专利名称：：一种非织造布纤维取向分布测量系统和方法
技术领域：
：本发明属纺织
技术领域：
，特别是涉及一种非织造布纤维取向分布测量系统和方法。技术背景非织造布以其独特的加工手段和结构性能正在生产、生活的各个方面发挥着重要作用。在医疗卫生、土木工程、环境保护、农业等领域。由于非织造布是由纤维材料直接构成的纤维集合体，因此纤维材料的性能对非织造布的性能有直接的影响。纤维的取向分布对非织造布的物理机械性能有着密切联系，尤其是非织造布的力学各向性与纤维的取向分布有直接的关系。因此，测量和控制纤维的取向分布对于非织造布的产品设计和质量控制非常重要。目前尚未出现专门的非织造布纤维取向分布测量方法及系统，常用的测量方法有力学性能各向异性法、激光衍射法和微波法等。力学性能各向异性法也称张力法。其原理是，由于纤维排列的各向异性，非织造布的机械性能也表现为各向异性。在纤维占优势排列的方向上，由于承载外力的纤维根数较多，和垂直于该方向相比，非织造布具有较高的强度。但该方法在测量时要破坏被测物，测量结果建立在纤维取向也是决定产品各向强度主要因素的假设上，因此得到的纤维取向分布结果不够精确。激光衍射法是假设纤维呈棒状，且长度相同，对这种固定长度的圆棒，若给定激光的方位角进行照射，其衍射强度与纤维的取向有关，测出激光照射下的纤维衍射强度就可求得纤维的取向。但推算时需已知纤维的晶角分布才行，所以要对纤维结晶进行测量。测试设备复杂，假设条件也与纤网实际出入太大。这些都会影响测量结果的准确性。微波法是应用微波谐振腔产生的偏振化微波测量非织造布在两个不同方向上的相对介电常数，由于纤维内部大分子的取向排列，非织造布对平行和垂直于纤维轴向的偏振化电磁波呈现出不同的相对介电常数。因此，运用微波偏振化方向与非织造布机器方向平行和垂直时的相对介电常数表示其取向分布。该方法的不足之处是环境因素对纤维吸湿有影响，会引起介电常数改变，从而造成测量误差。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种非织造布纤维取向分布测量系统和方法，有效解决测量非织造布纤维取向分布的技术问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种非织造布纤维取向分布测量系统，包括显微镜、光源、CCD摄像机、接口附件、图像采集卡和计算机，所述的光源置于显微镜载物台下方，所述的CCD摄像机通过接口附件置于显微镜上方；所述的CCD摄像机通过显微镜采集放大非织造布图像；所述的图像采集卡将非织造布图像转换成为数字图像并输入计算机中。所述的CCD摄像机(3)采用(DASIAP242-06K40)高速摄像头的CCD摄像机，分辨率为640X480。所述的图像采集卡(5)采用(Meteor-ll/M)型图像采集卡。一种非织造布纤维取向分布测量方法，包括下列步骤(1)进行非织造布取样通过计算机中的非织造布取样模块在非织造布上随机抽取20个试样；所述的非织造布取样模块具体是在非织造布长度方向和宽度方向均进行IO等分，在非织造布上划分了100个小格，然后按"之"字形顺序给每个小格编号，计算机会随机产生20个1至100之间的整数，让这20个随机数代表20个小格的号码，再把相应小格的非织造布试样抽取出来，从而在非织造布上实现了随机取样，样本量为20;(2)采集非织造布图像将非织造布纤维样品制成切片，放在显微镜下，通过光学显微系统放大图像，采用CCD摄像机采集经显微镜放大的非织造布图像；(3)处理非织造布图像将采集的非织造布图像经过图像采集卡转换成为数字图像并输入计算机中，并通过图像处理模块对图像进行处理；所述的图像处理模块对图像进行的处理包括中值滤波、二值化处理和形态学处理；(4)测量非织造布纤维取向分布利用纤维取向分布测量模块对非织造布图像中的孔洞进行标识，对孔洞边缘线的倾斜角度进行测量，从而得到构成孔洞的纤维的倾斜角度。所述的非织造布取样模块、图像处理模块和纤维取向分布测量模块依次成数据流联结。