本發(fā)明涉及煙用輔助材料鑒別技術領域，特別是涉及一種卷煙紙正反面鑒別方法及系統(tǒng)。

背景技術：

卷煙紙是用于卷制煙支的特種紙。在卷煙燃燒過程中，卷煙紙是除煙絲以外唯一直接參與燃燒的組分，其正反面的物理化學特征不一樣，在卷制煙支時，它不僅對卷煙燃燒外觀、煙氣組分，還對抽吸品質有著直接影響。而目前的卷煙生產(chǎn)中并沒有對卷煙紙的正反面進行鑒別區(qū)分，因此有必要尋找一種快速有效的方法來實現(xiàn)對卷煙紙正反面的鑒別。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種卷煙紙正反面鑒別方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)了對卷煙紙正反面快速有效的鑒別。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種卷煙紙正反面鑒別方法，包括：

對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)；

對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，并對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分；

將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)比較結果判定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

可選地，所述對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試包括：

以連續(xù)波長光對所述卷煙紙待測試一面掃面，采集由所述卷煙紙待測試一面形成的反射光，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)。

可選地，還包括：以連續(xù)波長光對儀器背景進行掃面，獲得儀器的背景光譜數(shù)據(jù)。

可選地，以儀器產(chǎn)生的近紅外光作用于重疊壓緊的多張卷煙紙表面并避免漏光，進行近紅外光譜測試。

可選地，所述預設波數(shù)范圍為10000-4000cm^-1。

可選地，掃描次數(shù)的范圍為大于等于50，光譜分辨率為8cm^-1。

可選地，所述將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)比較結果判定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面包括：

選取第一主成分得分，根據(jù)所述第一主成分得分的正負判定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

可選地，在所述卷煙紙待測試一面選取至少兩個不同位置點做近紅外光譜測試，結合各位置點的判定結果確定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

一種卷煙紙正反面鑒別系統(tǒng)，包括：

光譜測試模塊，用于對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)；

光譜處理模塊，用于對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，并對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分；

判定模塊，用于將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)比較結果判定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

由上述技術方案可知，本發(fā)明所提供的卷煙紙正反面鑒別方法及系統(tǒng)，對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)，對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，再對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分；將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)主成分得分與閾值的大小關系，判定卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

可以看出，本發(fā)明卷煙紙正反面鑒別方法及系統(tǒng)，通過采集卷煙紙表面的近紅外光譜，對光譜數(shù)據(jù)進行處理和分析，根據(jù)分析結果來判定卷煙紙表面是正面或者反面，從而實現(xiàn)對卷煙紙正反面快速有效的鑒別。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種卷煙紙正反面鑒別方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中采用已知正反面的卷煙紙樣本的測試結果獲得的ROC曲線；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種卷煙紙正反面鑒別系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

對于卷煙紙，其正面是指卷制煙支時暴露于空氣的一面，反面是指包裹煙葉的一面，卷煙紙的正面和反面所含的物質組分有區(qū)別。而測試卷煙紙表面的近紅外光譜，近紅外光譜可反映其表面所含物質中化學成分的特征信息?；诖?，本發(fā)明方法應用近紅外光譜測試實現(xiàn)對卷煙紙正反面快速有效的鑒別。

本發(fā)明提供的一種卷煙紙正反面鑒別方法，具體包括：

對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)；

對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，并對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分；

將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)比較結果判定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

本發(fā)明卷煙紙正反面鑒別方法，對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)，對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，再對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分；將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)主成分得分與閾值的大小關系，判定卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

可以看出，本發(fā)明卷煙紙正反面鑒別方法，通過采集卷煙紙表面的近紅外光譜，對光譜數(shù)據(jù)進行處理和分析，根據(jù)分析結果來判定卷煙紙表面是正面或者反面，實現(xiàn)對卷煙紙正反面快速有效的鑒別。

并且，本發(fā)明卷煙紙正反面鑒別方法，所需樣品數(shù)量少，對樣品無需前處理，不破壞樣品，測試操作簡便快捷。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參考圖1，本發(fā)明實施例提供的卷煙紙正反面鑒別方法，包括步驟：

S10：對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)。

具體在本方法中，應用近紅外漫反射技術對卷煙紙表面進行近紅外光譜測試。具體為，以連續(xù)波長光對卷煙紙待測試一面掃面，采集由卷煙紙待測試一面形成的反射光，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)。

在實際測試中可采用近紅外光譜儀對卷煙紙進行測試。具體操作時，以儀器產(chǎn)生的近紅外光作用于重疊壓緊的多張卷煙紙表面并避免漏光，進行近紅外光譜測試，通過將多張卷煙紙重疊壓緊避免漏光，以保證近紅外光照射在卷煙紙待測試一面形成漫反射。

在掃描測試中進行預設數(shù)量次掃描，獲得光譜數(shù)據(jù)，掃描次數(shù)的確定應同時考慮測試儀器的信噪比和花費時間，在具體測試時可根據(jù)實際情況靈活設置。示例性的，可設置掃描次數(shù)為64。

所述預設波數(shù)范圍可選為10000-4000cm^-1，位于近紅外波段。光譜掃描分辨率可靈活設置，例如可設置分辨率為8cm^-1。掃描分辨率較高，獲得的光譜數(shù)據(jù)更為精確，可以提高對數(shù)據(jù)處理和分析的準確性，提高鑒別結果的準確性。

