臉譜法在卷煙風(fēng)格特征中的應(yīng)用

武 怡，楊乾栩，王 猛，唐 杰，王 堅，張 偉，朱保昆

云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，昆明市五華區(qū)紅錦路367 號 650231

在產(chǎn)品研發(fā)與維護(hù)中，形成了有關(guān)嗅香特征、香氣特征、舒適性特征、口味等用于描述卷煙風(fēng)味的專有名詞和評分規(guī)則[1-2]。卷煙風(fēng)格特征是卷煙特點(diǎn)的重要表現(xiàn)，不同品牌、規(guī)格的卷煙都有自己的風(fēng)格特征。現(xiàn)階段，卷煙風(fēng)格特征表征主要以感官評價為主，按照中式卷煙風(fēng)格感官評價方法，需要對卷煙烤煙煙香、清香、果香等15 個香氣/香韻指標(biāo)和香氣、喉部干燥、豐富性等12 個品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評價和描述，然而采用指標(biāo)和數(shù)據(jù)來表達(dá)卷煙的感官特征在一定程度上存在著不夠直觀、不易直接分析規(guī)律的缺點(diǎn)。將多維數(shù)據(jù)用平面圖形表示，可以反映出多變量數(shù)據(jù)的內(nèi)部特征與規(guī)律性[3]。20 世紀(jì)70 年代以來，多維數(shù)據(jù)圖形化的方法有輪廓圖、雷達(dá)圖、星座圖、樹形圖、臉譜圖、Andrews plot、多維標(biāo)度法等[4-6]。

臉譜圖又稱切諾夫臉（Chernoff Face）[7]，是最復(fù)雜的肖像符號圖，它可以從臉的面部表情來表達(dá)數(shù)據(jù)之間的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于花茶等級評價[8]、無關(guān)基因剔除[9]和環(huán)境污染評價[10]等領(lǐng)域。當(dāng)面對錯綜復(fù)雜的信息時，人腦會自動過濾掉那些無用的信息，察覺到一些非常細(xì)微，甚至難于測量的變化，繼而對其做出判斷[11-12]。當(dāng)區(qū)別的圖像為臉譜時，面部微表情會給觀察者留下深刻的印象，可以根據(jù)表情對數(shù)據(jù)進(jìn)行判別。基于中式卷煙感官評價指標(biāo)的多樣性、臉譜圖對多維數(shù)據(jù)可視化展示能力及人腦對臉譜的記憶優(yōu)勢，提出了采用臉譜圖方法對中式卷煙香氣風(fēng)格和品質(zhì)特征評價數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，并結(jié)合多維標(biāo)度法，將臉譜圖進(jìn)行分類和區(qū)分，旨在實(shí)現(xiàn)對中式卷煙感官評價結(jié)果的直接、形象、生動表達(dá)。

1 方法

1.1 臉譜法

臉譜法采用17 個指標(biāo)代表面部特征，在Matlab 中17 個面部特征指標(biāo)分別為：臉的大小、上下半臉相對長度、上半臉橢圓離心率、下半臉橢圓離心率、兩眼之間的寬度、眼睛的垂直位置、眼睛的高度、眼睛的寬度、眼睛的角度、眉毛的垂直位置，眉毛寬度、眉毛角度、瞳孔的方向、鼻子的長度、嘴巴的垂直位置、嘴巴形狀、嘴巴長度[7，13]。圖1 是典型的Chernoff 臉譜示意圖。

在Matlab 中17 個面部特征相當(dāng)于17 個變量，采用臉譜法對多維數(shù)據(jù)分析時，將多維數(shù)據(jù)前17個變量分別與面部特征17 個變量對應(yīng)。少于17個變量時，取實(shí)際變量數(shù)分析，多于17 個變量時，只能取前17 個變量進(jìn)行分析。

