【毕业学位论文】基于机器视觉的非织造材料厚度均匀性检测系统的研究

目 录 I 目 录 1 绪论 . 1 究背景 . 1 织造材料的介绍 . 1 织造材料厚度均匀性测试的意义 . 3 织造材料厚度均匀性国内外研究现状 . 5 究目标及方案 . 6 究目标 . 6 究方案 . 6 题研究的创新点 . 7 章小结 . 7 2 机器视觉测试系统 . 8 器视觉系统概况 . 8 器视觉系统介绍 . 8 器视觉系统关键技术 . 8 器视觉系统国内外研究现状 . 10 章小结 . 11 3 均匀性测试系统的设计 . 12 3. 1 整体设计 . 12 计原理 . 12 计思路 . 14 3. 2 硬件设计 . 15 源设计 . 15 他控件设计 . 18 件设计 . 19 章小结 . 19 4 检测系统的软件开发 . 21 统背景介绍 . 21 统开发目的 . 21 统开发环境介绍 . 21 目 录 统参数配置 . 22 像头参数配置 . 22 测参数配置 . 22 统总体设计 . 23 统初始化 . 23 统设计流程 . 24 统菜单介绍 . 26 统功能介绍 . 28 像获取 . 28 像处理 . 28 测结果存储 . 29 章小结 . 29 5 图像的处理研究及分析 . 30 像压缩 . 30 像预处理 . 30 色空间转换 . 31 像增强 . 35 洞处理 . 39 . 42 匀度表征 . 43 算过程 . 43 匀度检测 . 44 匀度数值化表征 . 46 果分析 . 46 章小结 . 48 6 在线检测系统的预设计 . 49 线检测系统的意义 . 49 线检测系统的设计 . 49 线检测系统的整体设计 . 49 际应用中的问题 . 51 章小结 . 52 7 总结与展望 . 53 文总结 . 53 目 录 课题存在的问题与困难 . 54 课题的发展前景 . 54 致 谢 . 55 参考文献 . 56 附 录 . 61 1 绪论 1 1 绪论 究背景 织造材料的介绍 非织造（纤维）材料，简称非织造材料、非织布，又称无纺布、不织布。它是一种与纺织材料并列的纤维材料。广义地说就是不需要纺纱织布而形成的柔性片状体(直接将高聚物切片成纤、纺织短纤维或长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后通过机械、温度或化学的方法把纤维结合在一起而形成的具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品。简单的讲就是，它不是由一根一根的纱线交织、编结在一起的，而是将纤维直接通过各种纤网成形方法和固结技术粘合在一起的。适用于非织造材料的纤维原料种类很多，主要有普通的天然纤维和化学纤维两大类，还可以使用高性能特种纤维和功能化、差别化纤维，利用这些原料可制得不同性能、用途和风格的非织造材料1。 织造材料与一般织物的区别图 he 织造材料加工技术是纺织工业中的一门新技术，它综合了纺织、化工、造纸、化纤、塑料、染整等工业技术，突破了传统的纺织工艺原理，充分利用现代物理学、化学、力学等学科的有关理论和基础知识，再根据产品的使用要求，进行科学的合理的结构设计和工艺设计，然后加工制造出各种功能的非织造产品。而且该技术具有工艺流程短、原料来源广泛、生产速度快，产量高、成本低、用途广、产品多变等特点，其虽属于造纸工业范畴，但其坚韧耐用则类似于布，所以在国内、外受到普遍重视，得到迅速发展。1 绪论 2 不同的生产工艺使非织造材料具有不同的特性，如吸水性、抗水性、可洗性、弹性、柔软性、拉伸性、阻燃性、垫衬作用、过滤作用、细菌阻挡作用等。 非织造材料的生产方法较多，但基本上包括原料准备、成网、纤网加固、后整理和成卷五个生产过程。 第一个过程就是原料准备。如短纤维的开松、混合、除杂、加油剂及抗静电剂等，它是保证纤网质量的必要准备工序。 第二阶段是成网。该过程是形成纤维网的工艺阶段，也是非织造材料生产的重要加工工序之一。纤网的质量直接影响非织造材料的性能和用途。传统的非织造材料成网方法主要有干法、湿法、聚合物挤压法三种。 