所述的中值滤波是取所处理的像素点邻域中各像素灰度值的中间值作为滤波器的输出；所述的二值化处理采用乌斯特全局阈值法，把待处理图像的直方图在阈值处分割成两组，当被分割成两组间方差为最大时，就确定了要取的阈值；所述的形态学处理包括图像膨胀、图像取反和图像腐蚀，所述的图像膨胀采用图像形态学处理的膨胀操作，使区域同时从四周向内扩大；所述的图像取反是将图像中灰度值由O变为1，1变为0，从而使图像中非织造布图像中孔洞的灰度值变为1，孔洞变为白色；所述的图像腐蚀是将细微连接的部分分开，剪去孔洞边缘处的小枝丫，从而将与孔洞相连的非孔洞部分有效地去除。有益效果本发明解决了有效测量非织造布纤维取向分布的问题，实现了非织造布的科学、合理取样；操作简便，设备成本较低，测量结果可靠，将在非织造布质量测试与评价方面发挥积极作用。图1是本发明系统的结构示意图。图中l一显微镜2—光源3—CCD摄像机4一接口附件5—图像采集卡6—计算机7—非织造布试样61—非织造布取样模块62—图像处理模块63—纤维取向分布测量模块图2是非织造布随机取样示意图。图3是非织造布样品图像。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如图1所示，本系统硬件组成主要包括显微镜1、光源2、CCD摄像机3、接口附件4、图像采集卡5、计算机6等。显微镜1光源采用透射光，光源2采用发光二极管。显微镜光源的光谱特性将影响待测试样的显微图像质量。为了获得有利于计算机处理的图像，所选光源为单色光。CCD摄像机3通过接口附件4置于显微镜1上方，通过显微镜1对非织造布试样7采集放大的非织造布图像。图像采集卡5将非织造布图像转换成为数字图像并输入计算机6中。本系统采用的硬件装置有(DASIAP2-42-06K40)高速摄像头的CCD摄像机，分辨率为640´480，(Meteor-ll/M)型图像采集卡。采用戴尔Optiplex170L型计算机，技术性能英特尔Pentium4中央处理器(3.00GHz)，512MB双通道DDR内存，160GBSATA硬盘，Radeon显卡(128MB显存)，17英寸液晶显示器。计算机6中包括依次成数据流联结的非织造布取样模块61、图像处理模块62和纤维取向分布测量模块63。上述纤维取向分布测量模块63:对非织造布图像中的孔洞进行标识，对孔洞边缘线的倾斜角度进行测量，从而得到构成孔洞的纤维的倾斜角度。对于任意一个提取出的孔洞图像，检测得到右边缘线矩阵R与左边缘线矩阵L，首先须要判断出矩阵L与矩阵的第一列否有交点，以及矩阵R与矩阵的最大列是否有交点。若有交点，则以该交点为分界点，分上下两部分分别进行曲线拟合，得到纤维的倾斜角度。对一幅非织造布图像测量100~200根纤维的倾斜角度；将180C进行1020等分，统计出该图像中落在各个倾角范围内的纤维根数，再除以纤维总根数，就得到了该倾角范围内纤维根数百分率，此即为该图像中非织造布纤维的取向分布；对随机抽取的20个非织造布试样分别测量其纤维取向分布，然后求它们的平均值，就得到了该种非织造布的纤维取向分布。图像处理模块62:将采集的非织造布图像经过图像采集卡转换成为数字图像并输入计算机中，利用本系统对图像进行处理，包括中值滤波、二值化处理和形态学处理(包括图像膨胀、图像取反和图像腐蚀)。非织造布取样模块61:在非织造布上随机抽取20个试样，具体是在非织造布长度方向和宽度方向均进行10等分，在非织造布上划分了100个小格，然后按"之"字形顺序给每个小格编号，计算机会随机产生20个1至100之间的整数，让这20个随机数代表20个小格的号码，再把相应小格的非织造布试样抽取出来，从而在非织造布上实现了随机取样，样本量为20。非织造布纤维取向分布测量方法，包括下列步骤1.非织造布取样计算机会随机产生20个1至100之间的整数，让这20个随机数代表20个非织造布小格的号码，再把相应小格的非织造布试样抽取出来，就实现了非织造布的随机取样，样本量为20。2.采集非织造布图像将非织造布纤维样品制成切片，放在显微镜下，通过光学显微系统放大图像，采用CCD摄像机采集经显微镜放大的非织造布图像。3.