圖1 Chernoff 臉譜示意圖Fig.1 Schematic diagram of Chernoff Faces

1.2 臉譜面部特征與卷煙風(fēng)格特征對應(yīng)關(guān)系

在中式卷煙風(fēng)格感官評價方法中，將整個卷煙的風(fēng)格特征劃分為香氣風(fēng)格和品質(zhì)特征兩個大類。本研究中主要對香氣風(fēng)格和品質(zhì)特征進(jìn)行分析，這兩項分別由15 個香氣風(fēng)格指標(biāo)和12 個品質(zhì)特征指標(biāo)構(gòu)成。經(jīng)過多輪次的實(shí)踐，按照Chernoff臉譜的構(gòu)圖方法，分別確定香氣風(fēng)格指標(biāo)和品質(zhì)特征指標(biāo)與臉部特征的對應(yīng)關(guān)系，見表1。

表1 卷煙香氣風(fēng)格指標(biāo)、品質(zhì)特征指標(biāo)與臉部特征映射表Tab.1 Mapping table between cigarette flavor style indexes，quality characters and facial features

1.3 卷煙風(fēng)格特征的臉譜識別方法

采用Matlab 軟件構(gòu)建卷煙風(fēng)格特征臉譜識別方法，主要包括以下幾步驟：

（1）獲取感官評價數(shù)據(jù)：卷煙感官評價的評價員采用YC/T 497—2014《卷煙中式卷煙風(fēng)格感官評價方法》對N 個卷煙樣品的香氣風(fēng)格或品質(zhì)特征進(jìn)行評價。

（2）將N 個卷煙樣品的香氣風(fēng)格或品質(zhì)特征的卷煙感官評價數(shù)據(jù)讀入Matlab 軟件，根據(jù)卷煙香氣風(fēng)格或品質(zhì)特征與臉部特征映射表的先后順序（表1）對原特征順序進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)臉部特征映射表調(diào)整特征順序后，得到數(shù)據(jù)矩陣X（N×p），其中N 代表樣品，p 代表香氣風(fēng)格或品質(zhì)特征指標(biāo)的感官評價值。

采用如下歸一化變換對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：

（3）對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)X*調(diào)用Matlab 函數(shù)glyphplot 繪制卷煙樣品臉譜圖，glyphplot 的輸入?yún)?shù)“standardize”取值“off”。

（4）利用多維標(biāo)度法，作卷煙樣品的多維標(biāo)度法二維投影臉譜圖，根據(jù)臉譜圖的距離遠(yuǎn)近關(guān)系對樣品進(jìn)行分類。

（5）比較觀察各類樣品的臉譜圖，分析各類臉譜的顯著特征，并根據(jù)臉部特征映射表，對各類樣品的香氣風(fēng)格或品質(zhì)特征進(jìn)行直觀判斷。

1.4 臉譜法應(yīng)用

將臉譜法分別應(yīng)用于中式卷煙、云產(chǎn)卷煙的香氣風(fēng)格和品質(zhì)特征剖析，考察其實(shí)際應(yīng)用效果。

（1）臉譜法用于中式卷煙香氣風(fēng)格的可視化表達(dá)：選取芙蓉王（硬）、黃鶴樓（軟雅韻）、黃金葉（軟大金圓）、雙喜（盛世）、蘇煙（軟金砂）、中華（軟）、中南海（藍(lán)色風(fēng)尚）、黃山（新制皖煙）、利群（紅長嘴）、白沙（和天下）10 個不同品牌、不同類型卷煙作為中式卷煙代表性樣品，運(yùn)用YC/T 497—2014《卷煙中式卷煙風(fēng)格感官評價方法》對樣品香氣風(fēng)格和品質(zhì)特征進(jìn)行評價。

