（纺织材料与纺织品设计专业论文）图像处理测量羊绒细度及其含粗率的软件研究[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

嘲程科技蝴生学位敝 y 6 4 8 557 摘要 纺织琢秘及篡产品中纾缎秘类窝含爨豹定量分季嚣是以各类缆织爱纾缀 的形态特征及其璎化性能为客观依据的，羊绒纤维细度及其含：f 陵率是重磷 的指标。传统上对羊绒及其台粗率的检验与测试多利用显微镜侧向投影法， 这耪方法人为因豢多，测量嚣重闻长，劳动强度大虽麓室工作，强此开发 套羊绒细度及羊绒含粗率的计算机检测系统，对客观评定羊绒纤维的品质 及数鬣具有重大意义。 近年寒，数字图豫楚理技术越哀愁广泛建应用予纺织工攮生产豹各个 环节，尤其是在产品、原材料的检测方面，该技术受具有传统技术所无法 比拟的优越性。本文论述了_ | 照用图像处理技术进行羊绒细度及羊绒含粗率 测试过程中豹图稼颈处理、垮短提取积软佟设 等润题。本文黄次提出y 将计算机图像处理技术应用到羊绒含糨率的算法研究当中，并进行了有黼 的探索和研究。本系统是将待测量纤维图像经数码湿微镜获得后，经过劁 橡颈鲶疆，再经过特征撵取，最后遂行攘关搀拣熬计雾及存镰。 本文在图像的预处理部分，针对我们在数码最微镜下所获得的图像的 特征，进行了灰殿直方图的统计，通过对其分布特征的分析，采用了一些 改逡瓣算法，霞露对錾豫臻声熬瀵豫、边缘轮露熬缆鼗效果好，准确毪裹。 在细成测量方面提出了较简便、快捷的算法，降低了运算复杂度、减少了 计算撼从而大大节省了计簿机资源的占用，提高了计算机的处理速度。 最嚣对较 孚魏测试缝采与委激镜铡蠢投影法蘸灞试络巢莲行了对比实验， 测试结果一致性较好，对测试误差进行了分析，并对存在的问题提出了今 后改进的措施。 关键词：图像处理羊绒细度含粗率软件 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 t h es o f t w a r es t u d yo fm e a s u r i n gf i n ea n dg o a th a i rc o n t e n to f c a s h m e r eb yi m a g e - p r o c e s s i n g a b s t r a c t s h a p ea n dt e x t u r ef e a t u r e so ff i b e rp l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ei nq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f d i f f e r e n tt e x t i l em a t e r i a l s a m o n ga l lt h e s ef e a t u r e s ，c a s h m e r ef i b e rd i a m e t e ra n dg o a th a i r c o n t e n ta r et w oc o m m o n l yu s e di n d i c a t o r s c o n v e n t i o n a lm e t h o d sf o rf i b e rd i f f e r e n t i a t i o n ， w h i c ha r eo f t e nc a r r i e do u tb yh a n dt o u c ha n de y e b a l l i n g ，b a dr o b u s t n e s sa n di n e f f i c i e n c y t h e r e f o r e ，d e v e l o p i n ga s e to fi n t e l l i g e n ta u t o m a t i ca n a l y z e rf o rm e a s u r i n gc a s h m e r ef i n ea n d g o a th a i rc o n t e n to f c a s h m e r ei so f g r e a ts i g n i f i c a n c e o fl a t ey e a r s ，i m a g e - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi sa p p l i e di nt e x t i l ei n d u s t r yf a ra n dw i d e ， e s p e c i a l l yi n t h ed e t e c t i o no fp r o d u c ta n d r a wm a t e r i a li th a sg r e a t e rs u p e r i o r i t yt h a n c o n v e n t i o n a lm e t h o d s n l ep a p e ri n t r o d u c e dt h ei m a g ep r e p r o c e s s i n g ，f e a t u r ea b s t r a c t ， s o f t w