視覺(jué)識(shí)別技術(shù)在煙葉分級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景中的探究

趙一君 黃寧 周建云

摘要：烤煙散葉智能化分級(jí)系統(tǒng)的應(yīng)用，可替代傳統(tǒng)的散葉收購(gòu)人工分級(jí)，根據(jù)國(guó)家煙葉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及煙葉收購(gòu)現(xiàn)狀，充分研究和學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外的煙葉分級(jí)研究成果，分析煙葉智能化分級(jí)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(dòng)化技術(shù)，進(jìn)行準(zhǔn)確的煙葉分級(jí)、分類收集，有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為提高煙葉分級(jí)工作效率，本文從煙葉分級(jí)的積極意義、當(dāng)前現(xiàn)狀和分級(jí)過(guò)程中所應(yīng)用的視覺(jué)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(jí);視覺(jué)技術(shù);分級(jí);探究

當(dāng)前市場(chǎng)上，烤煙的煙葉等級(jí)劃分主要通過(guò)煙葉來(lái)源地、葉片結(jié)構(gòu)、成熟度和色度進(jìn)行劃分和評(píng)定[1]。目前，評(píng)定煙葉等級(jí)主要是由分級(jí)人員通過(guò)煙葉的外部特征進(jìn)行一定的判斷，在評(píng)定過(guò)程中難免受到主觀意識(shí)的影響，從而增加劃分煙葉等級(jí)的難度，評(píng)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(jí)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(guò)視覺(jué)技術(shù)取代人工煙葉分級(jí)。

一、煙葉人工分級(jí)的現(xiàn)狀

目前通常采取對(duì)煙葉化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)的方法進(jìn)行等級(jí)分級(jí)，對(duì)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(wèn)題。對(duì)煙葉分級(jí)進(jìn)行深入具體的研究，得出煙葉分級(jí)是將同組煙葉根據(jù)質(zhì)量的好壞進(jìn)行等級(jí)劃分，再根據(jù)等級(jí)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(píng)定煙葉等級(jí)的工作人員缺乏一定的評(píng)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(jí)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，影響煙草各級(jí)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(jí)評(píng)選煙葉過(guò)程中，相關(guān)管理部門(mén)監(jiān)管不到位、煙農(nóng)等工作人員分級(jí)技術(shù)差或缺乏一定的崗前指導(dǎo)等原因，均會(huì)影響煙草分級(jí)的質(zhì)量。

二、應(yīng)用智能化視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行煙葉分級(jí)

（一）應(yīng)用視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行煙葉分級(jí)的優(yōu)勢(shì)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是提取煙葉表面特征以對(duì)煙葉進(jìn)行更加精準(zhǔn)的分級(jí)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)逐漸使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行煙葉等級(jí)的分級(jí)研究。從1994年開(kāi)始就一直立足于研究煙葉外觀特征的提取，經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(jué)技術(shù)進(jìn)行煙葉分級(jí)的檢測(cè)率已達(dá)百分之八十以上，同時(shí)可以證明視覺(jué)技術(shù)系統(tǒng)對(duì)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(cè)方法，為煙葉的分級(jí)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(duì)煙葉分級(jí)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(duì)于煙葉分級(jí)的重要性。多項(xiàng)研究證明，應(yīng)用模糊教學(xué)、模式識(shí)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(dòng)分級(jí)問(wèn)題。機(jī)器視覺(jué)識(shí)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(jí)的速度，在一定程度上可以代替人工，即用機(jī)器視覺(jué)代替人工視覺(jué)。

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，圖像識(shí)別技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是在煙草分級(jí)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(duì)于目前煙草行業(yè)的發(fā)展，合理利用視覺(jué)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(jí)行業(yè)質(zhì)量不一問(wèn)題，提高煙草分級(jí)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(jí)的核心就是在于模擬人的眼睛對(duì)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(duì)煙葉質(zhì)量進(jìn)行等級(jí)劃分，利用好計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和智能化區(qū)分能夠解決煙葉分級(jí)的諸多問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)煙葉自動(dòng)化分級(jí)。

（二）應(yīng)用視覺(jué)技術(shù)主要特征

傳統(tǒng)的烤煙煙葉收購(gòu)進(jìn)行分級(jí)采取的方式過(guò)于粗放，精準(zhǔn)度不高。為了有效提高煙葉的分級(jí)效率和準(zhǔn)確率，應(yīng)借鑒較為先進(jìn)的分級(jí)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(jí)的質(zhì)量，獲得更加精準(zhǔn)的圖像，完整的圖像是煙葉分級(jí)的重要基礎(chǔ)。應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)代替人眼進(jìn)行觀察獲取煙葉的外觀特征，同人類視覺(jué)工作一樣，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別分析，對(duì)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(hào)帶來(lái)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(jué)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(jí)的重要指標(biāo)。國(guó)家分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，大多都是模糊性描述語(yǔ)言，因此對(duì)煙葉等級(jí)的分級(jí)情況適合模糊模式識(shí)別算法。

（三）視覺(jué)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(jí)時(shí)，先提供清晰度較高的圖像讓機(jī)器進(jìn)行識(shí)別，完成機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程。為了滿足多種條件下對(duì)煙葉進(jìn)行分級(jí)，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(duì)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(duì)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(shí)別度，保證圖像后續(xù)的清晰性和有效性，去除與煙葉無(wú)關(guān)的圖像信息。機(jī)器在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要對(duì)煙葉的外觀進(jìn)行提煉，提取出與標(biāo)準(zhǔn)化等級(jí)一致的有關(guān)信息，形成原始統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，日后利用機(jī)器進(jìn)行煙葉分級(jí)時(shí)會(huì)根據(jù)原始數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行識(shí)別和分類。

（四）應(yīng)用視覺(jué)技術(shù)在煙葉分級(jí)中的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

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(jué)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(shí)別技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人腦分級(jí)判斷;采用自動(dòng)化的分離、傳輸、分倉(cāng)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(jí)系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工的分選定級(jí)，降低人工強(qiáng)度，減少人情干擾，提高煙葉分級(jí)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(guó)內(nèi)外散葉收購(gòu)的相關(guān)自動(dòng)化技術(shù)空白[3]。在煙葉識(shí)別分級(jí)技術(shù)中，先利用聚類模糊分析法進(jìn)行模糊識(shí)別，此分析法能夠合理準(zhǔn)確地對(duì)不確定識(shí)別對(duì)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(shí)別。煙葉采集設(shè)備可以自動(dòng)簡(jiǎn)化收集的煙葉圖像，并且根據(jù)圖像提取與分級(jí)相關(guān)的信息，在各個(gè)環(huán)節(jié)完成后，系統(tǒng)會(huì)將識(shí)別到的圖像與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)一一對(duì)照核實(shí)，根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)合理劃分識(shí)別到的圖像，并將最終結(jié)果傳達(dá)出來(lái)[4]。

結(jié)語(yǔ)：

煙葉視覺(jué)識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)散葉的自動(dòng)分葉、自動(dòng)傳輸、成像系統(tǒng)、剔除煙葉青雜，按照每片煙葉的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行智能化判斷和分倉(cāng)擺放。通過(guò)和國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的視覺(jué)公司和自動(dòng)化公司合作開(kāi)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(dòng)化的產(chǎn)品線，有助于對(duì)接傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械和最新的科研技術(shù)，開(kāi)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(jí)，已是幾代煙草人的夢(mèng)想，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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資金來(lái)源：中國(guó)煙草總公司貴州省公司科技項(xiàng)目 散葉智能化分選級(jí)裝備及技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)（項(xiàng)目編號(hào)：2020XM01）