臉譜法在卷煙風格特征中的應用

武 怡，楊乾栩，王 猛，唐 杰，王 堅，張 偉，朱保昆

云南中煙工業有限責任公司，昆明市五華區紅錦路367 號 650231

在產品研發與維護中，形成了有關嗅香特征、香氣特征、舒適性特征、口味等用于描述卷煙風味的專有名詞和評分規則[1-2]。卷煙風格特征是卷煙特點的重要表現，不同品牌、規格的卷煙都有自己的風格特征。現階段，卷煙風格特征表征主要以感官評價為主，按照中式卷煙風格感官評價方法，需要對卷煙烤煙煙香、清香、果香等15 個香氣/香韻指標和香氣、喉部干燥、豐富性等12 個品質指標進行評價和描述，然而采用指標和數據來表達卷煙的感官特征在一定程度上存在著不夠直觀、不易直接分析規律的缺點。將多維數據用平面圖形表示，可以反映出多變量數據的內部特征與規律性[3]。20 世紀70 年代以來，多維數據圖形化的方法有輪廓圖、雷達圖、星座圖、樹形圖、臉譜圖、Andrews plot、多維標度法等[4-6]。

臉譜圖又稱切諾夫臉（Chernoff Face）[7]，是最復雜的肖像符號圖，它可以從臉的面部表情來表達數據之間的特點，已廣泛應用于花茶等級評價[8]、無關基因剔除[9]和環境污染評價[10]等領域。當面對錯綜復雜的信息時，人腦會自動過濾掉那些無用的信息，察覺到一些非常細微，甚至難于測量的變化，繼而對其做出判斷[11-12]。當區別的圖像為臉譜時，面部微表情會給觀察者留下深刻的印象，可以根據表情對數據進行判別。基于中式卷煙感官評價指標的多樣性、臉譜圖對多維數據可視化展示能力及人腦對臉譜的記憶優勢，提出了采用臉譜圖方法對中式卷煙香氣風格和品質特征評價數據進行可視化展示，并結合多維標度法，將臉譜圖進行分類和區分，旨在實現對中式卷煙感官評價結果的直接、形象、生動表達。

1 方法

1.1 臉譜法

臉譜法采用17 個指標代表面部特征，在Matlab 中17 個面部特征指標分別為：臉的大小、上下半臉相對長度、上半臉橢圓離心率、下半臉橢圓離心率、兩眼之間的寬度、眼睛的垂直位置、眼睛的高度、眼睛的寬度、眼睛的角度、眉毛的垂直位置，眉毛寬度、眉毛角度、瞳孔的方向、鼻子的長度、嘴巴的垂直位置、嘴巴形狀、嘴巴長度[7，13]。圖1 是典型的Chernoff 臉譜示意圖。

在Matlab 中17 個面部特征相當于17 個變量，采用臉譜法對多維數據分析時，將多維數據前17個變量分別與面部特征17 個變量對應。少于17個變量時，取實際變量數分析，多于17 個變量時，只能取前17 個變量進行分析。

圖1 Chernoff 臉譜示意圖Fig.1 Schematic diagram of Chernoff Faces

1.2 臉譜面部特征與卷煙風格特征對應關系

在中式卷煙風格感官評價方法中，將整個卷煙的風格特征劃分為香氣風格和品質特征兩個大類。本研究中主要對香氣風格和品質特征進行分析，這兩項分別由15 個香氣風格指標和12 個品質特征指標構成。經過多輪次的實踐，按照Chernoff臉譜的構圖方法，分別確定香氣風格指標和品質特征指標與臉部特征的對應關系，見表1。

表1 卷煙香氣風格指標、品質特征指標與臉部特征映射表Tab.1 Mapping table between cigarette flavor style indexes，quality characters and facial features

