[发明专利]基于分形维数的卷烟灰柱裂纹分布特征的定量表征方法

说明书

本发明提出了一种基于分形维数的卷烟灰柱裂纹分布特征的定量表征方法，用以解决卷烟灰柱裂纹形态定量评价问题。本发明首先通过获取卷烟在静燃或模拟抽吸条件下的灰柱图像，然后利用图像处理软件（ImageJ）选定分析区域，对其进行二值化处理，提取灰柱裂纹分布图像，最后利用盒维数计算法求取灰柱裂纹分布图像的分形维数。本发明以裂纹分布的分形特征为基础，考虑到卷烟燃烧灰柱裂纹生成的随机性及形态的复杂性，将裂纹分布状态中包含的丰富信息用分形维数来表达，能定量评价卷烟包灰性能，可为卷烟产品开发及品质改善提供方法支撑。

技术领域

本发明涉及卷烟包灰性能分析的技术领域，尤其涉及一种基于分形维数的卷烟灰柱裂纹分布特征的定量表征方法。

背景技术

随着我国卷烟结构的不断提升和烟支规格的多样化发展，卷烟包灰性能日益受到产品研发人员的重视，另外，卷烟的包灰性能也被认为是体现香烟档次的重要指标而受到消费者的持续关注。卷烟包灰性能包含多方面指标，如包灰松紧度、外翻灰片多少、灰柱裂纹分布及灰分颜色等（烟草科技，2011，48 (2)：62-68）。目前，对于这些指标的评价仍多采用肉眼观测及主观赋分，主观性较强，因此建立客观定量评价卷烟包灰性能的方法可为改善卷烟品质提供支撑。

在卷烟包灰性能各指标中，卷烟灰柱的裂纹特征尤为关键，因其多少及其分布特征关系到包灰松紧度及外翻灰片数量。王道宽等曾采用ImageJ图像分析软件建立了一种基于包灰值的包灰性能评价方法，以卷烟灰柱选定区域内烟灰裂口像素数与选区总像素数的比值定义为包灰值，可以用于包灰裂纹多少的定量判定（烟草科技，2013，48 (4)：12-15）。然而，该方法只考虑了裂纹面积的多少，而忽略了裂纹分布状态及裂纹形态的复杂性。烟支燃烧过程是卷烟纸与烟丝共同参与的复杂物理化学反应过程，影响因素众多，燃烧后灰柱上形成的裂纹随机性强，形态各异，且常相互连接。目前尚缺乏定量表征卷烟灰柱裂纹形态复杂程度的指标。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，考虑到卷烟灰柱裂纹具有的分形特征，本发明提出一种基于分形维数的卷烟灰柱裂纹分布特征的定量表征方法，为改善卷烟产品的包灰性能、优化相关工艺参数提供了方法支撑。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于分形维数的卷烟灰柱裂纹分布特征的定量表征方法，点燃卷烟后在静燃模式或模拟抽吸条件下形成烟灰柱，在固定光源条件下对烟灰柱拍照，采用ImageJ图像分析软件提取烟灰柱裂纹特征，利用盒维数计算原理求取裂纹分布状态图像的盒分形维数，用以定量表征烟灰柱裂纹特征的复杂性。该盒分形维数介于1到2之间，分形维数越大，表明烟灰柱裂纹形态及分布越复杂，包灰性能越差。其步骤如下：

步骤一：卷烟样品准备：将待测卷烟置于恒温恒湿箱中平衡48小时；

步骤二：卷烟燃烧及烟灰柱图像采集：将平衡后的卷烟样品点燃后固定于卷烟燃烧支架上，并放置于照明条件良好的包灰性能测试箱内，待卷烟样品在卷烟燃烧支架上燃烧至设定位置后，利用数码相机对烟灰柱拍照；

步骤三：图像预处理：将数码相机所获得烟灰柱图像导入ImageJ软件中，进行二值化处理、并转换为8bit灰度图像，利用选框选取烟灰柱灰度图像的分析区域作为分析图像，调整阈值提取分析图像的裂纹特征区域获取裂纹分布图像；

步骤四：采用盒维数计数法计算裂纹分布图像的分形维数；

步骤五：重复步骤一至四平行测试至少3支卷烟样品，将所有卷烟样品的分形维数的平均值表征该卷烟样品灰柱的裂纹特征。