CN101726266B

CN101726266B - 利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法

Info

Publication number: CN101726266B
Application number: CN2009102000541A
Authority: CN
Inventors: 王荣武; 殷保璞; 靳向煜; 吴海波; 王洪
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: CN101726266A

Abstract

本发明涉及一种利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法，该方法利用图像缝合方法快速获取非织造布上多个粘合循环单元图像、利用图像分割提取轧点目标，对轧点目标进行种子填充，测试多个轧点面积，计算轧点平均面积、最后利用欧式距离方法计算出包含多个粘合循环单元的平行四边形区域的底边和高，求出总面积。根据轧点面积、循环单元的面积，即可计算出非织造布轧点占总面积的比率。本发明可测试各种热轧粘合非织造布轧点面积及其占总面积的比率，并具有测试速度快，结果直观，准确的特点，可用于热轧粘合非织造材料的性能分析和热轧辊的优化设计。

Description

利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法

技术领域

本发明属计算机应用技术领域，特别是涉及一种利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法。

背景技术

利用热轧等方法粘合加固纤网是非织造工艺中一种重要方法，热轧粘合法非织造工艺具有生产速度快，产品不含化学粘合剂、能耗低等优点。通过点粘合的热轧非织造材料是由规则形状的粘合区域和纤维区两种结构组成。热轧非织造布轧点面积比率是指在非织造布粘合循环单元中，粘合区域面积所占循环单元面积的百分比。

热轧非织造布轧点面积比率对热轧工艺技术和非织造材料性能有重要意义。工艺上可选择合适轧点面积及比率的热轧辊来控制非织造布轧点面积比率。通常情况下，热轧非织造轧点面积大、轧点面积比率高，非织造材料强度高、弹性差、手感硬，反之，材料强度低、弹性好、手感柔软。

常规的热轧非织造布轧点面积比率测试方法利用显微镜拍摄非织造布的显微放大图像或照片，通过手工测量的方法计算轧点面积及粘合循环单元的面积。这种方法存在以下问题：(1)手工测量无法准确测定不规则轧点的面积；(2)显微镜单视野中很难获取完整、清晰的粘合循环单元图像，导致循环单元的面积计算不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用图像采集、图像缝合、不规则目标面积测量、长度测量等计算机数字图像处理技术，快速准确地测试热轧非织造布轧点面积比率的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法，包括如下步骤：

(1)利用自动显微镜地毯式采集图像，将得到的图像进行缝合，得到非织造布表面至少9个循环单元的清晰显微全景图像；

(2)利用缝合得到的非织造布表面图像上粘合区域与非粘合区域的灰度差异，将图像进行二值化分割；

(3)利用种子填充(又称灌水)算法测试轧点的面积，根据图像分割提取出的轧点目标轮廓快速准确的测试各个轧点的面积，计算轧点的平均面积；

(4)绘制包含至少9个循环单元的平行四边形区域，测试平行四边形线底边和高，计算出多个循环单元的面积，及粘合循环单元的平均面积；

(5)计算轧点的平均面积、粘合循环单元的平均面积，二者相除，得到轧点面积占总面积的比率。

所述的步骤(1)中的循环单元可根据待测试非织造布的轧点大小决定地毯式采集的行列数量，如果轧点及循环单元面积较大，单个全景图无法采集到9个循环以上，可在布样的不同位置取多个试样，分别采集全景图像，将测试的循环单元面积进行累加。

所述的步骤(2)中将图像进行二值化分割采用自动阈值分割结合人工微调的方法。由于图像采集过程中摄像机的曝光程度，以及布样的透光性等差异，自动阈值分割后的结果需要人工微调，以满足轧点区域闭合，图像分割效果好为准。如果全景图采集质量较差或测试样品的轧点形状不完整，可采用绘图工具将轧点目标勾勒出后再进行图像分割。

所述的步骤(3)中测试的轧点个数至少为15个；对于轧点面积变化的非织造布，可增加测试样品的数量、增加测试轧点的数量。

其中，轧点平均面积可用下式计算：

\overset{&OverBar;}{S_{B}} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} S_{i}}{n}