（2）臉譜法用于云產(chǎn)卷煙香氣風(fēng)格的可視化表達(dá)：選取云煙（軟大重九）、云煙（印象）、云煙（軟珍品）、云煙（紫）、云煙（軟紫）、玉溪（莊園）、玉溪（境界）、玉溪（軟）、紅塔山（經(jīng)典100）、紅塔山（軟經(jīng)典）等10 個云產(chǎn)卷煙典型代表，采用YC/T 497—2014《卷煙中式卷煙風(fēng)格感官評價方法》對樣品香氣風(fēng)格和品質(zhì)特征進(jìn)行評價。

2 結(jié)果與討論

2.1 臉譜法用于中式卷煙香氣風(fēng)格的可視化表達(dá)

根據(jù)中式卷煙代表性樣品香氣風(fēng)格和品質(zhì)特征感官評價結(jié)果數(shù)據(jù)，采用臉譜識別方法，可得到相應(yīng)的多維標(biāo)度香氣風(fēng)格臉譜圖（圖2）。

圖2 中式卷煙典型卷煙樣品香氣風(fēng)格臉譜多維標(biāo)度圖Fig.2 Multidimensional scaling Chernoff Faces of flavor styles of typical Chinese-style cigarette

從圖2 中可以看出，中南海（藍(lán)色風(fēng)尚）的臉譜明顯小于其他規(guī)格、且嘴巴垂直位置靠上，對照臉部特征映射表，可以看出其烤煙煙香明顯弱于其他規(guī)格、但晾曬煙煙香強(qiáng)于其他規(guī)格，使得其在多維標(biāo)度圖中距離其他樣品較遠(yuǎn)，從臉譜圖直接可以看出中南海（藍(lán)色風(fēng)尚）與其他規(guī)格卷煙香氣風(fēng)格差異極其明顯。為了更好地描述其他卷煙樣品的香氣風(fēng)格，剔除中南海（藍(lán)色風(fēng)尚），對其他樣品重新繪制了香氣風(fēng)格臉譜多維標(biāo)度圖，見圖3。

由圖3 可知，黃山（新制皖煙）距離其他卷煙規(guī)格較遠(yuǎn)，其臉譜圖的上半臉橢圓離心率較大、眼睛的高度較高，表明甜香、烘焙香突出；雙喜（盛世）的臉譜圖中兩眼之間的寬度較大、下半臉橢圓離心率大，表明辛香、果香突出；蘇煙（軟金沙）和黃金葉（軟大金圓）的臉譜圖中眼睛的寬度較大、眉毛突出，表明青滋香突出；白沙（和天下）和芙蓉王（硬）的臉譜圖較為接近，在臉譜圖中表現(xiàn)出臉大、上半臉橢圓離心率較大，表明其烤煙煙香、甜香較為明顯；中華（軟）的臉譜圖中上下半臉相對長度較長、下半臉和上半臉橢圓離心率較大、兩眼之間的寬度較大，表明清香、甜香、果香、辛香較為明顯。

2.2 臉譜法用于中式卷煙品質(zhì)特征的可視化表達(dá)

根據(jù)感官評價數(shù)據(jù)，采用卷煙臉譜識別方法，可得到相應(yīng)的品質(zhì)特征臉譜多維標(biāo)度圖（圖4）。

由圖4 可知，中華（軟）和白沙（和天下）的品質(zhì)特征與其他規(guī)格有著明顯的區(qū)別，臉譜圖表現(xiàn)為臉大、下半臉橢圓離心率較大、眼至臉中心的垂直距離較大、眼睛高度較高、上半臉橢圓離心率較大、上下半臉相對長度較長，表明其香氣量、豐富性好，煙氣細(xì)膩、柔和、圓潤，刺激性、干燥感等舒適性指標(biāo)表現(xiàn)較好。

2.3 臉譜法用于云產(chǎn)卷煙香氣風(fēng)格的可視化表達(dá)

根據(jù)云產(chǎn)卷煙代表性樣品香氣風(fēng)格感官評價結(jié)果數(shù)據(jù)，采用卷煙臉譜識別方法，可得到相應(yīng)的香氣風(fēng)格臉譜圖（圖5）。

