蔣健

（四川中煙長城雪茄煙廠，四川 什邡 618400）

在以往傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，煙草異物剔除主要通過手工方式來完成，效率較為低下且可靠性難以保障。為了滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需求，越來越多的煙草生產(chǎn)廠家開始引用在線異物剔除技術，使其在煙草生產(chǎn)中得到廣泛應用。有效的節(jié)省了操作流程和時間，提升了工作效率和質量，使企業(yè)競爭力增強。

1 煙草異物的識別方式

由于煙草與異物在形狀等方面存在較大的不同，因此系統(tǒng)主要通過色度的方式將二者進行區(qū)分。通常采用的方式為：根據(jù)拍攝圖像中各個像素點的色度差異，如R（紅）、G（綠）、B（藍）分量差異，對該像素點處煙草或者異物進行判斷，特別是異物，類型多種多樣，并且在色度方面不可避免的會與煙草之間產(chǎn)生重疊，這將對二者的分別帶來較大的難度。對此，針對二者間的區(qū)別提出了一種新型的識別方式，并且較為簡單有效。其基本原理為通過反射光譜測定儀對煙草的反射光譜特征進行測定，繪制光譜曲線，從該曲線圖中能夠看出，當煙草處于可見光波段時，其反射峰值與黃色光的波段較為貼近，而麻繩、紙片、橡膠等異物則不具備此種特征。在此種情況下拍攝到的圖片，煙草的顏色相比來看較暗，使其與煙草之間的差別變得更加明顯。

在增強煙草與大部分異物之間色差的同時，也會產(chǎn)生一定的副作用，當煙草顏色或者顏色與煙草相類似的異物的顏色都接近于黃色時，不但難以根據(jù)像素點對其進行區(qū)分，而且再加入藍濾鏡之后，使得紅、綠兩種色度信息丟失，使二者的確切識別變得更加困難。針對上述問題，可以采用此種方式解決，即系統(tǒng)設計中利用2098×3像素的CCD攝像機，在三條CDD前分別添加紅、綠、藍濾色片，以此來形成彩色圖像。首先利用藍濾鏡對煙草異物的色度差進行區(qū)別，然后，針對與黃色較為接近的煙草或者異物，通過R、G、B三種數(shù)據(jù)圖像進行識別。

2 煙草異物在線檢測與剔除的系統(tǒng)設計

2.1 激光掃描法

激光掃描方式主要是按照每種物質特有光學特性來設計的，通常情況下，煙草與異物在漫反射中產(chǎn)生的光線具有不同的光譜特征。在此基礎上，能夠對二者的屬性進行判斷，在此種思想上，德國HAUNI公司設計了TOBACCOSCAN系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括激光掃描單元、機架裝置、電控單元以及輔助設備。其中，機架設備屬于該系統(tǒng)的機械框架，由不銹鋼結構組合而成，使產(chǎn)品能夠按照規(guī)定方式通過檢測區(qū)域。傳送帶裝置能夠將生產(chǎn)線中低速煙葉物料進行加速，并且平穩(wěn)剔除，使檢測物料的平穩(wěn)性提升。在該系統(tǒng)中屬于雙層傳送帶系統(tǒng)，能夠保障煙葉在加速的狀態(tài)下平穩(wěn)移動，采用高壓空氣噴射的方式將異物剔除。在接收方面，主要包括煙葉艙和異物艙，能夠將檢測出來的異物通過不同的渠道送往后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)當中。

整個系統(tǒng)的核心部分為激光掃描單元，擔任系統(tǒng)“眼睛”的角色。掃描光源使用的是紅、綠、藍三種顏色的光束，并且將其匯集到多棱鏡中，多棱鏡共具備10個面，并且以1200rpm的速度旋轉，使激光被擴展成一個“光簾”，掃描頻率為2000Hz。對于不同物質來說，都具備自身的光學特性，煙葉與異物所反射出的光線也具有一定的差別，產(chǎn)生的電信號強度也不盡相同。當光線發(fā)生漫反射時，部分光線通過多棱鏡將光路射回，并且反射到光接收器當中，最終轉變?yōu)殡娦盘杺鬏數(shù)诫娍貑卧M行判斷，進而對煙葉與異物進行分辨。

