基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统及方法

技术领域

本发明涉及烟草生产检验技术领域，尤其涉及一种基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统及方法。

背景技术

烟叶是烟草工业重要的原材料，烟叶的外观、物理特性、化学成分、感官等质量指标间的关系是很多研究关注的焦点，对卷烟产品质量有着直接的影响。我国是烟叶种植、生产和消费大国，由于受到气候、土壤、地域环境以及品种、栽植措施、着生部位和烘烤工艺的影响，烟叶质量存在较大差异。掌握好烟叶的质量动态，确定烟叶的质量等级，对烟叶生产和卷烟工业都具有重要意义。同时，烟叶质量评价是一项复杂的系统工程，科学、客观、准确地评价烟叶质量有助于指导烟叶原料生产、采购和工业应用。

烟叶分级方法一般是先分“类型”，后分“组”，最后根据每个组内烟叶质量的好坏划分成几个不同的“级”。在分级标准中，各国的组别与级数存在较大的差别，但分级的基本原理还是比较一致的。如津巴布韦烤烟分级时，先按外观的某些特征分为上部叶、顶叶、中部叶、下部叶、脚叶、完熟叶、下部散叶组、上部散叶组共计8个叶组.然后再按颜色的不同分为若干亚组。经部位、颜色两次分组后，每组再根据分级因素分为若干等级，总共分为1225个等级。分组因素主要有部位、颜色、厚度。分级因素名目繁多，较不统一，但都以“表里一致”的原则为依据。

现有的烟叶分级方法大多是基于常规普通相机，仅采集烟叶的视觉信息结合深度学习或者传统分类器进行烟叶分级，由于常规普通相机采集到的烟叶信息有限，且深度学习和传统分类器是通用分类器，并不是针对烟叶专门设计的分类器，因此烟叶分级的准确率上限不高，烟叶分级准确率不高。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统及方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

一种基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统，包括：

一烟叶数据获取单元，用于获取待分类烟叶对应的多模态烟叶数据，所述多模态烟叶数据包括烟叶的图像信息、水分信息和质量信息；

一分类单元，提供一贝叶斯分类器，连接所述烟叶数据获取单元，所述贝叶斯分类器基于所述待分类烟叶的所述多模态烟叶数据在所有烟叶种类对应的标准多模态烟叶数据的概率，进而根据所述概率确定所述待分类烟叶的等级并输出一分类结果，其中，每一种类的烟叶的多模态烟叶数据分别对应一权重；

一执行单元，连接所述分类单元，用于根据分类结果将所述待分类烟叶放入相应的等级框中。

优选地，所述贝叶斯分类器中所包含的贝叶斯公式如下：

其中，a(x

a

λ

λ

优选地，所述烟叶对应的权重计算公式如下：

其中，c

λ

优选地，所述烟叶数据获取单元包括：

一传送装置，设置于一第一暗室和一第二暗室的下方，用于带动一烟叶依次经过所述第一暗室和所述第二暗室；

一图像采集装置，设置于所述第一暗室中，用于在所述传送装置带动所述烟叶传送至所述第一暗室时获取一烟叶的图像信息；

一水分测量装置，设置于所述第二暗室中，用于在所述传送装置带动所述烟叶传送至所述第二暗室时获取所述烟叶的水分信息；

一第一移动机构，用于将所述烟叶移动至一托盘中；

一重量采集装置，设置于所述托盘的底部，用于获取所述烟叶的质量信息。

优选地，所述图像采集装置的两侧分别设置一光源。

优选地，所述图像采集装置为普通相机。

优选地，所述第一移动机构为第一吸盘。

优选地，所述分类单元分别通过数据总线连接所述第一移动机构和所述执行单元。

优选地，所述执行单元为第二吸盘。

本发明还提供一种基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类方法，用于实施如上述的基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统，包括：

步骤S1，获取待分类烟叶对应的多模态烟叶数据，所述多模态烟叶数据包括烟叶的图像信息、水分信息和质量信息；

步骤S2，提供一贝叶斯分类器，所述贝叶斯分类器基于所述待分类烟叶的所述多模态烟叶数据在所有烟叶种类对应的标准多模态烟叶数据的概率，进而根据所述概率确定所述待分类烟叶的等级并输出一分类结果，其中，每一种类的烟叶的多模态烟叶数据分别对应一权重；

步骤S3，根据分类结果将所述待分类烟叶放入相应的等级框中。

本发明技术方案的优点或有益效果在于：

本发明在常规普通相机的基础上增加烟叶的水分和重量的测量，采集烟叶的图像信息、水分信息和质量信息组成多模态的烟叶数据，并根据烟叶特征设计贝叶斯分类器，提高烟叶分级的准确率。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中，基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统的结构框图；

图2为本发明较佳实施例中，基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例中，基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统，属于烟草生产检验技术领域，如图1所示，包括：

一烟叶数据获取单元1，用于获取待分类烟叶对应的多模态烟叶数据，多模态烟叶数据包括烟叶的图像信息、水分信息和质量信息；

一分类单元2，提供一贝叶斯分类器，连接烟叶数据获取单元，贝叶斯分类器基于待分类烟叶的多模态烟叶数据在所有烟叶种类对应的标准多模态烟叶数据的概率，进而根据概率确定待分类烟叶的等级并输出一分类结果，其中，每一种类的烟叶的多模态烟叶数据分别对应一权重；