(公式1)

式中，

S_B为轧点平均面积；

n为测试的轧点总数，为保证测试精度n应大于15；

i为测试的某轧点编号；

S_i为测试的某轧点面积。

其中，粘合循环单元的平均面积可用下式计算：

\overset{&OverBar;}{S_{U}} = \frac{H \cdot L}{n}

(公式2)

式中，

S_U为粘合循环单元的平均面积；

H为包含n个粘合循环单元的平行四边形的高；

L为包含n个粘合循环单元的平行四边形的底边长度；

n为平行四边形中包含的粘合循环单元的数量。

其中，轧点面积占总面积比率可用下式计算

R＝S_B/S_U (公式3)

式中，

R为轧点面积占总面积比率。

有益效果

本发明可测试各种热轧粘合非织造布轧点面积及其占总面积的比率，并具有测试速度快，结果直观，准确的特点，可用于热轧粘合非织造材料的性能分析和热轧辊的优化设计。

附图说明

图1通过图像缝合得到的非织造布显微全景图。

图2图像分割后的非织造布显微全景图。

图3种子填充计算多个轧点面积图。

图4测试平行四边形线底边和高的数据示意图。

图5采集的显微镜测微尺图像。

图6～9为第一类实施例1图像。

图10～13为第一类实施例2图像。

图14～17为第二类实施例1图像。

图18～22第二类实施例2图像。

图23～26第二类实施例3图像。

图27为本发明流程示意图。

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。

本发明的实施包括如下步骤：

第一步中，通过全自动显微镜地毯式采集图像(图1)，经过图像缝合得到的非织造布显微全景图，此图应包含至少9个粘合循环单元。

第二步中，将缝合得到的非织造布表面显微图像进行二值化分割(图2)，可采用自动分割结合人工微调的方法保证轧点目标图像分割准确。

第三步中，选择分割良好、完整的轧点，利用种子填充算法分别计算15个以上轧点面积，不同轧点可以不同颜色或编号进行标注以示区分(图3)。

第四步中，首先选择包含不少于9个粘合循环单元的平行四边形区域，利用软件测试平行四边形线底边和高的数据，计算平行四边形，即多个粘合循环单元的总面积。(如图4所示)

实施本发明图像采集，需使用具有三维自动载物台的光学显微镜。

实施本发明中涉及的图像缝合、轧点面积测试、粘合循环单元面积测试、直线长度测试等功能，可利用通用图像分析软件，也可采用针对此几项功能的专用图像分析软件。

实施测试前，首先进行系统光学放大倍数的标定。

首先根据显微镜测微尺对光学系统的放大倍数进行标定，计算出图像中像素与实际尺寸的比例关系。本专利实例中使用的光学系统的放大倍数：一个像素的实际距离为13.69微米。如图5所示。

第一类：非织布全景图像中轧点清晰，可利用图像阈值分割结合种子填充的方法，直接计算轧点面积。

第一类实例1如图6～9所示：

(1)首先通过图像缝合得到的非织造布显微全景图，可根据布样厚度调整显微镜光源，使得全景图的对比度提高，减少图像分割的难度。

(2)图像分割后的非织造布显微全景图。

(3)本例中，利用种子填充计算了15个轧点面积，平均面积为2528015平方微米。

(4)本例测试包含9个粘合循环单元的平行四边形面积，平行四边形底边10224.4微米，高8871.6微米，面积为90706787.0平方微米。平均后得出一个粘合循环单元的面积为10078531.9平方微米，轧点面积比率为25.08％.

第一类实例2，如图10～13

(1)通过图像缝合得到的非织造布显微全景图。

(2)图像分割后的非织造布显微全景图。

(3)本例轧点较小，可增加轧点面积的测试数量或增加测试样片数量，以降低轧点面积的测试误差。本例利用种子填充方法测试了34个轧点，轧点平均面积为120495.2平方微米。

(4)本例测试包含16个粘合循环单元的平行四边形面积，平行四边形底边：8708.8微米，高：4519.2微米，面积为39356808.9平方微米，一个粘合循环单元的面积为平2459800.6方微米，轧点面积比率为4.9％.