第三阶段是纤网加固。就是使纤网具有一定强力而形成非织造材料结构的重要工序，它对产品质量起着决定性作用。目前常用的加固方法有机械加固、化学加固和热粘合加固等。 第四阶段是后整理工序。主要包括干燥、焙烘、整理、轧光、轧花、涂层、成叠、染色、印花、切割等，该工序的目的是改善最终产品的使用性能，并且增添美观。 最后一个过程就是将非织造材料按要求成卷2。 非织造材料的成网方法主要分为三类，干法成网、湿法成网和聚合物直接成网，织造材料的传统成网方法分类图 绪论 3 近年来，非织造材料的发展势头迅猛，被认为是2其是我国的非织造技术发展速度更快，现己居亚洲第一位。非织造材料与相同作用的其他产品相比具有高附加值和高效益的竞争优势，主要原因就在于高新技术的渗透和新型材料的使用上3。非织造材料的用途很广，常用于人造革、织物烘干纸、过滤材料屋顶材料、擦拭布、衣服内衬、地毯背衬、家具面料、茶叶袋、汽车内装饰布和座位面料、医用外套和护罩绝缘材料和土工布等。它是一种新型的高科技材料，拥有巨大的市场前景，可广泛运用于纺织服装、医疗卫生、农业栽培、建筑工程、高科技设备等领域4。 织造材料厚度均匀性测试的意义 随着纺织工业的发展，市场对优质高产的产品需求日益增长，一种生产工艺，其生产率的提高、产品多样化的实现以及工业自动化的应用方案与改进的可行性、可靠性，均要由产品的最终质量来评沽。目前，我国非织造材料技术主要集中于第一代 (喷胶棉、针刺棉、热轧布、粘合衬等)和第二代(纺粘法、喷熔法)上，而第三代非织造材料(水刺法、闪蒸法)还处于萌芽阶段5。而且生产出来的品种比较单调，质量也与欧美生产的产品有一定差距。因此，我国迫切需要努力提高非织造材料制作技术，采用新材料新方法来提高产品质量。目前，相当部分化工、纺织行业人员已在非织造材料专用材料、生产技术等方面做出了相关研究。另外，使用新方法新技术对产品进行合格性测试也是促进非织造材料行业发展的重要手段之一。因此，从国际环境和国内环境来看，无论是生产企业、科研单位还是贸易部门，对非织造材料进行严格的测试检验越发显得必要。 不同类、不同用途的非织造材料的厚度不同，同一类产品也有不同厚度规格之分。絮片类厚度越厚，其保暖性越强。过滤材料厚度不同、其过滤效果不同。也就是说非织造材料的性能随厚度的变化也相应改变，它客观地反映了非织造材料的力学性能和工业生产价值。非织造材料可分为薄型与厚型两种6。最薄的薄型产品定重为2型最重达1000度达10。1 绪论 4 见非织造材料的厚度及密度 he of 种 单重(g/) 厚度(密度(容重)(g/土工布 3001000 28 滤材料 100800 312 刺毡毯 600900 35 胶棉 60300 410 粘定型棉 100400 516 刺棉 60300 25 薄絮片 80160 38 渍衬布 2080 沫衬布 60150 用 60250 用 30100 缘材料 6080 基布 80200 熔 40300 轧短纤维 20180 轧长丝 40200 刺 40100 喷 100200 织造材料的厚度均匀性在很大程度上直接影响着非织造材料产品的性能，是检验产品是否合格的重要指标。对非织造材料的厚度均匀性进行检测，就是检测产品各处厚薄是否均匀，单位面积的重量是否稳定一致。若将非织造材料作为过滤产品，如果厚薄、重量不一致，必然会引起过滤效果的差异，而一旦形成产品，就会影响产品的质量，更严重的就会造成质量事故。我国某化纤集团短纤生产中心将非织造材料应用于抽丝工艺的冷却装置中，将其作为冷却装置的一部分置于不锈钢均风筒内（在该抽丝工艺冷却装置中，冷却风速的均匀性在很大程度上影响着生产的质量，若吹进的风速不均匀，就会有多根纺丝粘合在一起，产生所谓的“并丝”，发生这种现象之后，操作人员就不得不停止工作，将并丝去掉，再重新连接上纺丝装置，这个过程严重影响了整个生产工序的进行，更重要的是影响了生产效率，还造成了经济损失。 因此，对这个冷却装置而言，进风的均匀性虽然受多个因素的影响，但经过多次实1 绪论 5 验得出：由于非织造材料个体的厚度均匀性的差异造成的进风的不均匀性对生产造成的影响是最大的8。 