煙葉除雜可行性驗證：
驗證設(shè)備：本案例中應(yīng)用到的可見光近紅外推掃式高光譜相機由深圳市中達(dá)瑞和科技有限公司自主研發(fā)與生產(chǎn)制造，是一款擁有超高光譜分辨率和圖像分辨率的推掃成像高光譜相機，可廣泛應(yīng)用于掛載、便攜、室內(nèi)等應(yīng)用場景。 該相機基于推掃式高光譜成像原理，覆蓋短波紅外（900-1700nm）光譜范圍，光譜分辨率可達(dá)3nm，具備超高成像速度、高靈敏度和優(yōu)越的信噪比，可按需快速、精準(zhǔn)獲取目標(biāo)物的空間圖像信息和光譜信息，利用目標(biāo)物不同部位或成分的光譜特征，進(jìn)行無損、無接觸、快速高效的精準(zhǔn)獲取、發(fā)現(xiàn)識別、分類篩選和分析應(yīng)用。 VIX-S270整體結(jié)構(gòu)緊湊、堅固可靠，靈活適用于各種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、材料分析等領(lǐng)域，是利用高光譜成像進(jìn)行科學(xué)研究和應(yīng)用探索的理想選擇。
推掃式高光譜相機VIX-S270
驗證方法：將煙葉切碎成煙絲，把雜物（塑料）混合到煙絲中，模擬真實煙葉雜物判別場景，使用短波紅外高光譜相機進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，可看到煙葉和塑料雜質(zhì)存在明顯差異。
驗證過程：
1、在煙絲里放入一些塑料雜物
2、對混有塑料雜物的煙絲進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)采集，采集范圍：920nm～1700nm
3、選取1100nm、1200nm、1400nm三個特征波段光譜數(shù)據(jù)（圖1）
圖1：三波段光譜圖
煙絲和非煙雜物光譜曲線，兩者存在明顯差異
4、對所選取的三個波段光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行合成偽彩圖，分析處理后塑料可明顯識別（圖2）
圖2：光譜分析偽彩圖（綠色：塑料）
驗證結(jié)論：
用短波紅外高光譜相機替代傳統(tǒng)風(fēng)選、磁選等方式，利用光譜視覺波段看得寬，物質(zhì)特征波段抓得準(zhǔn)的特性，采集煙葉和非煙雜質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)，基于煙葉和雜質(zhì)兩者物質(zhì)獨有的光譜特征差異，結(jié)合定標(biāo)模型匹配算法，可實現(xiàn)煙葉和非煙雜物的精準(zhǔn)識別。