第二类：非织布全景图像中，轧点形状不清晰。

此类样品可根据造成轧点形状不清晰的原因采用不同的实验方案：

(1)非织造测试样本个体存在缺陷。可选择样本无缺陷的区域进行测试，或更换测试样本后，再次试验。

(2)工艺等原因造成轧点形状不完整。可利用软件将目标勾勒出后，再用种子填充计算轧点面积。

(3)样品面密度、厚薄不同等因素造成的全景图采集不清晰。可增加轧点面积的测试数量并选择图像分割良好的区域进行轧点面积计算；也可采用提高光学显微镜对比度的方法重新采集全景图；也可采用(2)中的介绍的“工艺等原因造成轧点形状不完整”的测试方案。

第二类实例1非织造测试样本个体存在缺陷，如图14～17所示：

(1)通过图像缝合得到的非织造布显微全景图。

(2)图像分割后的非织造布显微全景图。

(3)本例中，利用种子填充计算了44个轧点面积，平均面积为409291.6平方微米，测试时，应避开布样本身缺陷的区域。

(4)本例测试了包围30个粘合循环单元的平行四边形面积，其底边7233.2微米，高6467.3微米，平行四边形面积为46779274.4平方微米，单个粘合循环单元的面积为1559309.2平方微米，轧点面积比率为26.25％，测试平行四边形面积时，应避开布样本身缺陷的区域。

第二类实例2轧点形状不完整，如图18～22所示。

(1)通过图像缝合得到的非织造布显微全景图。

(2)图像分割后的非织造布显微全景图。

(3)如果轧点形状不完整或图像分割效果不理想，就不能直接使用种子填充计算轧点面积，此时可使用软件图像绘制工具将目标区域勾勒出来，之后再利用种子填充来计算勾勒出的轧点区域面积。

(4)本例利用种子填充计算了17个勾勒出的轧点面积，平均面积为828951.8平方微米。

(5)本例测试包含12个粘合循环单元的平行四边形面积，平行四边形底边：9222.3微米，高：6016.9微米，面积为55489656.9平方微米。一个粘合循环单元的面积为4624138.1平方微米，轧点面积比率为17.93％.

第二类实施例子3：全景图采集不清晰，如图23～26所示。

(1)通过图像缝合得到的非织造布显微全景图。

(2)由于显微镜成像等因素造成的全景图采集不清晰，从而导致部分区域轧点形状不完整。

(3)可适当增加轧点面积的测试数量并选择图像分割良好的区域进行轧点面积计算；也可提高图像对比度重新进行全景图采集；或采用此时可使用图像绘制工具将目标区域勾勒出来，之后再利用种子填充来计算勾勒出的轧点区域面积。本例中测试31轧点面积，平均后的轧点面积为463680.8平方微米。

(4)本例测试包含12个粘合循环单元的平行四边形面积，平行四边形底边：7532.1微米，高：5150.4微米，面积为38793327.8平方微米。一个粘合循环单元的面积为3232777.3平方微米，轧点面积比率为14.34％。

Claims

1.一种利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法，包括如下步骤：

(3)利用种子填充又称灌水算法测试轧点的面积，根据图像分割提取出的轧点目标轮廓快速准确的测试各个轧点的面积，计算轧点的平均面积；

(4)绘制包含至少9个循环单元的平行四边形区域，测试平行四边形底边和高，计算出多个循环单元的面积，及粘合循环单元的平均面积；

2.根据权利要求1所述的一种利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的循环单元根据待测试非织造布的轧点大小决定地毯式采集的行列数量，如果轧点及循环单元面积较大，单个全景图无法采集到9个循环以上，在布样的不同位置取多个试样，分别采集全景图像，将测试的循环单元面积进行累加。

3.根据权利要求1所述的一种利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中将图像进行二值化分割采用自动阈值分割结合人工微调的方法。

4.根据权利要求1所述的一种利用计算机图像处理测定热轧非织造布轧点面积比率的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中测试的轧点个数至少为15个；对于轧点面积变化的非织造布，增加测试样品的数量或增加测试轧点的数量。