一执行单元3，连接分类单元2，用于根据分类结果将待分类烟叶放入相应的等级框4中。

具体的，本发明实施例中在常规普通相机的基础上增加水分信息和质量信息的测量，组成多模态的烟叶数据，并根据烟叶特点专门设计贝叶斯分类器，贝叶斯分类器基于多模态的烟叶数据对烟叶等级进行分类，提升了烟叶分级的准确率。

具体的，在国家烤烟现行标准中，将其分为三等42级，分别包括：

上等烟：中桔一C1F、中桔二C2F、中桔三C3F、中柠一C1L、中柠二C2L、上桔一B1F、上桔二B2F、上柠一B1L、上红一B1R、完熟一H1F、下桔一X1F。

中等烟：中柠三C3L、中桔四C4F、中柠四C4L、下桔二X2F、下桔三X3F、下柠一X1L、下柠二X2L、上桔三B3F、上桔四B4F、上柠二B2L、上柠三B3L、上红二B2R、上红三B3R、完熟二H2F、下微二X2V、中微三C3V、上微二B2V、上微三B3V、光滑一S1。

下低等烟：上柠四B4L、下柠三X3L、下柠四X4L、下桔四X4F、光滑二S2、中下杂一CX1K、中下杂二CX2K、上杂一B1K、上杂二B2K、上杂三B3K、青黄一GY1、青黄二GY2。

现有的贝叶斯公式为：

其中，b(x

b

λ表示正则项；

上述现有的贝叶斯分类器是通用分类器，针对上述三等42级的细化分类方式，其烟叶分级的误差较大。

本发明基于上述42种烟叶的特征对贝叶斯分类器进一步优化，优化后的贝叶斯公式如下：

其中，a(x

a

λ

λ

其中，烟叶对应的权重计算公式如下：

其中，c

λ

作为优选的实施方式，其中，如图2所示，烟叶数据获取单元包括：

一传送装置13，设置于一第一暗室111和一第二暗室121的下方，用于带动一烟叶依次经过第一暗室111和第二暗室121；

一图像采集装置11，设置于第一暗室111中，用于在传送装置13带动烟叶传送至第一暗室111时获取一烟叶的图像信息；

一水分测量装置12，设置于第二暗室121中，用于在传送装置13带动烟叶传送至第二暗室121时获取烟叶的水分信息；

一第一移动机构，用于将烟叶移动至一托盘中；

一重量采集装置14，设置于托盘的底部，用于获取烟叶的质量信息。

进一步的，水分测量装置12可采用水分传感器，重量采集装置14可采用重量传感器。

作为优选的实施方式，其中，图像采集装置11的两侧分别设置一光源112，光源112可采用长条形的LED灯管实现，以确保光照稳定，减少光照对烟叶图像信息的影响，能够采集得到有效的图像信息。

作为优选的实施方式，其中，图像采集装置11为普通相机。

作为优选的实施方式，其中，第一移动机构为第一吸盘15。

作为优选的实施方式，其中，分类单元2分别通过数据总线5连接第一移动机构和执行单元3。

进一步的，还可包括计算机21，分类单元2集成于计算机21中，计算机21通过数据总线5控制执行单元，以将待分类烟叶按照分类结果，放入对应的等级框4中。

作为优选的实施方式，其中，执行单元3为第二吸盘31。

于上述较佳的实施例中，常规普通相机和水分传感器分别放置在2个暗室中，重量传感器设置于托盘的底部，两个暗室的下方设置有传送带作为传送装置13，通过传送装置13带动烟叶依次经过常规普通相机和水分传感器所在的暗室下方，在经过第一暗室111时通过常规普通相机拍摄得到图像信息，在经过第二暗室121时通过水分传感器采集水分信息，然后继续带动烟叶移动，通过第一吸盘15将烟叶移动至托盘中，利用托盘底部的重量传感器测量重量信息。

将采集得到的图像信息、水分信息和重量信息传输至计算机，计算机将采集到的图像信息、水分信息和质量信息组成多模态的烟叶数据，并结合预先设计好的贝叶斯分类器进行分类，确定烟叶的等级，然后根据分类结果控制第二吸盘31将烟叶放在对应的框中，完成烟叶的分类。

本发明还提供一种基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类方法，用于实施如上述的基于多模态和贝叶斯分类器的烤烟烟叶分类系统，如图3所示，包括：

步骤S1，获取待分类烟叶对应的多模态烟叶数据，多模态烟叶数据包括烟叶的图像信息、水分信息和质量信息；

步骤S2，提供一贝叶斯分类器，贝叶斯分类器基于待分类烟叶的多模态烟叶数据在所有烟叶种类对应的标准多模态烟叶数据的概率，进而根据概率确定待分类烟叶的等级并输出一分类结果，其中，每一种类的烟叶的多模态烟叶数据分别对应一权重；

步骤S3，根据分类结果将待分类烟叶放入相应的等级框中。

采用本发明技术方案具有如下优点或有益效果：本发明在常规普通相机的基础上增加烟叶的水分和重量的测量，采集烟叶的图像信息、水分信息和质量信息组成多模态的烟叶数据，并根据烟叶特征设计贝叶斯分类器，提高烟叶分级的准确率。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。