丝工艺冷却装置示意图 he of 于以上因素，为了满足生产的需求，进一步提高生产效率和产品质量，本课题旨在寻找一种行之有效的解决方案，能检测出非织造材料的厚度均匀性，得到客观、准确的检测结果。在此以实验室研究作为依托，对非织造材料的厚度不匀性检测进行研究。 织造材料厚度均匀性国内外研究现状 非织造材料厚度均匀性的测定目前尚无国家标准。在很多生产非织造材料的公司中，对非织造材料的厚薄均匀性也有一定的研究。如德国的 司和意大利的司提到可以单独调整摆丝辊(喷嘴)角度，使纤维保持均匀。德国的重)9；意大利的我国现有35条纺粘法非织造材料生产线，绝大多数是由国外公司引进的，也采用了和他们相同的纤网检测技术10。 但是，这些公司所做的研究和检测都只着眼于铺网过程中的纤维不匀，采用了调整摆丝辊、描仪、取样称重法、厚度测定法以及放射性同位素测试法等方法来测试纤网的均匀度。但是，在非织造材料生产工艺中，完成铺网之后，还要进行纤网加固、后整理等过程才能形成完整的产品，在此期间，所做的任何一小步处理都有可能影响最终产品的厚薄均匀性。因此，将最终的非织造成品材料作为被测对象会具有更深层的检测意义。 1 绪论 6 长期以来，非织造材料不匀性一直是国内外学者共同关注和热心研究的重要课题之一，并且得到许多国家官方机构的资助，但大多数只是对硬性材料的研究，如对玻璃11、岩石12等的非均匀性表征。而对宏观角度进行的非织造成品的厚度均匀性测试，国内外涉及的方法较少，甚至处于空白状态。因此，能在这方面研究出一种可行的测试方法显得十分重要。 究目标及方案 究目标 本课题从实际出发，参考国内外均匀性测试方法，将非织造材料作为研究对象，利用光电技术和计算机技术设计一个可以用于检测非织造材料产品厚度均匀性的测试系统。要求该系统能够方便、准确、快速地检测非织造材料的的厚度均匀性。 究方案 在纺织品生产过程中, 质量控制与检测的关键点是能够准确地提取织物中缺陷的相关特征参数。参照纱线的细度不匀的检测方法，通常是采用手感目测法、称重法和图像处理法等10，相应地，在对非织造材料的不匀性测试中，亦可采用类似的方法。 手感目测法就是通过人的视觉和触觉来感受非织造材料的厚薄不匀。在自然光下，可以从材料表面明显的看出不匀，或者在光下观测该材料的透光性能来判断其厚薄不匀。但是，在最好的情况下，人的肉眼只能检测到60%的缺陷，并且织物的宽度不能超过2 m，织物移动的速度不能超过30 m/s。称重法是取一定面积的织物，分别称得各自的重量，然后按规定计算其平均值，并与标准值进行比较，求得标准值与平均值之间的误差，并以此误差来描述织物的厚度不匀。但是这两种方法在人工操作过程中比较容易形成较大的误差，效率低下，难以得到准确的检测结果，最为困难的就是很难精确的找到缺陷的位置和确定它们的类型13。 因此，就想到了利用光电技术和计算机技术来设计一个机器视觉检测系统。在设计过程中，利用了光的透射原理，借助于高清晰度摄像头或者字照相机采集图像,通过自行开发的图像处理软件,由该软件对所得到的图像进行处理,自动给出检测结果，得到非织造材料的厚度不匀的表征效果。 该测试系统引入计算机数据采集及自动处理系统，实现了检测过程的自动化，利用软件进行复杂运算并得出结果，提高了测试精度，减少了测试劳动强度，并具有良好的人机对话界面，能方便、准确、快速地检测非织造产品的的厚度均匀性。如若有相应的实验条件和生产环境，该系统加以改造，还可以应用于非织造材料生产的在线检测系统，能及时检测出产品的不匀，从而及时调整生产方案，尽可能快的降低生产成本，保证产1 绪论 7 品的质量和工业的生产效率。详细设计方案请参照第3章。 题研究的创新点 由于非织造产业是 21 世纪一个新型的发展，所以其各方面的研究和技术都没有达到成熟的阶段，尤其是对非织造产品的检验和检测，是目前一大空缺。通过各方面的了解和分析，提出了对非织造材料的厚度均匀性进行检测，这本身就是一大创新之处。 虽然本课题也采用常见的技术来解决问题，但是在原有技术的基础上有所改进，有所创新。在系统开发设计中，硬件方面采用 晶屏作为光源系统，很好的解决了光照不均匀所带来的的源图像质量问题。