圖3 除去中南海（藍(lán)色風(fēng)尚）后其他卷煙樣品香氣風(fēng)格臉譜多維標(biāo)度圖Fig.3 Multidimensional scaling Chernoff Faces of flavor styles of typical Chinese-style cigarette brands excluding Zhongnanhai (Blue Fashion)

圖4 中式卷煙典型卷煙樣品品質(zhì)特征臉譜多維標(biāo)度圖Fig.4 Multidimensional scaling Chernoff Faces of quality characters of typical Chinese-style cigarette brands

由圖5 可知，玉溪、紅塔山品牌的卷煙產(chǎn)品在多維標(biāo)度圖中位于坐標(biāo)圖的上方，云煙品牌的卷煙產(chǎn)品位于坐標(biāo)圖的下方，說明云煙品牌和玉溪、紅塔山品牌的香氣風(fēng)格有一定差別。云煙品牌上半臉的離心率總體要大一些，說明甜香更明顯；玉溪、紅塔山品牌，上下半臉的相對長度相對于云煙品牌要長一些，說明清香更明顯一些。從眼至臉中心的垂直距離來看，云煙（軟大重九）、云煙（印象）、云煙（軟珍品）能夠感受到花香香韻。

2.4 臉譜法用于云產(chǎn)卷煙品質(zhì)特征的可視化表達(dá)

根據(jù)云產(chǎn)卷煙代表性樣品品質(zhì)特征感官評價結(jié)果數(shù)據(jù)，采用卷煙臉譜識別方法，可得到相應(yīng)的品質(zhì)特征臉譜多維標(biāo)度圖（圖6）。

由圖6 可知，云煙（軟大重九）、云煙（印象）、玉溪（境界）和玉溪（莊園）的臉譜存在著臉較大、上下半臉橢圓離心率較大、兩眼之間的寬度較大、眼睛至臉中心的垂直距離較大等方面的共同特點(diǎn)，說明這幾個產(chǎn)品香氣較為豐富、喉部刺激和干燥偏小，豐富性較好，其品質(zhì)特征總體較優(yōu)。

圖5 云產(chǎn)卷煙代表產(chǎn)品香氣風(fēng)格臉譜多維標(biāo)度圖Fig.5 Multidimensional scaling Chernoff Faces of flavor styles of representative cigarette brands from Yunnan

圖6 云煙品牌代表性卷煙產(chǎn)品品質(zhì)特征臉譜多維標(biāo)度圖Fig.6 Multidimensional scaling Chernoff Faces of quality characters of representative cigarette brands from Yunnan

3 結(jié)論

利用臉譜圖中的17 個面部特征分別對應(yīng)中式卷煙風(fēng)格感官評價方法中的風(fēng)格特征指標(biāo)和品質(zhì)特征指標(biāo)，將部分卷煙的感官評價數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了不同卷煙的臉譜圖，并在多維標(biāo)度圖中進(jìn)行表達(dá)。臉譜的面部特征可以形象、直觀、準(zhǔn)確地將卷煙感官評價數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化表達(dá)與展示，臉譜在多維標(biāo)度圖中所處的相對位置代表了不同卷煙風(fēng)格特征差異的大小。觀察臉譜圖面部特征，可以直觀對比不同卷煙在風(fēng)格特征和品質(zhì)特征指標(biāo)方面的差異，識別出某一卷煙的典型特征。在產(chǎn)品研發(fā)維護(hù)過程中，可以通過識別臉譜圖以掌握不同卷煙在風(fēng)格和品質(zhì)特征方面的優(yōu)點(diǎn)，也可以利用臉譜圖對比各階段產(chǎn)品與設(shè)定研發(fā)目標(biāo)在各項風(fēng)格特征指標(biāo)上的差異，有利于提升產(chǎn)品研發(fā)和維護(hù)的效率及便捷性。