数字图像处理技术在纤维检测中的应用

1、测 试 与 标 准数字图像处理技术在纤维检测中的应用 李学佳 缪爱东 南通大学纺织服装学院 (中国 摘 要 :回顾了数字图像处理技术在纤维性能检测中的应用 。 详细地讨论 了数字图像处理技术在纤维性能检测方面最新应用状况 , 包括纤维细度的检测 、 羊绒与羊毛纤维的鉴别等 。 最后对图像处理技术在纤维检测领域的主要发 展趋势作了简要的说明 。关键词 :数字图像处理 , 纤维 , 检测 , 测量数字图像处 理是用电子计 算 机来实现的图像 处理。数字图 像 处理起源于 20世纪 20年代 , 经过 大半个世纪的发展 , 目前已广泛地 应用于科学研究、 工农业生产、 医 疗保健、 航空航天、 军事

2、等各个 领 域 , 发挥 着 越来 越 大的 作 用。 自 20世纪 80年代后期数字图像处理 技术进入纺织测试领域以来 , 它一 直在扩展其应用领域 , 致力于用自 动检测系统取代 纺织测试中的 人 工检测 , 从而克服传统方法的诸多 缺陷 , 实 现对纤维的自动化、 客 观 化、 定量化的测试评判 1。1 概述在纤维的检测和识别中 , 一些 传统的方法 , 如显微投影法和投影 仪法 , 都 要 靠人 工对 纤 维进 行 识 别 , 依赖 于人的经验 , 存在着劳 动 强度大、 效率低等问题。由传统方 法向数字图像处理技术转变 , 是克 服这些缺点的有 效方法。在这 方 面已有广大的国内外研

3、究人员作 了大量的研究工作 , 主要有 :纤维取向度、 纤维直径、 棉网均匀度测定、 棉纤维成熟度测 定、 羊绒鳞片结构分析、 高 分子纤维截面分析、纤维弯曲形态分析、 化纤异形度纤维细度的测量、 羊绒与纤维的鉴别及纤维含量等 26。此外 , 在纤 维检测方面 , 澳大利亚联邦科学研究院 开始发展赛洛兰激光细度仪 , 研究浮悬于液体中被切断的纤维与激光束相交时 ,电子信号减弱量与纤 维投影面积的关系 ; 由于激光细度仪具有很高的精确性 , 已广泛应用于纤维的细度测 试 78。瑞 士 USTER (乌 斯特 公司的全 自动 OFDA 1000或OFDA2000纤维细度仪 , 在透射式光学显微镜上

4、装置 CCD 视频摄像头和视频采集卡 , 以放大和采集纤维图像。显微镜栽物 台上的载样片夹 持装 置可 纵向、 横向 自 动移动 , 由计算机电机驱 动 , 频闪照明与夹持装置是同步进行的 , 该软件的最 大 特点 是 实现 了 全自 动 9。奥地利兰精仪器公司研制的新型F ile 纤维测试仪 , 能够实现对棉及 其他天然纤维的纤维长度、 纤维平 均直径 和纤维 结粒等 的测 定 10。 中国纺织工业标准化研究 所和专 业图像系统制造商北京和 众视野 科技有限公司借 鉴了 OFDA 纤维 细度仪 , 共同开发了一种基于数字 图像处理技术的半自动检 测产品 CU 细度分析仪 , 它较全自动 OF

5、DA 纤维细度仪测量范围更广 11。 在羊绒与羊毛 纤维的鉴 别方 面 , 国家商检局组织开发和建立了 计算机辅助检测系统 , 使传统的形 态鉴别方法在检测手段上 从人工 测量判断转化为计算机的 智能检 测 12。日本东京都立产业技术研 究所的吉田英俊利用数字 图像处 理技术对由光学显微镜拍 摄到的 羊毛和羊绒纤维的鉴别进 行了深 入研究。该 系统用显微镜 将纤维 放大 500倍 , 投影在摄像机的光电 转换器上 , 由图像卡数字处理后将 数字化的电子图像传入计 算机内 存中 , 直接用显示器显示并进行计 算 机 分 析 , 并 得 到 一 些 相 关 结 论 13。2 最近进展随着计算机技

6、术的不断 发展 和世界科技的不断创新 , 图像处理 技术在纺织测试领域的应 用也得 到进一步拓 展。 国内 外的纺 织检62 国际纺织导报 2007年第 10期测 试 与 标 准测技术集中体现 为检测仪器的 微 机化、 自动化、 多功能化 , 检测数据 处理的数字化、 图像化以及广泛采 用在线检测技术等。2. 1 纤维细度的检测瑞 士 USTER 公 司 的 全 自 动 OFDA 纤 维 细 度 仪 的 最 新 产 品 OFDA4000、 OFDA5000与 OFDA1000相比 , 在操作方式上并没有太大的 变化 , 但 是在制样速度、 测试速 度 与测试范围以及 纤维种类等方 面 有很 大

7、 的 改 进。 OFDA4000组 合 了 长 度 测 量 , 标 准 偏 差 低 于 0. 07 m; 细度 (直径 测量范围进 一步扩大到 160 m, 测量速度提 高到 5000根 /min 以上。 OFDA5000专门用于测量化纤 , 测试速度达到 20000根 /min 以上 , 制 样也 能 在 2m i n 内 完成 , 测 量范 围为 0. 5 60 m, 精度较 OFDA4000进一 步 提高。不过 OFDA4000和 OFDA5000都还存在一些不足 , 比如取样是纤 维段 (2mm 以内 时 , 不能表达 纤 维内的不匀 ; 测试的是毛丛长度方 向上的细度不均 , 所以无