在软件设计方面，也采用了很多独特的技术，如空洞处理、动态标记等。 在检测系统的功能方面，也有很多新的想法，可以让操作者更方便、更快捷。例如，系统还可以将处理结果存储在数据库中，随时取阅，同时还可以生成各种形式的报表，为系统的改进和提升提供了有力的数据支持。系统在初始化检测时，可以通过详细的参数设定，根据不同特性的材料的检测要求采用与之相对应的检测参数，使得系统的灵活性大大的增强。 本课题的研究内容与研究成果与目前其他检测技术相比，拥有更多优势和创新。它具有很高的灵活度和可操作性，而且可以用最简便的方法得到直观的检测结果。如果将其加以改造扩展，还可以设计成在线检测系统应用到工业生产中。 章小结 本章内容主要是介绍非织造材料的定义、加工方法、生产过程以及它的用途和发展趋势，从而引导出非织造材料的均匀性问题，文中从各个方面阐述了非织造材料均匀性检测研究的重要性和必要性，同时也介绍了非织造材料均匀性近年来在国内外的相关研究和发展。 由于国内外在此方面的研究比较缺乏，所以才有了本课题的产生，本文主要介绍了课题的研究目标和研究方案，即利用光电技术和计算机软件开发技术来设计一款机器视觉系统，使其能够快速、准确的检测出非织造材料的厚度均匀性，并阐述了研究该课题的创新之处。2 机器视觉测试系统 8 2 机器视觉测试系统 器视觉系统概况 器视觉系统介绍 机器视觉(统，是指用摄像机和计算机代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等，它利用视觉传感器来采集目标图像，再通过对图像的各种特征量进行分析处理，获取信息。通俗地讲，为了提高机器的自动化和智能化程度，就给机器加装上视觉装置，使其具有类似于人类的视觉功能，但是能比人类更快速、更准确地完成诸如部件检测和检查的工作，而且还能自动可重复的操作，这样，就帮助生产商大大的提高了产品质量，也提高了生产效率。同时，在制造过程中的每一步，视觉系统都可以生成有价值的监测数据，这些数据可以有效的帮助操作控制者对生产过程中的不足之处进行诊断14。机器视觉系统示意图 he of 器视觉系统关键技术 一个好的能满足工业生产和现实需要的机器视觉系统集成时，关键技术主要包括光源照明、光学镜头、摄像机、图像中目标物体的识别与处理和快速准确的后续执行机构等方面15 首先，照明光源的选取是图像视觉系统成功的第一步。一个良好的照明光源应当具有以下特征：一是尽可能突出目标的特征，在物体需要检测的部分与非检测部分之间尽可能产生明显的区别，增加对比度，同时，它也能克服现场经常出现的各种不定因素，提供高质量、高解析度的图像，从而使检测变得简单；二是保证足够的亮度和稳定性；2 机器视觉测试系统 9 三是物体位置的变化不应影响成像的质量17由于被测对象、环境和检测方千差万别，因而需要针对每个具体的案例来设计合适的照明技术，同时必须考虑物体的特征及光学特性、距离、背景等因素，根据检测要求来具体选择光的强度、颜色和光谱组成、光源的形状、照射方式、均匀性等。 其次，选择合适的摄像设备也是机器视觉系统设计中的重要环节。其中镜头是摄像设备的重要组件，因为镜头成像或多或少会存在畸变，在成像设计时应根据实际需要选择合适口径和焦距的镜头。镜头镀膜的干涉特性和材料的吸收特性在很大程度影响了镜头的光谱特性19。要求尽量做到镜头最高分辨率的光线应与照明波长、件接受波长相匹配，并使光学镜头对该波长的光线透过率尽可能提高。在成像系统中可以选用适当的滤光片以求达到一些特殊的效果20。感光器的选择则应该考虑几个方面的因素，如高集成度、低功耗、编程方便、价格便宜、易于控制及高捕捉速度等。 另外，成像光路的设计还要考虑到各种杂散光的影响。除了关注相机的感光介质外，还应综合系统速度、检测的视野范围及系统所要达到的精度等因素合理的挑选相机的外围电路21。 其他辅助设备的设计则要根据照明光的情况和摄像设备的架设需要来进行配置。照明光源、摄像设备及其他辅助设备这三者是相辅相成的，应该统筹考虑，不能使系统出现“短板”。 第三，目标物体识别是图像处理与分析的首要任务。