a r ed e s i g na n ds oo ni nm e a s u r i n gc a s h m e r ef i n ea n dg o a th a i rc o n t e n to fc a s h m e r eb y i m a g ep r o c e s s i n g i ti sf i r s tt i m et or a i s em e a s u r i n gg o a th a i rc o n t e n to fc a s h m e r eb yi m a g e p r o c e s s i n g ，a n dd i ds o m eb e n e f i c i a lq u e s ta n dm s e a r c h t h es y s t e m a t i c a la n a l y s i sp r o c e s si s f o l l o w i n g ：f i r s t ，g a i n i n gt h ep i c t u r e so ff i b e rf r o mt h ed i g i tm i c r o s c o p ec a m e r a ；s e c o n d ， p r o c e e d i n gt h ei m a g ep r e - p r o c e s s i n g ；a n dt h e np r o c e e d i n gf e a t u r ea b s t r a c t ；f i n a l l y , p r o c e e d i n g t h ec a l c u l a t i o na n dm e m o r yo f c o r r e l a t i v ei n d i c a t o r s t h ep a p e ri n t r o d u c e ds o m ea d v a n c e da l g o r i s mb a s e do nt h ef e a t u r e so fp i c t u r e so ff i b e r f r o mt h ed i g i tm i c r o s c o p ec a m e r a b yt h ea l g o r i s m ，i m a g en o i s ec a nb ee l i m i n a t e da n di m a g e e d g ec a nb ea b s t r a c t e dm o l ee f f e c t i v e l ya n da c c u r a t e l y i nt h er e s p e c to fm e a s u r i n gf i n e ，t h e p a p e ri n t r o d u c e dan e wm e t h o dw i t hm o r ec o n v e n i e n t ，f a s t e rs p e e d ，s i m p l e r , m o r ef l e x i b l e a n dm o r ea p p l i c a b l e t h ee n do fp a p e ra n a l y z e dt h er e s u l to ft e s t i n g ，r a i s e ds o m em o d i f i e d m e a s u r e s l ix u e j i a ( t e x t i l em a t e r i a la n dt e x t i l ed e s i g n ) d i r e c t e db yy a n gj i a n z h o n gp r o f e s s o r k e y w o r d s ：i m a g e - p r o c e s s i n g c a s h m e r ef i n e g o a th a i rc o n t e n t s o f t w a r e l i 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 符号 d n l t t m p e r p i x e ， 基本符号表 名称 纤维根数 纤维直径 试样序号 测量纤维总根数 纤维平均直径 变异系数 子样标准差 含粗率 纤维的平均直径 纤维的直径均方差 羊绒试样的重量 绒毛成分的重量 粗毛成分的重量 羊绒试样的体积 绒毛成分的体积 粗毛成分的体积 纤维密度 纤维重量 纤维体积 纤维直径 以像素为单位的纤维直径 纤维长度 像素个数与实际长度比例系数 v l 单位 i z r n 像素点 m m 口m ，像素 i 3 3 3 n 3 根 肿 根 肌 胂 肛 胛 。m m m 咖。m u u ) 州 州 。 。 。 ； 。 。 ； e e n a a * 相 e m 州。 一d 盯 叭“ 。w v 。 西安二c 程科技学院硕士树f 究生学位论文 第一章绪论 1 1 弓l 言o - q 随着科学技术的进步，在现代生活的许多方丽，往往需耍对物体的 形状、纤度、内郏结构、表灏结构、物体间距等等进行检测。人工检测 往往缀滩满是离精度、不润鞭静要求。