8、法给出单 纤维的轮廓 , 尤其当毛丛错位时 , 更无法准确测量纤维的细节 1416。 2. 2 纤维含杂量的检测在棉纤维含杂量的检测方面 , 目前先进的仪器是美国 HV I(Hi g h V olu m e I nspecti o n 棉纤 维大 容 量 测试 仪 , 该测 试仪由 美国 Sp i n lab 公司和 MC I 公司于 1968年研制成 功 , 经过不断 的改进 完善 , Sp i n lab 公司又于 1984年推出 HV I900系 统 , 后 来 瑞 士 USTER 公 司 收 购 Spinlab 公 司 , 先 后 将 HV I 9000、 HV I CLASSI NG

9、 、 HV I SPECTRUM 等 3种产品推向市场 , 目前市场上 的主流产 品是 HV I CLASS I N G 和 HV I SPECTRUM 两种型号。在 HV I 上 , 棉样的杂质和颜色的测量是在同一测试模块 (颜色 /杂质模块 上同时进行的。杂质含量测量采用 CCD 摄像技术和数字图像处 理技术相结合 的方法。采用这种方法的仪器在 20世纪 70年代后期研 制成 功 , 80年 代初 期加装到 HV I 上 1718。压紧装置将棉样压在玻璃测试窗口上 , 在测试窗口下方装有两个氙气 双滤光色度仪发射白光光束 , 并呈 45 角照射到棉样 上。位于测试 窗口正下方的高分辨率黑白

10、 CCD 摄像头对棉样表面进行扫描获取 图像数据并传输到与之相连的计算机中去 , 如果图像中某处的灰度 超过了设定的极限值 , 则该处就被认为是杂质并对其 计数。扫描完 成后由仪器分析数据并给出下列 3项测试结果 :杂质数量、 杂质面积和杂质等级。美国 Scha ffner 技术公 司也生产一种名为 Isotester 的仪器 , 该仪器检测杂质的原理和 HV I 类似 , 也是利用图像扫描和分析的方法 , 测试杂质所 占的面积 百分 率 , 还可以分析出棉样表面茎 叶和草杂的含量 1920。此 外 , 印 度 的 Pre m ier (普 瑞美 公司的 ART 全自动大 容量棉花测试仪 ,

11、具有快速、 可靠测试纤维的能力 , 能消除人为影响。试样准备过程是全自动的试样称重、 传送、 排出过程 , 具 有长度、 强 度、 马克 隆 尼 值、 色 泽 和 杂 质 测 试 模块 21。2. 3 羊毛与羊绒纤维的鉴别利用 DXS 扫描电子显微镜对山羊绒和细支绵羊毛 纤维实时成像 (SE M 图像 , 通过图 像采集 卡 将 山羊 绒 和 细 支 绵 羊 毛 纤 维 的 SE M 图像传送至计算机系统 , 由计 算机系统对 SE M 图像进行灰度变 换、 滤波等图像处理 , 然后通过求 最大类间方差法得到最佳阈值 , 对 图像分割 , 根据二种纤维的形态特 点提取特征 并加以分类识 别。该

12、 方法不仅能节省人力、 提高工作效 率 , 而且能提高山羊绒和细支绵羊 毛纤维鉴别的速度和鉴别 结果的 客观性 22。2. 4 纤维含量的检测在纤维含量的检测方面 , 可以 分别利用气相色谱 -质谱分析仪、 红外光谱分析仪和元素分 析仪等 对彩棉、 白 棉以 及 染色 棉 进行 分 析 , 并对分析方法进行筛选 , 提出 元素分析法可作为确定产 品中是 否含有彩棉纤维的有效定性手段 ; 使用明视野显微镜作为定 量分析 彩棉和白棉混纺产品中纤 维含量 的手段 , 观察经过处理的样品的色 泽情况 , 通过彩色数字摄像系统 , 采集图像鉴别彩棉与白棉 , 并记录 相应的纤维根数 , 计算出纤维含量

13、的根数百分比 , 从而定量分析彩棉 与白棉混纺产品纤维含量 23。 2. 5 纤维综合性能的检测由清华大学开发、 北京华宜卓 科技有限公司生产的 F MA 纤维显 微图像检测分析仪 , 利用显微图像 法可以对纤 维进行细度、 成分、 横 截面形态面积以及化纤的 异形度 等参数进行检测 , 是新型的与国际 接轨的高科技产品 24。3 发展趋势综合国内外研究应用的情况 , 63国际纺织导报 2007年第 10期测 试 与 标 准图像处理技术在 纤维检测领域 的 主要发展趋势为 :在纤维材料的 检测和质量控制领域 , 将更多应用 一些新方法 , 诸如人工智能和模糊 控制判别法等 ; ! 将更多采用图

14、像 处理技术的实用化进程 , 比如纤维 材料的检测仪器 同生产车间的 计 算机连成网络 , 实现数据的通讯 , 以便快捷科学地控制生产质量 ; 利用数字图像处 理技术加强纤 维 材料的在线质量控制 ; #在识别纤 维的研究领域 , 将进一步加强特征 值指标集的建立。参 考 文 献1 CASTLE M ANN K R . 数字图像处理 M.北京 :电子工业出版社 , 1998.2 何志贵 . 图 像处 理技术 在纺 织测 试领 域的 最 新 进 展 J.检 验 检 疫 科 学 , 2002(1 :59 60.3 倪广菊 , 张 毅 . 计算机图像处理与分析 在纺织品测试技术中 的应用 J.中国

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