1.3 卷煙風格特征的臉譜識別方法

采用Matlab 軟件構建卷煙風格特征臉譜識別方法，主要包括以下幾步驟：

（1）獲取感官評價數據：卷煙感官評價的評價員采用YC/T 497—2014《卷煙中式卷煙風格感官評價方法》對N 個卷煙樣品的香氣風格或品質特征進行評價。

（2）將N 個卷煙樣品的香氣風格或品質特征的卷煙感官評價數據讀入Matlab 軟件，根據卷煙香氣風格或品質特征與臉部特征映射表的先后順序（表1）對原特征順序進行調整，根據臉部特征映射表調整特征順序后，得到數據矩陣X（N×p），其中N 代表樣品，p 代表香氣風格或品質特征指標的感官評價值。

采用如下歸一化變換對數據進行預處理：

（3）對預處理后的數據X*調用Matlab 函數glyphplot 繪制卷煙樣品臉譜圖，glyphplot 的輸入參數“standardize”取值“off”。

（4）利用多維標度法，作卷煙樣品的多維標度法二維投影臉譜圖，根據臉譜圖的距離遠近關系對樣品進行分類。

（5）比較觀察各類樣品的臉譜圖，分析各類臉譜的顯著特征，并根據臉部特征映射表，對各類樣品的香氣風格或品質特征進行直觀判斷。

1.4 臉譜法應用

將臉譜法分別應用于中式卷煙、云產卷煙的香氣風格和品質特征剖析，考察其實際應用效果。

（1）臉譜法用于中式卷煙香氣風格的可視化表達：選取芙蓉王（硬）、黃鶴樓（軟雅韻）、黃金葉（軟大金圓）、雙喜（盛世）、蘇煙（軟金砂）、中華（軟）、中南海（藍色風尚）、黃山（新制皖煙）、利群（紅長嘴）、白沙（和天下）10 個不同品牌、不同類型卷煙作為中式卷煙代表性樣品，運用YC/T 497—2014《卷煙中式卷煙風格感官評價方法》對樣品香氣風格和品質特征進行評價。

（2）臉譜法用于云產卷煙香氣風格的可視化表達：選取云煙（軟大重九）、云煙（印象）、云煙（軟珍品）、云煙（紫）、云煙（軟紫）、玉溪（莊園）、玉溪（境界）、玉溪（軟）、紅塔山（經典100）、紅塔山（軟經典）等10 個云產卷煙典型代表，采用YC/T 497—2014《卷煙中式卷煙風格感官評價方法》對樣品香氣風格和品質特征進行評價。

2 結果與討論

2.1 臉譜法用于中式卷煙香氣風格的可視化表達

根據中式卷煙代表性樣品香氣風格和品質特征感官評價結果數據，采用臉譜識別方法，可得到相應的多維標度香氣風格臉譜圖（圖2）。

圖2 中式卷煙典型卷煙樣品香氣風格臉譜多維標度圖Fig.2 Multidimensional scaling Chernoff Faces of flavor styles of typical Chinese-style cigarette

從圖2 中可以看出，中南海（藍色風尚）的臉譜明顯小于其他規格、且嘴巴垂直位置靠上，對照臉部特征映射表，可以看出其烤煙煙香明顯弱于其他規格、但晾曬煙煙香強于其他規格，使得其在多維標度圖中距離其他樣品較遠，從臉譜圖直接可以看出中南海（藍色風尚）與其他規格卷煙香氣風格差異極其明顯。為了更好地描述其他卷煙樣品的香氣風格，剔除中南海（藍色風尚），對其他樣品重新繪制了香氣風格臉譜多維標度圖，見圖3。

由圖3 可知，黃山（新制皖煙）距離其他卷煙規格較遠，其臉譜圖的上半臉橢圓離心率較大、眼睛的高度較高，表明甜香、烘焙香突出；雙喜（盛世）的臉譜圖中兩眼之間的寬度較大、下半臉橢圓離心率大，表明辛香、果香突出；蘇煙（軟金沙）和黃金葉（軟大金圓）的臉譜圖中眼睛的寬度較大、眉毛突出，表明青滋香突出；白沙（和天下）和芙蓉王（硬）的臉譜圖較為接近，在臉譜圖中表現出臉大、上半臉橢圓離心率較大，表明其烤煙煙香、甜香較為明顯；中華（軟）的臉譜圖中上下半臉相對長度較長、下半臉和上半臉橢圓離心率較大、兩眼之間的寬度較大，表明清香、甜香、果香、辛香較為明顯。