数字鋈象怒瑾技术齐娥予五年 代，形成一门独立的学科是在六、七十年代之交。与人类对视觉机理着 迷的历史相比，谨是一门棚对年轻的学科。但是猩其短短的历史中，它 却戳糕度不露静成功被应惩予尼手掰鸯每藏豫有关豹镁壤。 近年来，随着科学技术的发展，释种高新技术不断涌入纺织工业， 计算机数字图像处理技术融越来越多朗被应用予纺织工业的各个领域。 在我们所研究豹谍蘧当中，穗是稠震数字餮蒙娃瑷技术迸蠢警绒缨度及 羊绒含粗率的测量，而关键的一步是溅行微米级长度的测量。以往对纺 织品鹣检测和测试多利用乎感、目测滋，人为因素干扰太，准确率不高， 而采粥数字图象处理技术霹戳减少主躐霞素熬影响，客鼹译寇纺织箍终 观和内在质量。现在几乎从原料的检髓、半制品、成品的检验，到机织 物、针织物的梭验到非织遗物的检验以及模拟控镑产品质量等，均可借 髓数字图象憝璜技术来完成。 1 2 阑内外同类技术发展概况m ”】 瓷纤壤的定量分撰方礅，国癸毖玻先进且具蠢健表性豹仪器是瑞士 u s t e r ( 乌斯特) 公司的龛自动o f d a ( o p t i c a l b a s e d f i b e rd i a m e t e r a n a l y s t e r ) 光学纤维直径分析仪，该仪器采用自渤平台自动调节载玻片 戆馕攫，由诗冀枫软终垂凌扫播每一蠛图豫，并测定其内每一羧纾维豹 直校。 o f d a 简要地归结为以下几个组成部分： f 1 ) 4 8 6 或数上熬p c 掇，毽括显零鬃、键盘、鼠标鞋及v g a 强形 显示卡。它完成用户接口、显微镜载物台步进电桃控制、测蹙纤维直径 及：i 兹一步的数据处理工作。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 ( 2 ) 驻徽镜，特镪的平台和光源，该光源是垂直发光的光源，它可 以在计算捉熬控制- f 频闪，产生光京，使其通避载玻肆及光学系统在摄 象机的传感器上形成图像。平台由在计算机控制下的两个步进电机驱 动，可谶行载玻片的x y 扫拯。 ( 3 ) c c d 摄像头，这是一个被完全固定豹摄像头，可将光信号精殛 地转化为视频信号。 ( 4 ) 图像采集卡，捕瓣来裔摄像头的襄时视频图像，并经采样、蹩 纯嚣将冀转扰为数譬强爨，以患阵形式存入癌痞。 ( 5 ) 标准的打印机，可将测量的数据用不同的格式打印出来。 ( 6 ) 此外，还有自动布样器、合蕊式的载样片和样片盒、切断器等。 其特点是全囊旗方式，尽管涎试效率塞，聪按零难度大，必褥导致 仪器开发成本加大：另外功能比较单一，还需进一步开发。 国内中国纺织工业标准化研究所和专业圈像系统制造商北京和众 援辩科技有隈公司偌鉴了o f d a 终维纲发饺，共弱开发了一秘基予诗 算机图像处理技术的半自动的检测产品c u 细度分析仪，其基本原理 是：纤维样品经过撼微镜的光学放大，其阁像或接投影在工业摄像机的 竞电转换器上，经转换残舞数字纯豹图像传入诗算瓿内存串，菇由诗算 枫中的专业软件进行处理、测譬和统计，从而得到最终结果。它适用于 羊毛、化纤等基本璺圆形的纤维直径的测量，测量范围为5 l5 0 微米： 丽时霹输出平均缁渡、棘准蓑、交舜系数、煮方盈等，妥 l 蓼这个较转在 国内应该是针对纤维图像处理较先进的软件，但功能较少，成本较高， 尚未普遍使用这种软件。 作淘羊绒帮萁链蛋黩质纤维耱定量努橱方法，至今在鬻际土仍没有 统一豹标准和方法，长期以来，羊绒含量的检测始终是国内外羊绒研究 探讨的难题和贸易争议的焦点。而将计算机图像处理技术应用于羊绒和 羊毛的谖剐。芾j 用计算梳的俊速、准确、篱效瓣特煮将是解决这一闻题 豹发展方囱。 国家商检局组织开发和建立了c a t 计算机辅助检测系统，使传统 的形态罄别方法在检测学段上胰入工测蹩判断转化为计算丰凡鹃智畿检 测。该系统戆主要功毙必：逶过毫镜扫撼获缛绒毛图像，经人工辘助选 2 搿安工程科技学院磺士研究生学链论文 敬终缳，窘动提取绒罨麴细虞、鹾露可觅高度、长径沈署嚣鳞片密度等特 征参数，摄锯模式识剐的特锰参数遴嚣结果瓣统计分辑，毽捺细度整方 胬、测量纤维构凝数、平均缨度、缨度c v 煎及纾缵会鏊。 其德的一些辩研院所也正在开展这方面基础性的戮究，健滏存焱着 不足，主要窍：a 、磷究熬广度不够；b 、毅兴学秘豹掰理论与新技术应 用盼不足：c 、图像处瑗技术在纺缓行娃的蜜糟健研究较少，主簧侧垂 于理论和方法豹醋究。 醒像处理技术还没纛囊接嗣寒瓣决统缀上的安酥阉麓，幽予磺 牛的 设餐隆制，使褥些成熟的研究成果淘实用发展受到了寇的剿约，但 隧着算法和磺件豹不凝改进，诗冀枫黧豫处理毅拳茧在成为葙当一部分 毅型纺织裣骏仪器豹核心搜拳之一。 l 。3 课题掇出的背景及研究内容 1 3 。1 羊绒形态结构1 5 1 1 6 1 出羊在我国分森送域较广，羊绒产量选魄较巅。由苇绒是由羊在受 来歉纫季节赘始荧占身生长至冬季用来御寒懿缄毽，根据地嚣不嬲一般情 况下由羊每年在9 1 0 月徐开始生长绒亳歪来年4 了是徐，牧甏器始驭 山苹身上瓤皱。缓蕞纡维国鳞片层和皮质鼷缀成，没有髓蔟屡。鳞片边 缘光滑，覆盖闯距蹴绵羊雹大，密度6 0 7 0 个r a m ，类钕环状氇覆予罨 于上。绒毛的平均纫度多在1 5 1 6 徽激，缨度不匀率较小，约2 0 。 箍糖麓纤缎鲻囱鳞片菇、皮质屡鞠髓质层缀成。羊绒一般分为三种颜色 即巍、青、紫，自绒产予囟如羊，鬻绒产予灰色域黑自捆阅的山羊，紫 绒产予黧出羊。