应用MATLAB纤维截面结构参数的提取与分析

应用MATLAB纤维截面结构参数的提取与分析04 机织 A04110221 潘赣辉摘要：利用MATLAB软件的图像处理、数据处理等功能对纤维截面的切片图像进行采样、预处理以及截面结构参数提取等一系列操作，在定量获得纱线截面上纤维的大小、数量、分布以及孔隙率等多种结构参数的同时，计算了其它与纱线性质相关的重要参数，如纤维的圆度和变形度等，分析了这些参数与纤维性质的关系，为研究纤维的物理性质以及纤维的生产、应用提供了一定的理论依据。关键词：MATLAB；图像处理；结构参数；纤维截面随着对纤维研究的进一步深入以及对纺织制品要求的提高，人们发现纺织制品的物理性质不仅与纤维的品质有关，而且与纤维的截面结构参数有密切联系。因此若能找到可直观、方便、准确描述毛纱截面结构的参数，进而找出这些参数与制造方法、产品性能之间的有机联系，对其生产和应用具有十分重要的理论指导意义。但由于纱线结构的复杂性和随机性，长期以来，运用传统方法 难以直观有效地表征其结构特征，尤其是截面结构隋况，更难以用一个简单有效的参数来进行表征。随着科学技术的不断进步，仪器构造、测试程序以及计算方法不断改进，大量的数字图像处理技术已被用来研究和表征纱线结构参数问题 。本文利用MATLAB 软件的图像处理技术测出了纤维横截面上的一系列结构参数，并分析了这些参数对纤维物理性质的影响，为探索沙线性质提供了一定的现实依据。1 实验1.1 实验原料本实验选用的试样为2种156dtex的涤纶长丝，由Y172型哈氏切片器制作，并由Union公司的DZ3型频纤维镜采样集得到的。为了减小试样的填充纤维的挤压变形，在试样放入切片器前对其进行预处理。1.2 实验步骤实验的程序如图1.1电镜拍摄图片切片处理 Matlab 处理图片结构参数的提取实验参数分析结论图 1.1 实验流程图2 图象处理图像处理过程是在不改变原图像基本特征的情况下把原图像处理成实验所需的二值图像，原图如图2.1所示。在利用MATLAB 进行图像处理之前，首先对图像进行预处理，即用画图软件在不影响试样部分的外包纤维处进行亮点填充，因为在图像处理过程中，这些大的亮点会影响到全局阈值的选取。处理后的图象2.1图 2.1 预处理的图象2.1 图像转换和滤波处理所采集的原始试样图片为真彩图，首先应将其转化为双精度灰度图，其后进行滤波去噪处理，这里采用中值滤波(medfilt2l4 ) ，中值滤波的最大的优点是在过滤噪声的同时，还能很好的保护边缘轮廓信息，就大多数情况而言，滤波对图像的影响不大。实验中采用3 X 3像素的模板对图象进行 3次中值滤波处理。因为进行1次中值滤波，还有很多的杂音，所以进行3次中值滤波，更好的去杂质。如图2.2和图2.3图 2.2 一次次中值滤波后的图象 图 2.3 三次中值滤波后的图象2.2 直方图均值化直方图均值化就是把一个已知灰度概率分布的图象，经过一种变换，使之演变成一幅具有均匀灰度概率分布的新图象。这样就增加了相素灰度值的动态范围，从而达到增强整体对比度的效果。如图2.4是预处理图象的直方图，图2.5是经过直方图均值化后的图象直方图。图 2.4 预处理图像的直方图 图 2.5是经过直方图均值化后的图像直方图2.3 图像分割图像分割是把图像分割成若干个特定的、具有独特性质的区域并提取出感兴趣的目标和技术的过程。首先要将双精度阶灰度图转变为仅有黑（灰度值为0）和白（灰度值为1）2种颜色构成的二值图象，方便数据的提取和计算。图分割的阈值的不同会得到不同的二值图象，阀值过小会产生噪声，过大会降低分辨率，如图2.6，阈值为0.5的二值图象。图 2.6 二值图象再经过一次以模板为 55 的腐蚀处理得到图 2.7，接着灾以模板为 55 的膨胀处理，分别和图 2.8。目的在于试纤维和背景更好的分离。图 2.7 以模板为 55 的腐蚀处理 图 2.8 以模板为 55 的膨胀处理2.4 图象边缘提取提取图象的边缘可以看到纤维的轮廓状况，了解纤维的形态结构。如图 2.9 图 2.10 图 2.11 图 2.12 是用不同的方法提取的边界图，用原图象减去腐蚀图象的方法效果较好。