基于CIELAB空间的光油聚类真假卷烟鉴别

李海燕 肖燕 杨兵 马慧宇 张轲 李郸 蔡洁云 陈丹

(云南省烟草质量监督检测站 云南昆明 650106)

1 前言

卷烟真假鉴别主要由专业人员利用自身经验[1-2]，对鉴别样品的外观特征逐一对比分析，主观性较强。随着科学技术的发展，研究者开始通过对卷烟烟丝的化学成分进行分析以鉴别卷烟真假[3-6]，近年来，假烟仿真度不断提高，检测人员的研究范围随之扩大，以探索更有效的鉴别方法[7-8]。

包装纸在印刷时通过上光油使印品增加光泽度，同时达到增强包装纸耐磨、防潮和抗水性的目的。由于印刷原材料、操作方法、工艺水平和生产设备不同，印品的光泽效果也不同[9-10]。CIELAB颜色模型是基于人对颜色的感觉，其数值可以描述正常视力的人能够看到的所有颜色，目前，通过提取CIELAB颜色空间下颜色分量的分类研究在不同行业得以应用[11-15]。卷烟条与盒包装纸印刷品(以下简称印品)的光油L*a*b*检测研究鲜有报道，本文对真假卷烟印品光油L*a*b*检测数据进行研究，旨在为卷烟真假鉴别提供科学准确的方法。

2 实验部分

2.1 供试材料

分别采集全国2018—2020年红塔山(软经典)真假卷烟样品，真品根据印刷厂家不同分批；假烟按照查获源头及包装纸印刷特征分批。印刷厂家编号为 4#、8#、21#、24#、28#、31#、33#、44#、70#、73# 等10个批号，每个批次各10个样品，合计200个样品。

2.2 仪器及方法

爱色丽X-rite Ci7800台式积分球分光光度仪。d/8度积分球，D65国际人工日光光源，色温为6500K，CIE规定的10°观察视觉，测量孔径3.5 mm。分析项目为L*a*b*，分析位置为商品条码空白区域。

2.3 数据分析

采用SPSS 25.0软件中系统聚类法对试验数据进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 真假印品光油L*数据分析

从表1可以看出，真品印品L*值范围在91.85～92.88，假烟印品L*值范围在92.40～94.88。L*值范围出现重叠区域，不能直接通过L*值判定真假。

表1 真假卷烟印品光油L*值

从真假印品光油L*值折线图(图1)和表1可以看出，假烟印品光油亮度L*值总体高于真品。假烟L*值低于分割线92.88的样品有9个：J8-9、J8-10、J21-10、J28-2、J28-5、J31-7、J31-8、J70-4、J73-7。CIELAB均匀色空间用明度指数L*，色品指数a*，b*三维坐标来表示，L*轴表示明度大小，为白—黑轴，值域由0到100，L*=0对应黑色、L*=100对应白色，L=50时，就相当于50%的黑。因此假烟条码白底区域在视觉上比真烟色浅。

3.2 真假印品光油a*数据分析

从表2可以看出，真品印品光油a*值范围在-0.70～0.06，假烟印品光油a*值范围在-0.33～2.29。a*值范围出现重叠区域，不能直接通过a*值判定真假。

表2 真假卷烟印品光油a*值

从真假印品光油a*值折线图(图2)和表2可以看出，假烟印品光油a*值总体高于真品。假烟a*值低于分割线0.06的样品有2个：J70-9、J70-10。a*表示从红色至绿色的范围，值域由+120～-120，其中+120a就是红色，渐渐过渡至-120a时就变成绿色。因此假烟条码白底区域在视觉上比真品色偏红。

3.3 真假印品光油b*数据分析

从表3可以看出，真品印品光油b*值范围在-1.20～0.19，假烟印品光油b*值范围在-8.32～-0.13。b*值范围出现重叠区域，不能直接通过b*值判定真假。

表3 真假卷烟印品光油b*值

(续表3)

从真假印品光油b*值折线图(图3)和表3可以看出，假烟印品光油b*值总体低于真品。假烟b*值高于分割线-1.20的样品有4个：J70-3、J70-9、J73-3、J73-9。b*表示从蓝色至黄色的范围，值域由+120～-120，其中+120b就是黄色，渐渐过渡到-120b的时候就变成蓝色。因此假烟条码白底区域在视觉上比真品色偏蓝。

3.4印品光油L*a*b*值聚类分析

3.4.1 聚类方法

各样本之间的距离系数采用欧氏距离法，

式中：rij为第i个样与第j个样的距离系数；xik为第i个样第k个属性值；xjk为第j个样第k个属性值。

系统聚类子模块中，类与类之间的聚类方法最优选择为最近邻元素方法。相互靠近的个案称为“邻元素”，当出现新个案时，将计算它与模型中每个个案之间的距离。计算得出最相似个案—最近邻元素的分类，并将新个案放入包含最多最近邻元素的类别中。

3.4.2 聚类成员

对200个真假数据采用系统聚类，欧式距离为测度，类与类间采用最近邻元素方法，聚类成员为3类。聚类成员具体分类见表4，类Ⅰ{所有真品}，类Ⅱ{J4-1～8、J70-1～4、J70-7～10、J73-1～4、J73-7～10}，类Ⅲ{其它假烟}。真假聚类准确率为100%。

表4 光油真假聚类成员

3.4.3 印品光油L*a*b*值聚类3D散点图

从图4可以看出，真品印品光油L*a*b*值3D距离较集中，假烟印品光油L*a*b*值3D距离较分散。假烟与真品相比，印品光油亮度L*值较明，a*值较大色偏红，b*值较小色偏蓝。

4 讨论

本文探讨了采用印品条码空白区域光油CIELAB颜色空间L*、a*、b*检测值结合聚类分析方法对卷烟真假鉴别的可行性，结果表明，最近邻元素—欧氏距离聚类分析为本实验的最佳聚类方法，对红塔山(软经典)包装纸条码空白区域光油检测值真假聚类准确率为100%，且所有牌号卷烟都有条码，条码均由黑条及空白构成，空白区域最能反映光油特征，因此该方法可以作为判断真假卷烟的有效方法。