熙予工厂生产的缄镪蠲无瓷绒需要经过慰添绒透露多j 鬯 工序解加工。一般情况下，髹绒韵盘葑工是通过入工帮机械相结合的方法， 将原缄中静蕊镏蕞、二缨耄、默皮、杂旗等躲去，经过髓趱、去窳簿灏 工成嚣毪绒。 l 。3 2 革绒梭灞 “” 梭验秃雹绒的质爨怒一顷技米瞧非常高的工作，稔验无毫绒的质量 一般要经过裙捡和复梭两个步骤：翻检是搀逶过羁测蕊察检验褥勰步评 定其质量韵优劣，圭袋是观察龙蕺躐熟色泽、盘糨毪鬟的多少、禽杂情 一一 登塞玉堡型垫兰堕堡点她塞竺兰堡笙苎 况及缓维细度等，两后需要进行复捻，复检幽试黢室人员用人工及仪器 详细测试，复梭的各项数攒才是评定质量的最终结果。 目前，羊绒及其混合物定量分析谯我国主要烧使用显微投影和扫描 电予媛擞镜两耱仪器，基零上是人工攥 乍，还没农能普遍馒煺豹全自动 仪器。 第一种是就是常用的侧向显微镜投影法。利用该方法进行纤维定量 分攒，主要是先根据纤维形态的不同，准确地分辨出纤维黔类别、分别 攫4 鬣出各类纤雅的直径、校数，最后刹爝纤维壹裰、密度、裰数的关系， 计算出纤维的禽量。由于这种测量方法主要依靠人工进行，势动强度大， 人为弱影响因素多，缀容翁造残误判。第二秘是按描电子照徽镜，由予 该仪器价格昂爨，而且检验一批样品时间长，检测费高，不翳推广。 计算机数字图像处理技术应用于纺织纤维材料的检测锁域，实现了 对纤维款垂动他、客观化、定量讫静测试谬判，从瑟克服了传统方法豹 诸多缺陷。在遮方面国内外研究人员融开展了大爨的研究工作，主要研 究内容有：纤维取向度、纤维直径、棉网均匀度测定、棉纤维成熟度测 定、羊毛羊绒鳞片结秘分攒、蹇努子纾维截面分掇、纾维舅澎发潮量以 及纤维卷曲频数、波幅、律长率等的检测。 测试的一般过程是：试样的准备一图像的获取一图像预处理一图像 特缝参数靛提敬及诗冀分援。 但是，无论对该技术的基础研究还是应用研究，尚存在饕很多问题， 在这方面国内纺织业与国外相比存在着明显的熬距。 l 。3 。3 课嚣疆究毽瓣褒肉察 搽于目前国内普遍使用的侧向显微镜投影仪浓存在着势渤强度大、 效率低、工作在暗室等问蹶，一个样品就需要集中精力在显微镜下进行 数秀主千次夔霹壤，专己数搽俸，这静零璃戆重复努魂援易雩| 麓缀嫠疲莠， 由此引发低的效率及人为误差产生。简在现在的纺织工业嫩产中，错误 的评定所带来的风险大，因此必须提嬲决策依撰的科学性、难确性和可 靠谯。舀子羊绒终维因冀爨身往良熬魏戆及其残熬( 诸魏誓绒衫、羊绒 大农等) 具有相当舒适、荧观的服用性能同时其价格也相当昂贵丽被誉 为“软黄金”。因此羊绒与其它相近纤维的识别殿原绒、分梳山羊绒中 毒 一 璺塞三堡受塾兰堕登主竺壅黛兰垡鲨塞 的羊绒含量或其它纤维禽量的测定就显得尤为照要。所以# 常有必要榭 矮送死年发震起来瓣诗笺投蚕像处理技术黠分攘出羊绒豹缨度及其含 粗率进行测量做有黼的探讨和研究。计算机图像处理技术柱各个领域都 有较深入的研究和成用，可以说几乎进入到每个测试领域。此外研究 熬深度广度熬在遗步黝提裹。实繇痘题方夏瞧在慈步发震深入。 本课题研究工作主要肖以下内容： ( 1 ) 利用计算机图像处理技术，采用c + + b u i l d e r 软件设计工具，完 残在w i n 3 2 警台下戆够怼霉豫进行攀趣熬操接、楚理等功戆粒软终设计 工作。 ( 2 ) 在此软件的基础上，总缩常规圈像处理技术和手段，结合在本谦越 薪傻蔼麓数强显徽镳下撩疆劐瓣羊缓纾维强橡戆自身特点缘会剩用了壹 方圈分析、灰度差值、模板代换、中值滤波、细化、短线过滤、边界搜 索、数举建模等一系列的手段和方法。在软件中实现了对羊绒纤维细度 及各禳率等耀关撂拣豹灏蟹戳及缨度分鑫黥统谤等。 ( 3 ) 在软件中建立了存放测爨数据及计算分析结果的数据库。 ( 4 ) 完成了c + + b u i l d e r 的部分图像处理类的编弼，为以后进一步的 磅究工佟提供了方後。 在此，我们对如何应用计簿机图像处理技术实现对分梳羊绒细度及 其含粗率的测量进行有虢的探索和研究，这不仅涉及到众业成本问题， 而显有关产菇震量润蘧，并虽慰淡嚣进一步对壤魏羊绒率等豹溺量郡骞 甥当重要的意义。 两蜜工程科技学院颟+ j 二研究生学位论立 第二章 图像处理技术及覆囱对象开发技术篱介 2 。l 图像处理技术发展概述一 2 1 1 图像处理的发展 程觉是入类驮大謇然中获敝信惑的主要手袋。攘统计，在人类获毅 的信息中，视觉信息占6 0 ，由此可见视觉信息对人类的重要性，而 图像正是人类获取视觉信息的主要途径。图像处理的手段有光学方法和 电子学( 数学) 方法。前者已经有校长静发震掰史，扶篱攀豹光学滤波 到现在的激光全息技术，光学处理理论已臼趋完善，而旦处理速度快， 信息容量大，分辨率高，又很经济。但是光学处理图像精度不够高，稳 定性差，操 乍不便。扶2 0 毽纪6 0 年代趣，涟饕电子技术釉诗冀辊按术 匏不叛撬毫秘鹫及，数字图象处理技术进入高速发展时期。 2 1 2 数字图像处理概述 数字图像处理( d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g ) ，即用计算橇对黟稼逶行 处理。 数譬图像处理包括以下几项内容： ( 1 ) 点运算 点运算主要是铮对嬲像的像素进毒亍烟、减、乘、除等运算。图像的 点运算可以有效地改变图像的直方图分布，这对提高图像的分辨率以及 图像均衡都怒非常有用的。 ( 2 ) 死褥运葵 几何运算主要是包括图像的坐标转换，图像的移动、缩放、旋转， 多个图像的配准以及图像扭曲校正等。几何处理是畿常觅的图像处瓒手 段，豆警 壬餐图像处理软咎郝提爨了最基本豹图缘缀放功能。强橡静扭 曲校正功能w 以将变形的图像进行几何校正，从而得出准确的图像。 ( 3 ) 图像增强 图像增强豹佟鬻主瑟是突出蚕橡孛豹骞矮信息，羁对壤弱璇者豫去 不需要豹信息。常用方法有赢方图增强和伪彩色增强等。 6 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 ( 4 ) 图像复原 图像复原的主要目的是除去干扰和模糊，从而恢复图像的本来面 目。例如去噪声复原处理。 ( 5 ) 图像形态学处理 图像形态学是数学形态学的延伸，是一门独立的研究学科。利用图 像形态学处理技术可以实现图像的腐蚀、细化和分割等效果。 ( 6 ) 图像编码 图像编码研究属于信息论中信源编码的范畴，其主要宗旨是利用图 像信号的统计特性几人类视觉特性对图像进行高效编码，从而达到压缩 图像的目的。图像编码是图像处理中一个经典的研究范畴，有6 0 多年 的研究历史，目前已经制定了多种编码标准，如h 2 6 1 、j e p g 和m e p g 等等。 ( 7 ) 图像重建 图像的重建是起源于c t 技术的发展，是一门新兴的数字图像处理 技术，主要是利用采集的数据来重建出图像。图像的重建的主要算法有 代数法、迭代法、傅立叶反投影法和使用最广泛的卷积反投影法等。 ( 8 ) 模式识别 模式识别也是数字图像处理技术的一个新兴的研究方向，当今的模 式识别方法通常有三种：统计识别法、句法模型识别法和模糊识别法。 目前应用广泛的文字识别( o c r ) 技术就是应用模式识别技术开发出来 的。 2 2 图象处理系统 1 6 l ”i 2 2 1 系统硬件配置 要实现对图像进行处理识别就要首先实现对图像进行获取、存储、 计算、输出等功能。要组成一套完整的图像处理系统首先要从硬件上满 足以下四个方厩： ( 1 ) 图像输入设备 图像输入的功能就是将各种模拟图像的灰度、彩色信息进行数字 化。对于不同图像质量要求可选择不同的输入设备。就目前来说主要有 7 婚安工程科技学院硕士研究生学位论文 摄像机、招摇仪、数字照耩梳。蕊档的翔魂予扫撒显微镜等。 ( 2 ) 存储器 存储器是保存图像数据的媒质。这类设备有；摄影胶片、添象带、 磁带、光盘、计算机硬斑等。随着计算机硬件的飞速发展，计算机硬盘 的褰量越米越大。其价格也越w 来越低。由于硬盘直接附属于计算机，它 的辕入、输出速度是非馔抉的。所以使用硬盘来对图像进行存储是最佳 豹选择。缆计算机硬盘的数摆在巍些对嫫是会丢失、损坏的。如计算机 病毒发作、硬盘受到冲击、诗算枫电源电压不穗烧毁硬数等。赝以对予 重簧的图像数据要鬣甭其能静存储设备进行备份。翔刻漾炎盘等。 ( 3 ) 运算器 作为微型计算机运算器( c p u ) 己发展翻奔腾4 时代，懿莱使用主频 1 7g 的奔腾4 ( c p u ) 那就不用担心处理的速度问题。即使使糟圭频5 0 0 m 以上的( c p u ) 对于小数撬的处理也是可以让人满意的。 ( 4 ) 图像竣出设备 这是强像处理过程中将处理完成的图像进行输出的设错。这类设备 可分为在介震上记录豹装饕，魏露刷规、打印枧、胶片记录执。捏 示闰豫的设备，这需要显示邋配器帮篮视器。对予强像处理王终来说， 提高处理速度不仅要求( c p u ) 的荛频高，对显示邋配器蘸要求也缀离， 所以尽量选择较好的显示适配器( 驻卡) 。 概括起来讲，常用的图像处理设备可以归结为吼下三种：手j 描仪 + 主规+ 离分辨率显示器+ 普通打印机：显微镜十摄像机( 带交焦镜头) + 嚣像卡+ 主机+ 离分爨率照承器；摄像机( 带变焦镜头) + 图像卡十主 橇十离分辨率显示器+ 饕逶蠡印执。根握分瓠内容的不同可采用不同的 配置。 2 2 2 图像处理过程 人们可以通过各种测试系统从被观测的璐景取得图像，甭各种光波 段从场景取得的图像可以是微观的、宏观的、表面的、内部的；也可淡 是静止的、运动的、局部的、整体的；但它们多数是二维的图像媛图像 黪列。圜像是对周翅擞界的映像，农数学上可以用一个二维的连续函数 苁x ) 表示： 3 西安工程科技学院碘士研究生学位论文 贝x ) = f 。( 4 只a ) 矿( a ) 矗，x i x x 。，y l y y 。( 2 一】) 冉 其中 是波长， c ( x ，一 ) 是亮廉分布函数，r ( ) 是人眼的光谱 响应瀚数，z ，y 为图像的两维坐标，要对一幅图像进行数字计算机的处 理，蘩先要鼹连续踅像逶行藏疆取稃，戆提取窭采翡一缀实数群本按获 度等级量化，得实数阵列，阵列中每一元素称为像素。由鼹有确定灰 度值的像素构成的阵列所表示离散化的图像称为数字图像，其阵列叫作 数字溷像阵翻，遥常交5 1 2 5 1 2 令豫索缝或，瑟麓级熬系统粼是1 0 2 4 l0 2 4 个像素，灰度值通常分为2 5 6 个等级。 像素数目为n n 的数字图像的嫩阵形式如( 2 。2 ) 所示： 删朦麓f ( 2 f ( nf ( n ：弘， 船，刃：l 鬈z c 篓? - 。删l 。2 固 l 。1 f 1 ) 2 ) n ) 从謦像农圈像阵残可戳提取很多特征，这黧特征是图像解释酶纂 础。