2.2 臉譜法用于中式卷煙品質特征的可視化表達

根據感官評價數據，采用卷煙臉譜識別方法，可得到相應的品質特征臉譜多維標度圖（圖4）。

由圖4 可知，中華（軟）和白沙（和天下）的品質特征與其他規格有著明顯的區別，臉譜圖表現為臉大、下半臉橢圓離心率較大、眼至臉中心的垂直距離較大、眼睛高度較高、上半臉橢圓離心率較大、上下半臉相對長度較長，表明其香氣量、豐富性好，煙氣細膩、柔和、圓潤，刺激性、干燥感等舒適性指標表現較好。

2.3 臉譜法用于云產卷煙香氣風格的可視化表達

根據云產卷煙代表性樣品香氣風格感官評價結果數據，采用卷煙臉譜識別方法，可得到相應的香氣風格臉譜圖（圖5）。

圖3 除去中南海（藍色風尚）后其他卷煙樣品香氣風格臉譜多維標度圖Fig.3 Multidimensional scaling Chernoff Faces of flavor styles of typical Chinese-style cigarette brands excluding Zhongnanhai (Blue Fashion)

圖4 中式卷煙典型卷煙樣品品質特征臉譜多維標度圖Fig.4 Multidimensional scaling Chernoff Faces of quality characters of typical Chinese-style cigarette brands

由圖5 可知，玉溪、紅塔山品牌的卷煙產品在多維標度圖中位于坐標圖的上方，云煙品牌的卷煙產品位于坐標圖的下方，說明云煙品牌和玉溪、紅塔山品牌的香氣風格有一定差別。云煙品牌上半臉的離心率總體要大一些，說明甜香更明顯；玉溪、紅塔山品牌，上下半臉的相對長度相對于云煙品牌要長一些，說明清香更明顯一些。從眼至臉中心的垂直距離來看，云煙（軟大重九）、云煙（印象）、云煙（軟珍品）能夠感受到花香香韻。

2.4 臉譜法用于云產卷煙品質特征的可視化表達

根據云產卷煙代表性樣品品質特征感官評價結果數據，采用卷煙臉譜識別方法，可得到相應的品質特征臉譜多維標度圖（圖6）。

由圖6 可知，云煙（軟大重九）、云煙（印象）、玉溪（境界）和玉溪（莊園）的臉譜存在著臉較大、上下半臉橢圓離心率較大、兩眼之間的寬度較大、眼睛至臉中心的垂直距離較大等方面的共同特點，說明這幾個產品香氣較為豐富、喉部刺激和干燥偏小，豐富性較好，其品質特征總體較優。

圖5 云產卷煙代表產品香氣風格臉譜多維標度圖Fig.5 Multidimensional scaling Chernoff Faces of flavor styles of representative cigarette brands from Yunnan

圖6 云煙品牌代表性卷煙產品品質特征臉譜多維標度圖Fig.6 Multidimensional scaling Chernoff Faces of quality characters of representative cigarette brands from Yunnan

3 結論

利用臉譜圖中的17 個面部特征分別對應中式卷煙風格感官評價方法中的風格特征指標和品質特征指標，將部分卷煙的感官評價數據進行分析，得到了不同卷煙的臉譜圖，并在多維標度圖中進行表達。臉譜的面部特征可以形象、直觀、準確地將卷煙感官評價數據進行可視化表達與展示，臉譜在多維標度圖中所處的相對位置代表了不同卷煙風格特征差異的大小。觀察臉譜圖面部特征，可以直觀對比不同卷煙在風格特征和品質特征指標方面的差異，識別出某一卷煙的典型特征。在產品研發維護過程中，可以通過識別臉譜圖以掌握不同卷煙在風格和品質特征方面的優點，也可以利用臉譜圖對比各階段產品與設定研發目標在各項風格特征指標上的差異，有利于提升產品研發和維護的效率及便捷性。