基于CIELAB空間的光油聚類真假卷煙鑒別

李海燕 肖燕 楊兵 馬慧宇 張軻 李鄲 蔡潔云 陳丹

(云南省煙草質量監(jiān)督檢測站 云南昆明 650106)

1 前言

卷煙真假鑒別主要由專業(yè)人員利用自身經驗[1-2]，對鑒別樣品的外觀特征逐一對比分析，主觀性較強。隨著科學技術的發(fā)展，研究者開始通過對卷煙煙絲的化學成分進行分析以鑒別卷煙真假[3-6]，近年來，假煙仿真度不斷提高，檢測人員的研究范圍隨之擴大，以探索更有效的鑒別方法[7-8]。

包裝紙在印刷時通過上光油使印品增加光澤度，同時達到增強包裝紙耐磨、防潮和抗水性的目的。由于印刷原材料、操作方法、工藝水平和生產設備不同，印品的光澤效果也不同[9-10]。CIELAB顏色模型是基于人對顏色的感覺，其數(shù)值可以描述正常視力的人能夠看到的所有顏色，目前，通過提取CIELAB顏色空間下顏色分量的分類研究在不同行業(yè)得以應用[11-15]。卷煙條與盒包裝紙印刷品(以下簡稱印品)的光油L*a*b*檢測研究鮮有報道，本文對真假卷煙印品光油L*a*b*檢測數(shù)據(jù)進行研究，旨在為卷煙真假鑒別提供科學準確的方法。

2 實驗部分

2.1 供試材料

分別采集全國2018—2020年紅塔山(軟經典)真假卷煙樣品，真品根據(jù)印刷廠家不同分批；假煙按照查獲源頭及包裝紙印刷特征分批。印刷廠家編號為 4#、8#、21#、24#、28#、31#、33#、44#、70#、73# 等10個批號，每個批次各10個樣品，合計200個樣品。

2.2 儀器及方法

愛色麗X-rite Ci7800臺式積分球分光光度儀。d/8度積分球，D65國際人工日光光源，色溫為6500K，CIE規(guī)定的10°觀察視覺，測量孔徑3.5 mm。分析項目為L*a*b*，分析位置為商品條碼空白區(qū)域。

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 25.0軟件中系統(tǒng)聚類法對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

3 結果與分析

3.1 真假印品光油L*數(shù)據(jù)分析

從表1可以看出，真品印品L*值范圍在91.85～92.88，假煙印品L*值范圍在92.40～94.88。L*值范圍出現(xiàn)重疊區(qū)域，不能直接通過L*值判定真假。

表1 真假卷煙印品光油L*值

從真假印品光油L*值折線圖(圖1)和表1可以看出，假煙印品光油亮度L*值總體高于真品。假煙L*值低于分割線92.88的樣品有9個：J8-9、J8-10、J21-10、J28-2、J28-5、J31-7、J31-8、J70-4、J73-7。CIELAB均勻色空間用明度指數(shù)L*，色品指數(shù)a*，b*三維坐標來表示，L*軸表示明度大小，為白—黑軸，值域由0到100，L*=0對應黑色、L*=100對應白色，L=50時，就相當于50%的黑。因此假煙條碼白底區(qū)域在視覺上比真煙色淺。

3.2 真假印品光油a*數(shù)據(jù)分析

從表2可以看出，真品印品光油a*值范圍在-0.70～0.06，假煙印品光油a*值范圍在-0.33～2.29。a*值范圍出現(xiàn)重疊區(qū)域，不能直接通過a*值判定真假。

表2 真假卷煙印品光油a*值

從真假印品光油a*值折線圖(圖2)和表2可以看出，假煙印品光油a*值總體高于真品。假煙a*值低于分割線0.06的樣品有2個：J70-9、J70-10。a*表示從紅色至綠色的范圍，值域由+120～-120，其中+120a就是紅色，漸漸過渡至-120a時就變成綠色。因此假煙條碼白底區(qū)域在視覺上比真品色偏紅。

3.3 真假印品光油b*數(shù)據(jù)分析

從表3可以看出，真品印品光油b*值范圍在-1.20～0.19，假煙印品光油b*值范圍在-8.32～-0.13。b*值范圍出現(xiàn)重疊區(qū)域，不能直接通過b*值判定真假。

表3 真假卷煙印品光油b*值

(續(xù)表3)

從真假印品光油b*值折線圖(圖3)和表3可以看出，假煙印品光油b*值總體低于真品。假煙b*值高于分割線-1.20的樣品有4個：J70-3、J70-9、J73-3、J73-9。b*表示從藍色至黃色的范圍，值域由+120～-120，其中+120b就是黃色，漸漸過渡到-120b的時候就變成藍色。因此假煙條碼白底區(qū)域在視覺上比真品色偏藍。

3.4印品光油L*a*b*值聚類分析

3.4.1 聚類方法

各樣本之間的距離系數(shù)采用歐氏距離法，

式中：rij為第i個樣與第j個樣的距離系數(shù)；xik為第i個樣第k個屬性值；xjk為第j個樣第k個屬性值。

系統(tǒng)聚類子模塊中，類與類之間的聚類方法最優(yōu)選擇為最近鄰元素方法。相互靠近的個案稱為“鄰元素”，當出現(xiàn)新個案時，將計算它與模型中每個個案之間的距離。計算得出最相似個案—最近鄰元素的分類，并將新個案放入包含最多最近鄰元素的類別中。

3.4.2 聚類成員

對200個真假數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)聚類，歐式距離為測度，類與類間采用最近鄰元素方法，聚類成員為3類。聚類成員具體分類見表4，類Ⅰ{所有真品}，類Ⅱ{J4-1～8、J70-1～4、J70-7～10、J73-1～4、J73-7～10}，類Ⅲ{其它假煙}。真假聚類準確率為100%。

表4 光油真假聚類成員

3.4.3 印品光油L*a*b*值聚類3D散點圖

從圖4可以看出，真品印品光油L*a*b*值3D距離較集中，假煙印品光油L*a*b*值3D距離較分散。假煙與真品相比，印品光油亮度L*值較明，a*值較大色偏紅，b*值較小色偏藍。

4 討論

本文探討了采用印品條碼空白區(qū)域光油CIELAB顏色空間L*、a*、b*檢測值結合聚類分析方法對卷煙真假鑒別的可行性，結果表明，最近鄰元素—歐氏距離聚類分析為本實驗的最佳聚類方法，對紅塔山(軟經典)包裝紙條碼空白區(qū)域光油檢測值真假聚類準確率為100%，且所有牌號卷煙都有條碼，條碼均由黑條及空白構成，空白區(qū)域最能反映光油特征，因此該方法可以作為判斷真假卷煙的有效方法。