目前常用的图像特征有以下几类： f t l 获度：包括多光谱、彩色信惑。 ( 2 ) 边缘：它描述了获度变讫的稷发和位置。 ( 3 ) 纹理特征：它描述了在图像中反复出现的局部模式和它们的排 列援则，反映宏艇意义上获发变化豹些翅律。 ( 4 ) 形状特征：它描述了物体、区域和基元的外形，从微淡上精细 地反映景物及其诸组成部分的形状。 ( 5 ) 麴 搴表簇主方翔，篾三维物体表西豹法淘。 f 6 1 传感器与物体表蕊各点的距离。 ( 7 ) 物体遴动信息。 强豫整理系统将输入熬图像积图豫箨列 车预楚理一一获发校正、噪 声过滤和畸变校正，根据场景的模型、知识，对场景作解释。从数学角 度上简单地说，图像处理的过程就是利用各种形式的算符q 对f ( x 川处 9 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 理後之变成另一蠛图像g 取，力，既g 扛，力= o f ( x ，在处理过程中，图 像中的像素可掇据程序设计入员的意豳来修改。处理过程只鼹到程序员 的想浆力、耐心以及计算资源的限制。处理后的缡果由一个与数字化相 爱的邋过程显示礁来：矮每个像素豹灰度来决定对应点在显示孱上豹亮 度。这样处理盾的结果又转化成可褫的和可供入们解释的圈像了。 图像处理的般过程可简单表示如下：图像采集一计算机图像处理 一图像输出。 图像处理的常用方法可归结如表2 - l 。 表2 - 1 翻像姓理常用方法 凝分类中努炎 像质改善锐化、平滑、复原、校正 边缘与线的检测、区域分割、形状特，援测量、 塑像分撰 几何计舞、纹理分柝、匹配 图像重建投影图像重建、全息图的再缴 2 3 图象处理的应用范围f l s l 广义地讲图像处理是一项系统工稔，它包括：图像获取与量化、图 像存健及图豫数簇魏垂壤与还覆、圈像处理与生壤、嚣缘分辑与识别、 图像传送与输出。所涉及到的技术内容包括：计算机图像处瑗集成技术、 图像处理计算机体系结构釉实现、各种图像输入输出设备以及相应的各 静强豫蹙理支撵欲锌窝算法等。经过2 e 藿纪8 0 颦筏与9 0 霉健载迅速 发展。图像处理的各项技术日趋完善，并取得一些重大的开拓性成果。 其中壤典型的威用有： f 1 )遥惑技零中静寝麓 遥感图像处理的用处融越来越大，并且其效率和分辨率也越来越 高。它被广泛地皮用于土地测绘、资源调查、气敷检测、环境污染监督、 农 睾镌佶产移军攀篌察等疆域。嚣蘸逶戆技本己缀魄较戚熬，毽是还必 须解决其数据爨庞大、处理速度慢的缺点。 登塞墨矍墅垫兰楚璧生型塞生兰终鎏壅 ( 2 )医学眨用 圈像处理在医学上宵着广泛的皮嗣。其中最突爨的幅床癣愿靛是越 声、核磁共掇、y 相机期c t 等技术。在医学领域利用图像处理技术w 鬟凑璇对痰病鹣盔残诊数秘嚣瘸、安全方便粒诊凝，受到了广大患学豹 欢遮。 ( 3 )安全镁域 铡爝图像处理技术的模式谈掰等技术，好黻越糟程j l 鑫撩、指绞档案 管理等安全镶域中。 ( 4 )工妲生产 产晶黪秃损捻测也是豳像处理技术豹一项广泛的应熙。 总之，图像处理按术的应精褶筠广泛，它在国家安全、经济发展、 目掌生活巾充当罄越来越重要的角色，具体如袭2 2 所泳。 衮2 - 2 圈像处理应用领域 学科应媚 物理、化学结晶分析、谱分析等 生物、医学缨腮分撰、染色传分板、x 射线成像、c t 等 环境保护水质殿丈气污染调蠢等 缝痿炎源勘探、蟪强绘裂、g i s 簿 农业、接业农作物估产、撼被分布调查等 渔业鱼群分布谲鸯等 气象卫漫云图分掇等 避毽传真、电视、多媒体通信等 工业工妲探伤、梳秣入、产晶貘量整溺等 军事导弹导航、军事篌察等 法律指纹识别等 2 4 图象处理技术在纺织行业中的应用现状 1 9 2 3 国内有较多的学者程纤维形态检测方瑟作：澄许多磷究：遴过提取野 l l 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 维截黼豹几 可特征进行棒纤维成熟度豹测定积兔毛糙胶麟纶混纺纱 中各种纤维的自动识剐工作；异形纤维形态特鬣的图像处攥测定方法： 测量v 字形纤维和三叶形纤维异形度的新方法；棉麻纤维的自动识别； 羊毛纲度鹣铡定等。此扑，在纱线以及织魏结构魏能鹃研究努嚣也有一 定发膜。 在国际上图像处理应用于纺织工姚是近十多年的事。最初是用于分 辑蟪毯豹塞豢 蠹茨，魏嚣，凌纺织兹辩豹溺试工传巾数应曩越来越广泛， 从纤维的微结构分析，到熬块织物备种性能的测试。 2 4 1 在纤维方顾的研究与应用 _ i 曩年寒，纺织纾维毒| 辩戆测试矮壤巾出理了聚是谤算爨翔像处理技 术，实现了对纤维的自动化、客观他、定量他的测试评判，从而克服了 传统方法的诸多缺陷。纺织纤维材料的计算机图像处理指通道一系列的 冀法实瑗麓野缀鹣结稳窝拣穗豹捡溅。测试豹一般：进程：试耧豹准备一 图像的获取一图像预处理图像分析谈另i j 。 ( 1 ) 羊毛纤维的检验 苇毛细废愁苇毛鹣重鼗瑟震摇标秘分缀豹妻簧镶豢。迄今为止，攀 毛的细度检验仍采用气流仪法和显微投影法。气流仪法的误差大，只熊 得到平均细度；后种方法髓簧人工测试每一根纤维劳动强度大。而采用 蚕像处理鼓寒豹萃毛缨度蠡凌溺试系统，在对葶戆缍维强豫滋行滤滚二 值化、边缘增强处理后能农较大准确度和统计可储度条件下溯定羊毛缎 度以及其分布。这种方法阿以提供全灏的羊毛品质评定数据，包括对贴 透受肤穿着簸装骞影穗夔枣警粳绥维谈期弱缓苇镶慧，冒完全撩我黄绞鹣 羊蔼细度检验方法。 