图 2.9 用原图象减去腐蚀图象的方法 图 2.10 用 sobel 算子提取边缘图 2.11 用 roberts 算子提取边缘 图 2.12 用 canny 算子提取边缘3 参数的提取3.1 纤维截面的面积涤纶纤维的截面是面积大小是相等的，所以只要求出纤维截面的总面积就可以求出各纤维的截面积。而如图 2.7 所式，纤维截面的总面积是白色区域的面积。用 Matlab 可以求出白区的总相素 ，而图片的总相1s素 ，图片总面积 A 所以纤维面积 S 就是2s A213.2 孔隙率孔隙率是表征纱线截面积结构的重要参数.统计整个图象中所有纤维的面积,纱线截面积面积减去纤维面积为孔隙总面积,孔隙,总面积于纱线截面面积之比为孔隙率,即:10(%)ASk其中 A 为纱线总面积,S 为纤维总面积.，k 为孔隙率。3.3 纤维形状参数为了表征纤维截面形态特征，引用以下 2 个形态参数：圆整度： 24PAC变形度： minaxDF式中，D max 为纤维截面的最大直径，D min 为纤维截面的最小直径.圆整度是表征图形接近圆的程度，变形度表征纤维截面在径向上对等效圆的相对变化量度。4 结论通过对纤维截面结构参数的提取和分析，可以预测纤维的物理机械性能，为纤维的性能研究、生产和应用提供了翔实的数据基础和有力的理论支持。纤维的结构是错综复杂的，而且具有一定的随机性，因此对于纤维结构的研究需要借助计算机图像处理等先进的研究方法。随着计算机图像采集和处理技术的不断发展，人们对纤维的结构将会有越来越清晰的理解和认识，从而进一步改善纤维结构、提高纤维性能。参考文献：1 李鸿顺，钱坤，曹海建 毛纱截面结构参数的提取与分析江南大学纺织服装学院，江苏无锡 2141222 于伟东，储才元纺织物理M上海：东华大学出版社，20023 和红莉纱线结构研究探讨J陕西纺织，2005，(1)：12134 Chiu ShihHsuan， Chen JyhYeow， Lee JunHuei Fiberrecognition analysis of rayon composite yarn cross section usingimage processing techniquesJTextile ReJ，1999，(6)：4174225 查正红，于修业喷气纱径向结构研究J中国纺织大学学报，1998，24：8285附录：程序源代码：clear; close all;I=imread(haidao.JPG);%读取图象imshow(I);imwrite(I,I.jpg);%保存图象I=rgb2gray(I);%把真彩图象转化为灰度图象I=im2double(I);%把图象变为双精度图象B=medfilt2(I); %进行3*3摸板的中值滤波figure;imshow(B)imwrite(B,B.jpg);c=medfilt2(B); %进行3*3摸板的中值滤波figure;imshow(c)imwrite(c,c.jpg);d=medfilt2(c);figure;imshow(d);%进行3*3摸板的中值滤波imwrite(d,d.jpg);imhist(d);%显示图象直方图d1=histeq(d);%图象直方图均值化处理figure;imhist(d1);%显示图象直方图figure;imshow(d1);%显示图象imwrite(d1,d1.jpg);bw=im2bw(d1,0.53);%把图象二值化figure;imshow(bw);%显示二值图象imwrite(bw,bw.jpg);%保存二值图象se=ones(5,5);%腐蚀的模板y1=dilate(bw,se);%对图象进行以55 为模板的腐蚀figure;imshow(y1);%显示图象imwrite(y1,y1.jpg);%保存图象y2=erode(y1,se);%对图象进行以 55为模板的膨胀figure;imshow(y2);%显示图象imwrite(y2,y2.jpg);%保存图象m,n=size(y2);%算面积connt=0for i=1:mfor j=1:nif y2(i,j)=1connt=connt+1endendend% connt =12514w=bwperim(y2,4);%用原图象减去腐蚀图象的方法 figure;imshow(w);imwrite(w,w.jpg);w1=edge(y2,sobel);%用sob