非织造布图像处理将采集的非织造布图像经过图像采集卡转换成为数字图像并输入计算机中，利用本系统的软件对图像进行处理，包括中值滤波、二值化处理和形态学处理(包括图像膨胀、图像取反和图像腐蚀)。4.非织造布纤维取向分布测量利用本系统的软件对非织造布图像中的孔洞进行标识，对孔洞边缘线的倾斜角度进行测量，从而得到构成孔洞的纤维的倾斜角度。对于任意一个提取出的孔洞图像，检测得到右边缘线矩阵w与左边缘线矩阵乙首先须要判断出矩阵z与矩阵的第一列否有交点，以及矩阵w与矩阵的最大列是否有交点。若有交点，则以该交点为分界点，分上下两部分分别进行曲线拟合，得到纤维的倾斜角度。对一幅非织造布图像测量100~200根纤维的倾斜角度；将180°进行10~20等分，统计出该图像中落在各个倾角范围内的纤维根数，再除以纤维总根数，就得到了该倾角范围内纤维根数百分率，此即为该图像中非织造布纤维的取向分布；对步骤(1)中随机抽取的20个非织造布试样分别测量其纤维取向分布，然后求它们的平均值，就得到了该种非织造布的纤维取向分布。使用本发明系统进行非织造布取样，具体步骤为(1)在非织造布长度方向和宽度方向均进行10等分，这样就在非织造布上划分了100个小格。然后，按"之"字形顺序给每个小格编号。例如，给1号至10号小格编号后，需要换到下一行，给11号至20号小格编号，此时，11号小格应该在10号的正下方，而不应该在l号的正下方，即编号方向恰好与上一行相反，如图2所示。(2)运行本系统的随机数发生器程序，计算机会随机产生20个1至100之间的整数，例如45、17、91、3、30、76、7、62、9、38、99、21、58、15、55、83、67、33、50、87，让这20个随机数代表20个小格的号码，再把相应小格的非织造布试样抽取出来，从而实现了非织造布的随机取样，样本量为20，参见图2。使用本发明系统采集非织造布图像，具体步骤为(1)将随机抽取的非织造布试样放置于显微镜载物台上，将CCD摄像机通过接口附件置于显微镜上方，将CCD摄像机与计算机的图像采集卡连接起来，打开摄像机。(2)开启光源，开始采集非织造布图像。使用本发明系统处理非织造布图像，具体步骤为-(1)中值滤波取所处理的像素点邻域中各像素灰度值的中间值作为滤波器的输出，从而去除所拍摄的图像中存在的噪声。(2)二值化处理采用乌斯特全局阈值法，把待处理图像的直方图在某一阈值处分割成两组，当被分割成两组间方差为最大时，就确定了要取的阈值。(3)形态学处理包括图像膨胀、图像取反和图像腐蚀。图像膨胀是将纤维体转化为灰度值均一的实体，采用图像形态学处理的膨胀操作，使区域同时从四周向内扩大，以消除纤维体内部由于灰度值不均一造成的空洞。图像取反是将图像中灰度值由0变为1，1变为0，从而使图像中非织造布图像中孔洞的灰度值变为1,孔洞变为白色。图像腐蚀是将细微连接的部分分开，剪去孔洞边缘处的小枝丫，从而将与孔洞相连的非孔洞部分有效地去除。使用本发明系统测量非织造布纤维取向分布，具体步骤为(1)利用本系统的软件对非织造布图像中的孔洞进行标识，对孔洞边缘线的倾斜角度进行测量，从而得到构成孔洞的纤维的倾斜角度。对于任意一个提取出的孔洞图像，检测得到右边缘线矩阵《与左边缘线矩阵乙首先须要判断出矩阵Z与矩阵的第一列否有交点，以及矩阵W与矩阵的最大列是否有交点。若有交点，则以该交点为分界点，分上下两部分分别进行曲线拟合，得到纤维的倾斜角度。(2)对一幅非织造布图像测量100200根纤维的倾斜角度；将180。进行1020等分，统计出该图像中落在各个倾角范围内的纤维根数，再除以纤维总根数，就得到了该倾角范围内纤维根数百分率，此即为该图像中非织造布纤维的取向分布。(3)对步骤(l)中随机抽取的20个非织造布试样分别测量其纤维取向分布，然后求它们的平均值，就得到了该种非织造布的纤维取向分布。利用本发明非织造布纤维取向分布测量方法及系统对某种非织造布进行纤维取向分布测量，测量结果见表l。表1本发明测量结果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l中有关结果的说明如下-表l给出了利用本发明的方法测量得到的非织造布纤维取向分布结果。