常见的羊嘏卷曲测爨法是用卷曲弹性仪测滋曲参数，既费时又费 力。强缳处理法黯卷藏魏戆逶孬客髓嚣又金嚣囊孽蕤试。经常烧颓韪惩 后分离出羊亳纤维图像。即通过一定的算法得到纤维边界点，由此建波 一革毛外形轮滕的模拟曲线，然后计算卷曲频数、波幅、伸长率等卷曲 参数。若建豢豫税获不圈豹费废接摄攀毛野缝，还霹滚溪褥臻蓥豹立髂 结构和“转曲度”，突破了传统不能测量纤维立体形态的局限。 ( 2 ) 棉纤维的检验与质量控制 1 2 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 图像分析法可以检验棉纤维的细度、成熟度、杂质和颜色等项目， 还可以控制棉网的质量。其原理与羊毛的类似。采用图像分析法检验棉 纤维的成熟度，即通过轮廓跟踪算法获得预处理过的棉纤维边界，并根 据轮廓的方向判别轮廓的转折点，分析计算成熟度参数。其优点是能够 提高测试数据的可靠性，为提高和制定工艺参数提供了科学依据。目前 新开发的一种配有彩色摄像机的视频扫描系统，克服了h v i 原棉杂质、 颜色测试仪的黑白系的局限性，由于使用了c l e l * c * h 颜色体系的亮度、 色彩、色调的多参数阀值法，能精确鉴别原棉中的杂质和黄斑。所用的 c l e l a b 颜色体系也能够很好的识别原棉的颜色和色均匀度。 该体系经过进一步的改进，可客观的评价原棉等级，其对杂质精细 的分类还能指导后序除杂加工。评定棉网质量的性能指标是棉结、含杂 和均匀度。现在已经能用图像处理法对棉结、杂质自动识别和分类，可 以代替传统人工目测法。棉网均匀度的检验法有两种：一是简单区域划 分法，二是共生灰度阵纹法；前者用区域平均灰度变异系数反映匀度， 后者用对比度和取向度给出匀度的定量分析和纤维积聚状态的描述。将 这些特征输入人工神经网络，可以比传统方法更加有效地控制调整棉网 的质量。 ( 3 ) 化学纤维异型度的测量 采用计算机图像处理分析技术，对化学纤维截面图像进行平滑、中 值滤波、去除噪声、边缘锐化及直方图均衡化处理。计算形心点、纤维 截面积、纤维截面内切圆与外接圆半径以及理论半径。从而最终确定化 纤的异型度。 2 4 2 在纱线方面的研究与应用 细度是纱线的一个非常重要的指标，纱线的细度是用与它的截面积 成比例的指标来表示。常规测量方法是通过测量纱线在公定回潮率时的 长度及重量来确定纱线细度的值。由于数字图像处理技术在纺织领域的 迅猛发展，有关人员已经开发了一种名为o m n i c o n 的图像分析仪， 它可以借助计算机迅速而精确地测量纱线的直径，使实验操作大为简 化。其基本原理是根据纱与背景之间的灰度不同而精确地确定出其轮 廓。 1 3 西安茁程科技学院硕士研究生学位论文 北外，在纱线方面的研究主要还商：纱线混纺比及混纺不匀测定、 纱线均匀度戆稔溺，镶鲡：纱线终蕊鹣鳕匀度、滗绞纱线豹滗舍不匀检 验、纱线力学性能以及纤维在纱线截顾上的分布等。 2 。4 。3 在织物方磁的研究与成用 程织耱密凌躬测定及缀耱结稳懿蠡凌识剐、缀物秘毙泽特征、缓终 磨损厝外观的变化、布面缀纬纱排列的均匀度、织物外观性能、图像分 丰斤织物动静态悬垂仪的研制等方面已有广大的研究人员做了大量的研 究。 东华大学的陈霞等提出了一种新的基于光照投影及图像分析系统。 它可根据织物柔软性特征，毙将起球试榉在移动方向上的每一切面处进 行一定程度的弯曲，并薅该弩曲甥面避行光照投影，然盖餍c c d 摄象狐 采集含有织物轮廓线的切网图像，该轮廓线反映了弯曲切面处毛球的起 扶状态，设计一定的图像辣法，可提取切面图像中灼轮癣线离度，再将 繇蠢切面上静轮廓线拼接褥瓣反映整糕织裙表蕊起球轮癣的距离图像， 通过对距离图像进行自适威阀值法分割，从中提取能刻画起球等级的特 征参数如毛球个数、毛球联积及毛球体积等，再梭造适于起塔等级评估 的模糊测试系统，模糊评依织物起球篇级。 图像处理技术在纺织工业上的研究重点综食国内外的研究结果来 看是：绎维材料瞧毙检测：纱线质量捻测；半制龋撼网豹质梭；织物结 构、性能检测等。此外图像处理谖剐技术在织物豹免烫往、慧垂性、裰 皱性；非织造布的结构测试；纤维取向度；毛绒织物起绒、纤维分布等 方繇瞧骞一定静磷究和探索。1 2 4 - 2 9 1 2 5 黼向对象开发技术| 3 0 。3 2 颓向对象方法是吸收了软件工稷领域有益的概念和有效的方法而 发袋越来熬一种软终开发方法。这秘方法集抽象毂、封装健、继承性嗣 多态性于一体，易于实现模块化、可笈用、易维护、易扩充的程序。藤 向对象方法通过增加软件的可扩充性和可复用性，来改善并提高程序员 豹秀发能力，势戆鸯效缝羧翱软转熬笺杂性窝维护嚣销。 面向对象的方法起源平面向对象的编程语畜o o p l 。在o o p l 得到 充分发展与应用时面向对象方法有逐步得到了发展，发展成熟的面向对 4 西安篇程科技学院硕士研究生学位论文 象方法又反过来为面向对象的编程提供先期设计与指导。 和任褥事物一样，蘑商辩象程序浚计语言毽缀历了发生、发震稷成 熟的阶段。面向对象的概念，如封装，最早可以遗溯到2 0 世纪6 0 年代 初期，为了解决变量作用领域闻题，a l g o l 语言最先引入了程序块结构， 将一魑局部交鬃瓣装至l 程浮块内部，从嚣形成了瓣装的悉爨。蠢真正意 义上对面向对苏思想有极大贡献的是6 0 年代由挪威计算机中心开发的 s i m u l a 语言。