要想从图像中识别出目标物体，就需要对图像进行噪声滤除、图像锐化、对比度增强和边缘检测等的处理，由此得到所需要的目标物体轮廓的坐标集，并以此坐标集为基础，对目标物体的信息作进一步的分析和判断。随着计算机技术、微电子技术以及大规模集成电路的发展，借助一些常用的硬件设备可以完成部分的图像处理任务，如A/号处理采集卡等。但为了进一步改善图像的质量，在硬件和软件处理中通常会对其进行各种形式的处理，如数据重新编码、图像锐化处理、消除噪声干扰等，通过这些处理技术来达到图像增强的目的22 在图像噪声处理当中，往往会针对各种噪声类型设计对应的滤波器，有效的去除噪声对图像的干扰。但在噪声处理当中边缘轮廓相似的特征点会使得图像当中出现边缘模糊的情况，影响被测目标与背景的分离，所以对噪声的处理要合理而且适中25。图像处理当中可以使用频域滤波的方法进行锐化，将噪声处理当中模糊的边缘变得清晰。另外线性灰度变换和非线性灰度变换也是提高图像比对度常用的方法26 继续对锐化后的图像进行边缘提取操作，就要根据需要选择合适的算子。最常见的检测边缘的算子有些检测算子各有优缺点，如其阈值的确定过程却很复杂；子先对图像进行平滑处理，再进行差分运算，缓解了一般差分对噪声响应很敏2 机器视觉测试系统 10 感的问题28。在实际应用当中要根据不同检测算子的特点，合理的运用在图像处理当中，将会得到较好的边缘检测效果。 对于一个系统而言，系统功能的实现最终还是要靠一个执行机构来完成29。对于不同的应用需求，设计出符合要求的功能，同时还要考虑系统使用的环境，如光照干扰、电磁干扰。以及系统在实际环境中是否表现出高的稳定性和易于维护性。通常情况下，如果生产量没有足够的大，使用半自动系统就能够满足生产的需要，只有特定的产品生产工作才需要复杂的全自动机械系统。 器视觉系统国内外研究现状 作为一门新兴的学科，自20世纪9 0年代中期以来，机器视觉已经不再是最初的实验室研究阶段，而是走向了生产，走向了实际应用的发展阶段，其发展速度相当迅猛。特别是在 21 世纪，机器视觉技术在航海航天技术、工业工程、生物医学、军事公安等领域，在国外各国得到了广泛的普及和应用30。 而在中国，以上行业本身就属于新兴研究领域，再加之机器视觉产品技术的普及不够，导致其在以上各行业的应用很少，几乎处于空白状态，即使有部分应用，也只存在于低端方面的领域31。 在现阶段，我国的配套基础建设越来越完善，技术和资金力量也越来越雄厚，就会有越来越多的企业和生产厂家采用机器视觉技术来实现工业生产的自动化和智能化。因此，国内许多专家和研究单位甚至是企业本身都在机器视觉领域投入了大量的时间和精力，进行积极研究和大胆尝试，希望能将该技术在工业现场的实际应用中发挥其巨大的作用。 目前，机器视觉系统广泛应用于很多领域，如制药、印刷、矿泉水瓶盖检测、铁路接触网检测、烟条外包装检测、纺织品疵点检测、圆网印花检测、薄膜孔洞检测、织物色差检测、纱线分析、岩石非均匀性检测、玻璃质量检测、异形瓶装溶液内杂质检测、非织造材料面密度均匀度在线控制、五金件检测、手机面板表面质量检测等32 但是，这些应用大多集中在检测分装、色彩检测等方面，真正高科技领域的应用还很少，因此，各种相关大行业的应用空间还比较大。当然，其他领域如指纹检测、人脸识别等也有着很好的发展空间36。 需求决定产品，只有满足需求的产品才有生存的空间，这是不变的规律。机器视觉也是如此。与人工视觉相比较，机器视觉的最大优点是灵活、高效、高速、可靠、抗干扰。各种实际生产应用表明，机器视觉历经多年的发展，已经形成了特定的行业，技术水平已经非常成熟，而工业生产中的缺陷检测是其应用领域之一37因此，本课题也采用机器视觉系统来对非织造材料的厚度均匀性检测进行研究。 2 机器视觉测试系统 11 章小结 本章主要介绍了机器视觉检测系统的应用和发展，近年来，机器视觉广泛应用于各个工业生产领域，尤其在缺陷检测中发挥着举足轻重的作用。因其多方面的应用实例和高水平的技术研究，本课题也理所当然的采用了机器视觉系统来解决问题。 