通过计算，可以得出纤维取向分布的方差为6.39°，取向分布的均值为7.89°，最大值为17.73°，最小值为0.35°，与均值的偏差分别为9.84°与7.54°。图3是该非织造布样品图像。可以看出，非织造布纤维取向分布主要集中在4060°以及90~105°之间，这与图3吻合较好。以上结果表明本发明方法可以有效地测量非织造布的纤维取向分布。权利要求1.一种非织造布纤维取向分布测量系统，包括显微镜、光源、CCD摄像机、接口附件、图像采集卡和计算机，其特征在于所述的光源(2)置于显微镜(1)载物台下方，所述的CCD摄像机(3)通过接口附件(4)置于显微镜(1)上方；所述的CCD摄像机(3)通过显微镜(1)采集放大非织造布图像；所述的图像采集卡(5)将非织造布图像转换成为数字图像并输入计算机(6)中。2.根据权利要求1所述的一种非织造布纤维取向分布测量系统，其特征在于:所述的CCD摄像机(3)采用DASIAP2-42-06K40高速摄像头的CCD摄像机，分辨率为640X480。3.根据权利要求1所述的一种非织造布纤维取向分布测量系统，其特征在于所述的图像采集卡(5)采用Meteor-ll/M型图像采集卡。4.根据权利要求l所述的一种非织造布纤维取向分布测量方法，包括下列步骤(1)进行非织造布取样通过计算机中的非织造布取样模块在非织造布上随机抽取20个试样；所述的非织造布取样模块是在非织造布长度方向和宽度方向均进行io等分，在非织造布上划分了ioo个小格，然后按"之"字形顺序给每个小格编号，计算机会随机产生20个1至100之间的整数，让这20个随机数代表20个小格的号码，再把相应小格的非织造布试样抽取出来；(2)采集非织造布图像将非织造布纤维样品制成切片，放在显微镜下，通过光学显微系统放大图像，釆用CCD摄像机采集经显微镜放大的非织造布图像；(3)处理非织造布图像将采集的非织造布图像经过图像采集卡转换成为数字图像并输入计算机中，并通过图像处理模块对图像进行处理；所述的图像处理模块对图像进行的处理包括中值滤波、二值化处理和形态学处理；(4)测量非织造布纤维取向分布利用纤维取向分布测量模块对非织造布图像中的孔洞进行标识，对孔洞边缘线的倾斜角度进行测量，从而得到构成孔洞的纤维的倾斜角度。5.根据权利要求4所述的一种非织造布纤维取向分布测量方法，其特征在于所述的非织造布取样模块、图像处理模块和纤维取向分布测量模块依次成数据流联结。6.根据权利要求4所述的一种非织造布纤维取向分布测量方法，其特征在于所述的中值滤波是取所处理的像素点邻域中各像素灰度值的中间值作为滤波器的输出；所述的二值化处理采用乌斯特全局阈值法，把待处理图像的直方图在阈值处分割成两组，当被分割成两组间方差为最大时，就确定了要取的阈值；所述的形态学处理包括图像膨胀、图像取反和图像腐蚀，所述的图像膨胀采用图像形态学处理的膨胀操作，使区域同时从四周向内扩大；所述的图像取反是将图像中灰度值由0变为1，1变为0，从而使图像中非织造布图像中孔洞的灰度值变为1，孔洞变为白色；所述的图像腐蚀是将细微连接的部分分开，剪去孔洞边缘处的小枝丫，从而将与孔洞相连的非孔洞部分有效地去除。全文摘要本发明涉及一种非织造布纤维取向分布测量系统和方法，该系统包括显微镜、光源、CCD摄像机、接口附件、图像采集卡和计算机，所述的光源(2)置于显微镜(1)载物台下方，所述的CCD摄像机(3)通过接口附件(4)置于显微镜(1)上方；所述的CCD摄像机(3)通过显微镜(1)采集放大非织造布图像；所述的图像采集卡(5)将非织造布图像转换成为数字图像并输入计算机(6)中。测量方法包括首先进行非织造布取样，然后采集非织造布图像，处理非织造布图像，测量非织造布纤维取向分布。本发明解决了有效测量非织造布纤维取向分布的问题，实现了非织造布的科学、合理取样；操作简便，设备成本较低，测量结果可靠。文档编号G01N21/84GK101241082SQ200810034678公开日2008年8月13日申请日期2008年3月14日优先权日2008年3月14日发明者李立轻,丽王,廷陈,霞陈申请人:东华大学