该语言是a l g o l6 0 基础上扩充了一些面向对魏的概念而 形成的。在s i m u t a 中首先疆密7 类、辩象、漳慧等重要静瓣向对象术 语。2 0 世纪7 0 年代出现的c l u 、a d a 和m o d u l a 。2 等编稷语言内对抽 象数据类型理论的发展起了踅要的作腭。这些语蠢都支持数攒与操作的 封装，支持信患的隐藏。嘲于这些语京不支持继承，蠢魏还不是匿囱辩 象语言。 第一个完羲豹、实用的缒西愈对袋豹语言是s m a l l t a l k 。该语言的 思想在2 0 世篼7 0 年代由a l a nk a y 强犹信大学掇出，后来程x e r o x 的 p a l oa l t o 研究中心，他和他的同事一怒设计了s m a l l t a l k 语京a s m a l l t a l k 语富瞧经历了不同的发展除段，1 9 8 1 零推出的s m a l l t a l k8 0 怒最完善的 版本。 但是，由于面向对象方法作为一种新的软件方法学要被人们接受需 要一定对闻，s m a l l t a t k 的缝葱向对象的宗旨也使讲究实效的软件开发 人员时难以逡应，s m a l l t a l k 虽然农学术上产辍了深远的影响t 直到 8 0 年代后期它才得到真正广泛的应用。 从2 0 整纪8 0 年筏串嬲到2 0 世纪9 0 年代，大批实用粒掰囱对象添 言不断涌现，标志着面向对象语言走向成熬与繁荣，比如现在蕞常用的 c + + 、o b j e c tp a s a c a l 、c l o s 、j a v a 蒋等。现在面向对象方法已经有究 整熬方法论期瑟统证的搜零髂系，它邑被应塌剿计算枫科学的各个领 域。 本课题也臌是采用了强大的面向对象开发诱言c + + ，谯b o r l a n d 公司戆c + + b u i l d e r 集戏器发丽壤下遗露编程。 蹲安工程辩技学豌骥士珊究生学位论文 第三章系统概述 3 。l 系统开发原理 3 1 1 理论依摆1 3 3 4 l 投掇中华人强共和隧国家标准g b l 8 2 6 7 2 0 0 0 中有关分梳由羊绒 ( d e h a i r e dc a s h m e r e ) 的规定，绒罨细废在2 5 微米( 样胁) 戳下，穰毒( g o a t h a i r ) 细度在2 5 微米( m ) 黻上，闲诧我们胃戳利渭计彝枫从纲度土营先 识弱国糨毫。同时参考纺缀品标准汇编( 增补卷) g b t1 6 9 8 8 1 9 9 7 特耱动甥绎维与缘羊镌混合躲含量豹测定的蠢关规定，含飘率可按式 ( 3 1 ) 计算： b c 一拼c m + 1 0 0 0( 3 * 1 ) 式中：嚣。一禽粗率，； m 。粗毛演量t g ； m 试样鬟燧，g 。 3 。1 2 歼发憋路| 3 5 3 7 2 平滑、增强、边缘检测、去豫噪声、二馕化等方法郡是计算机图像 处理中的常溺方法。多数空域霰处理冀法涉及到领域处理，对考察点的 处理缕聚与其镶域象豢缀鸯关。这静领域处理缝谯由一个模扳攒定，典 型的箕法稳中值滤波、均值滤波等。近年来数学形态学在数字图像处璎 领域里有了广泛的应用，各种形态结构和算法不断的潲现，箕应用藩罱 涉及番种瀚像处理过稷。数学形态学以集会运算麓基戳，其基本愚想悬 丽具有一定豹澎态的结构元去壤量图像中的形态以勰决问题。其基本的 算法楚扩张、腐蚀、器扇和阙会。最近，小波技术的兴起也为计算机图 像热理技术得以更广阏鲍戍翅注入了颞的活力。 计算机数字圈像处理技术在纾维硷测方面的研究一般有翔下强个 步骤：图像获取，二维闼像获取的包括c c d 戚像等途径，鹜像鞭娥 1 6 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 理，其目的是对图像进行驱除噪声，突出目标。图像分割和目标提取， 主要目的是从图像中获得感兴趣的区域。特征提取，是要获得对目标 的有效特征表达和描述。 本系统的开发思路基于以下几点考虑： ( 1 ) 利用面向对像的程序设计技术，采用c + + b u i l d e r 软件设计工 具，实现在w i n 3 2 平台下能够对图像进行常规的操作和管理。 ( 2 ) 总结常规图像处理技术和手段，结合由数码摄像机获得的羊绒纤 维图像的自身特点综合利用数字图像处理的一系列手段和方法，希望在 软件中实现对数码摄像机拍摄的羊绒纤维图像的一些处理分析功能：图 像后台预处理、纤维特征指标的提取、数据指标的定量计算、数据结果 分析等并使软件向实用的角度发展。 3 2 硬件环境 3 2 1 计算机 c p u 为英特尔奔腾4 0 ，内存为1 2 8 m b ，主频为1 6 g h z ，采用1 7 ”显示器，屏幕区域大小为1 0 2 4 7 6 8 像素。 3 2 2 数码显微镜 课题当中所用的实验图像是由一台数码显微镜获得的，该数码显微 镜是由麦克奥迪( m o t i c ) 集团有限公司制造的d m b 5 型机。d m b 5 型数 码显微镜是种无限远光学系统显微镜。它配置了1 3 0 万像素摄相装 置，采用i e e e l3 9 4 卡传输数据信号，供计算机进行图像处理分析，是 数码时代发展方向的显微工具。我们通过它自带的m o t i ci m a g e s a d v a