優(yōu)選的，在對測試樣品掃描前，以連續(xù)波長光對儀器背景進行掃面，獲得儀器的背景光譜數(shù)據(jù)，這樣在測試得到樣品的光譜數(shù)據(jù)后，可基于背景光譜數(shù)據(jù)對樣品的光譜數(shù)據(jù)進行基線校正。由于儀器背景或其它因素的影響，近紅外光譜中常常出現(xiàn)基線漂移和傾斜現(xiàn)象，因此通過掃描儀器背景，通過基線校正可以消除由于儀器背景或其它因素導致產(chǎn)生的基線漂移或傾斜等現(xiàn)象，以保證測試的光譜數(shù)據(jù)的準確性。

S11：對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，并對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分。

在具體測試應用中，可應用光譜處理軟件中的處理功能對測得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，或者應用光譜測試儀器中內(nèi)置的光譜處理軟件直接進行處理。

進一步，對處理后的光譜數(shù)據(jù)采用化學計量學中的主成分分析法(principal component analysis，PCA)進行主成分分析，分析過程主要包括以下步驟：

1)對經(jīng)過上述歸一化處理后得到的光譜數(shù)據(jù)，計算數(shù)據(jù)矩陣的協(xié)方差矩陣，并對其進行正交分解，得出主成分分量；

2)計算各主成分分量的累計貢獻量，根據(jù)要求的貢獻率閾值選取主成分；

3)針對選取出的主成分建立主成分方程，計算得到主成分得分。

在具體測試時可應用光譜處理軟件中的主成分分析功能對光譜數(shù)據(jù)進行處理，獲得主成分得分。

S12：將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)比較結果判定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

本實施例方法中，具體可選取第一主成分得分，即貢獻率最大的主成分量對應的得分，將這一主成分得分與閾值比較，根據(jù)兩者的比較結果判定卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

在本實施例方法的一種具體測試應用中，所述閾值設定為0，即在鑒別中根據(jù)計算得到的第一主成分得分的正負來判定卷煙紙待測試一面是正面或者反面。本具體測試中當?shù)谝恢鞒煞值梅譃檎?，屬于卷煙紙正面；當?shù)谝恢鞒煞值梅譃樨搶儆诰頍熂埛疵妗?/p>

在本具體測試應用中，經(jīng)過ROC曲線分析可以得出，采用本實施例方法對卷煙紙正反面鑒別，鑒別準確率較高。具體為：選取一定數(shù)量的已知正反面的卷煙紙，采用本方法計算得到主成分得分，將所有卷煙紙的主成分得分納入SAS軟件中計算獲得其ROC曲線，如圖2所示，由圖可以看出，曲線下面積為0.944。采用GEE模型，計算此方法檢測的結果，在正反面所測得的值具有顯著差異(P＝1.16×10^-12)，且重復測量與結果間不具有交互作用，表明使用此方法預測卷煙紙正反面具有極佳的特異度和敏感度。

進一步計算臨界值，經(jīng)計算得到的正反面測試的邊際平均值如下表1所示。

表1

從表1可以看出，在正面和反面所測得的值中，反面的95％上限為-0.125，正面的95％下限為0.124，表明95％的概率下測得值能有效區(qū)分，不會重疊，而5％的概率落在-0.125到0.124之間，如果測得的值在這一區(qū)間可棄值不用，重新測量。因此臨界值取在-0.125到0.124之間時，只有5％的概率會判斷出錯，臨界值可取-0.154+0.153的均值，為-0.0005，約等于0，即可按符號判斷，可根據(jù)第一主成分得分PCA1的正負來判定正反面。

結果表明，采用該方法對卷煙紙的正反面鑒別完全可行具有良好應用前景。隨著納入計算的卷煙紙種類和主成分數(shù)量越多，相應確定的閾值會有一定變化。

在實際測量中，為進一步保證鑒別結果的準確性，可在卷煙紙待測試一面選取至少兩個不同位置點分別做近紅外光譜測試，結合各位置點的判定結果確定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。例如可在卷煙紙待測試一面選取5個位置點分別測試，根據(jù)各位置點的鑒別結果，來判定該卷煙紙待測試一面是正面或者反面，這樣可以保證鑒別結果的準確性。

相應的，請參考圖3，本發(fā)明實施例還提供一種卷煙紙正反面鑒別系統(tǒng)，包括：

光譜測試模塊20，用于對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)；

光譜處理模塊21，用于對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，并對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分；

判定模塊22，用于將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)比較結果判定所述卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

本實施例卷煙紙正反面鑒別系統(tǒng)，對卷煙紙待測試一面做近紅外光譜測試，進行預設數(shù)量次掃描，獲得在預設波數(shù)范圍內(nèi)吸光度隨波數(shù)變化的光譜數(shù)據(jù)，對獲得的光譜數(shù)據(jù)進行最小-最大歸一化處理，再對處理后的光譜數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到主成分得分；將獲得的主成分得分與閾值比較，根據(jù)主成分得分與閾值的大小關系，判定卷煙紙待測試一面是正面或者反面。

可以看出，本發(fā)明卷煙紙正反面鑒別系統(tǒng)，通過采集卷煙紙表面的近紅外光譜，對光譜數(shù)據(jù)進行處理和分析，根據(jù)分析結果來判定卷煙紙表面是正面或者反面，實現(xiàn)對卷煙紙正反面快速有效的鑒別。

并且，本發(fā)明卷煙紙正反面鑒別系統(tǒng)，所需樣品數(shù)量少，對樣品無需前處理，不破壞樣品，測試操作簡便快捷。

以上對本發(fā)明所提供的一種卷煙紙正反面鑒別方法及系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。