2.2 CCD攝像法

此種方式主要采用CDD攝像機，對煙葉以及異物的顏色進行獲取，并且對圖像進行的加工和處理，實現(xiàn)對煙葉和異物的識別，進而將異物剔除。在此基礎上，美國SRC VISION公司研制出一款系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作過程有以下幾個方面。第一，圖像拍攝。將煙葉通過生產(chǎn)線輸送到輸出端中，在風壓裝置的影響下，以高速拋射，當煙葉屬于懸空狀態(tài)時，利用CDD攝像機進行連續(xù)的拍攝，獲取煙葉與異物相混合的圖像。第二，圖像采集，通過采集卡將圖像以數(shù)字的形式存儲到內存當中。第三，圖像識別，這屬于系統(tǒng)中較為核心的部分，處理器將根據(jù)二者之間在參數(shù)方面區(qū)別，對其進行識別。由于在拍攝過程中存在煙草與異物重疊的現(xiàn)象，因此，在顏色識別的基礎上，還應對二者的其他特性進行進一步的識別。第四，信號傳輸。當對二者進行徹底的識別和判斷之后，將異物位置信號傳輸?shù)綒鈩訃娮熘?。第五，異物剔除。當噴嘴在接收到信號之后，將開啟相應的電磁閥，進而噴射出高壓空氣將異物剔除，如此反復直至異物被全部分離出來。

3 系統(tǒng)實時性的實現(xiàn)

3.1 內存的直接操作技術

對于煙草在線異物剔除系統(tǒng)中進行的圖像采集以及軟件處理，是在windows 2000系統(tǒng)下實現(xiàn)的，利用以往磁盤交換的方式已經(jīng)難以實現(xiàn)對當前海量數(shù)據(jù)的采集和處理，傳統(tǒng)的方式為：首先通過采集卡將數(shù)據(jù)進行中轉，將其作為臨時文件保存到系統(tǒng)硬盤當中，然后，以文件的形式將其讀入內存并進行處理。由于內存讀取的速度遠遠高于CPU的讀取速度，使得磁盤交換的過程中浪費了大量時間，因此，需要采用內存直接操作技術，即將收集到的數(shù)據(jù)投入到系統(tǒng)內存當中后，不將其存在硬盤當中，而是在內存處進行直接的處理。在用戶模式下，程序員的編程工作只能使用虛擬地址空間，而采集數(shù)據(jù)向PC機系統(tǒng)轉存利用的是物理地址，要想實現(xiàn)虛擬地址向物理地址的轉變，需要通過CPU分段分頁來實現(xiàn)。

對此，首先應將虛擬地址進行分段，為其提交實際物理內存，獲得當前與虛擬地址相對的線性地址，然后通過轉化分頁部件的方式，得到真正的物理地址。在windows 2000系統(tǒng)下，采用上述方式難以實現(xiàn)對物理內存的直接訪問。對此，可以在采集卡開發(fā)庫的基礎上，提出一種能夠實現(xiàn)直接訪問的方式。首先，利用函數(shù)bufAllocate實現(xiàn)對物理內存的分配，然后利用MbufIn2quire得到分配后的物理內存，對其進行分頁分段處理之后，獲得線性或者虛擬地址。同時，由此獲得的線性或者虛擬地址具有相對固定性，能夠直接投入使用，進而能夠實現(xiàn)對物理內存的直接訪問操作。

3.2 雙緩存技術

由于該系統(tǒng)中不具備磁盤交換環(huán)節(jié)，難以在相同內存中實現(xiàn)連續(xù)的數(shù)據(jù)采集與處理，為實際工作帶來了諸多不便。對此，可以使用雙緩存技術的方式來克服這一弊端。主要實施方式為：首先，在系統(tǒng)中建立兩個具有相同屬性的內存區(qū)A和B，當A在接受采集數(shù)據(jù)的過程中，B可以通過異步方式實施圖像處理與識別，只要處理的速度能夠得到保障，則處理的時間將始終小于采集的時間，即TP＜Tg，其中，TP為信息處理的時間，Tg為采集的時間。因此，通過軟件便可以同時實現(xiàn)處理與采集的切換工作。另外，在CCD光路處的煙葉可能會與異物相重疊，導致異物漏檢問題發(fā)生，為了有效解決此類問題，可以采用雙面檢測的方式。對煙草流的上下兩個角度進行攝像，然后對攝像結果進行綜合分析和判斷，以此來有效減少判斷的失誤。

4 結語

電氣自動化技術在煙草異物剔除方面的應用，將對整個煙草工業(yè)的國產(chǎn)化起到極大的促進作用。另外，自動化技術的應用，使得煙葉與異物的識別方式發(fā)生了很大的轉變，工作效率和質量得到顯著提升。在日后的發(fā)展中，要繼續(xù)加強對此項技術的研究，使其不單純的是生產(chǎn)線中的一個環(huán)節(jié)，而要積極提升其功能和優(yōu)勢，使其獲得更加廣闊的發(fā)展空間。

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