一个良好的视觉系统集成时，所需要的关键技术对其非常重要，如光源照明、光学镜头、摄像机、图像中目标物体的识别与处理和快速准确的后续执行机构等方面，只有在设计的过程中处理好了这些关键点，才能成为一个良好的机器视觉系统。 通过对以上知识的了解，在后续设计中，会尽量选取合适的照明光源和摄像设备，以减少外界因素对所获取的图像质量的影响；同时也尽可能的提高图像处理技术，完善检测执行机构的相关系统，以达到检测效果的准确性。 3 均匀性测试系统的设计 12 3 均匀性测试系统的设计 3. 1 整体设计 计原理 近年来，随着计算机技术的高速发展，数字图像处理技术已越来越多地被应用于纺织工业的各个领域。要组成一套完整的图像处理系统首先要从硬件上配备以下三部分：一是图像数字化设备扫描仪、数码相机、摄像机或图像采集卡等；二是图像处理计算机：如作站等；三是图像输出设备打印机等39。 东华大学孟震的基于自动控制技术的环吹非织造材料均匀性测试系统的研究一文中，将非织造材料滤料作为一个局部阻力考虑，将非织造材料滤料划分网格，测试其各部分阻尼，根据测量所得数据计算出均匀系数，用来衡量无纺布是否可以应用于生产40测试系统引入计算机数据采集及自动控制系统，实现了检测过程的自动化，利用软件进行复杂运算并得出结果，提高了测试精度，减少了测试劳动强度。 东华大学陈霞的基于切面投影图像的织物起球等级的计算机视觉评定的一文中，采用机器视觉技术提取了织物起球表面经过光照之后留下的切面投影轮廓线，并提取了由拼接序列切面投影轮廓线，从而获取了织物三维起球的图像，经过对所获得图像的预处理之后，对其使用毛球分割算法，并提取织物起球的特征量，最后运用神经网络等技术达到对织物起球等级的评定，并给出了相应的评定方案42。 通过以上各种方法的启示，借鉴其试验思路和技术，因此本课题决定利用光的透射原理，通过检测非织造材料的透光率来表征其厚度均匀性。 透光率是指透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率43。简单地定义为：T/中为经过试样的透射光通量，只要测出到试样上的平行光由一只平行光管发出，要定量的指示出光通量的大小就必须用光电池和检流计44，电法原理示意图 he of 均匀性测试系统的设计 13 考虑到样品的散射，测定时，样品应尽量靠近硅光电池，这种方法取名为光电法。另一种方法是用72接利用单色光通过样品，测量出入射光强度和透射光强度，再算出透光率45。 现在市场上有很多已经初具规模的透光率测试仪在投入到生产应用中，它适用于一切透明、半透明平行平面样品（塑料板材、片材等）透光率、雾度的测试、液体样品（水、饮料等）的浊度或澄明度测定。技术设计符合4101033IS 脑自动操作，使用方便，可以同时显示透光率、雾度值，具有标准打印接口。如自动）透光率雾度测定仪、光仪等。自动）透光率雾度测定仪 外，中国标准出版社2008年出版发行了 01009织品 织物透光性的测定标准本，其规定了采用可见分光光度仪来测定织物可见光（380射率总量的方法。 该方法的工作原理是：将可见光从被测试样的一面进行照射，在试样的另一面测定波长在一定范围的单色光谱，同时计算出通光量的透射比。此仪器采用平行光光束对检测试样进行照射，然后用积分球收集所有透射光线。以某一波段范围内的光谱能量乘以该波段光谱光视效率 ，从而得到光通量45。 光通量可以按照式（3计算每个试样对于以百分率表示。计算5个试样的平均值，保留以为小数。 =DD= )()()()( 式（3 均匀性测试系统的设计 14 其中，在式(： 试样的总光通量透射比，%； )(试样在波长为； )()(光谱光视效率，等于( 波长间隔，单位为纳米（ 前面提到了光的透射，也提到了织物的透光率测试方法，可是本课题没有采用透光率的大小来表征非织造材料的厚度均匀性，而是采用图像处理技术，其原因如下：首先，在测量织物的透光率的时候，对检测仪器的精度要求比较高，而且操作起来也比较复杂；其次，即使可以通过测量得到透光率的数据，却无法直观的在被测材料中显现出来其不匀性分布情况；最后，随着图像处理技术的日趋成熟，现有的技术可以有效解决当前系统所面临的问题，得到比较理想的检测结果46。 计思路 由于当前对非织造材料厚度不匀性的检测技术并未有很成熟的研究基础，所以也不存在现成的仪器设备，本课题中所使用的装备多半是通过手动制作的。 实验内容分为两大部分，第一部分是利用光电装置来获取图像。如果非织造材料存在一定的厚薄不均，就必定导致其透光效果不一样；第二部分就是对所获取的图像进行处理，得到非织造材料的厚度不匀的表征效果。织造材料厚度均匀性检测系统结构图 he of 3 均匀性测试系统的设计 15 3. 2 硬件设计 源设计 光源是指宇宙间自身能够发光的物体，如太阳、电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。物理学上是指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线、物体。通常我们所谓的光源是指能发出可见光的发光体。在日常生活中离不开可见光的光源，可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业，医学和国防现代化等方面47。 不同类型的光源有不同的结构，但一般都具有以下几部分的零部件：作为发光体的灯丝、电极、荧光粉；作为发光体外壳的玻璃、半透明陶瓷管、石英管；作为引线的导丝、芯柱、灯头；作为充填物的各类气体、汞、金属及其卤化物；消气剂、各类涂层、绝缘件及粘结剂等。 比较常见的光源有：白炽灯、荧光物质、高压和超高压氙灯、激光器、发光二极管(。它们都有各自的发光特点和不同的用途。就发光效率而言，白织灯中可见辐射只占全部辐射中的6成到8成左右，属于低效率器件。高压氙灯的发光光谱与日光光谱很接近，而且光效率要高很多。激光器产生的光线具有高度集中性，容易聚焦和偏转，方向性很好，不容易产生偏差，所以激光光束在钻探方面用的比较广泛，同时激光光束的亮度极强48。发光二极管(可以从较小的空间中发出强度可控的光。源的参数及其属性 数 理论极限/属性 测量速度 光、电子的速度 精度 波长的数量级 试样受力 无（非接触） 适用对象 用光纤几乎无限制 对试样的负效应（如热） 试样保持完整，不受影响 测量仪器的寿命 硬件极少损坏 测量间隔 高频、超短脉冲模式（能量通量 脉冲时极大 发光强度简称光强，在光度学领域，它是最重要的参数，也是物理学中七个基本单位之一49。国际单位是德拉）简写指单色光源（频率 540光，在给定方向上（该方向上的辐射强度为（1/683）3 均匀性测试系统的设计 16 瓦特/球面度）的单位立体角表达式为： W= 式（对于各向同性的光源（如传统光源），某一点的照度值 E 与光源的尺寸、测量距离之间存在如下关系： += 22 2 式（式（ L 是光源的亮度，r 是光源半径，d 是光源与测量点之间的距离。可见，当测量距离远大于光源尺寸，即 d10r 时，计算的近似误差小于1%，此时光源可视为点光源，式（改写为光强I 与距离(d)平方的比值： 222= 式（这就是所谓的距离平方反比定律，式（广泛用来测量光源的发光强度50 本课题中的光源主要是为视觉传感器提供光路支持，它将光线照射到视觉对象上，然后视觉对象就会因为光的照射而呈现出不同的图像，此时，利用通过数字图像技术对图像进行处理，得到想要的表征结果。因此，好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键，因为它直接影响了机器视觉系统的输入数据的质量和应用效果，也就直接影响了最终的表征效果。 通过对光源的基本了解之后，实验中刚开始所采用的光源外壳是亚克力材料，这种材料透光极佳、光线柔和，而且光线比较均匀，能起到使光源散射的效果。 但在实际情况中，这种光源并不能完全满足设计的需要，在一定程度上，他们的光线并不均匀，会严重影响所获取图像的真实效果，从而导致整个检测效果的失真。为了避免这种情况，在实验中，尝试采用 晶显示屏来作为光源体。它发出的光比较均匀，而且其光强是可控的。 像素的数码相机所获取的非织造材料的透光后图像，图3.4（a）是在普通的亚克力光源照射下采取的图像，光线偏亮，而且明显有