CN102288526A - 一种检测非织造织物渗透率的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测非织造织物渗透率的装置和方法，所述的检测非织造织物渗透率的装置，其特征在于，包括握柄，握柄上设有滑钮开关，握柄连接图像采集与处理装置，图像采集与处理装置上侧设有显示器和面板按钮，图像采集与处理装置下侧设有定距装置、照明装置和CCD摄像头，滑钮开关连接图像采集与处理装置、CCD摄像头、照明装置和显示器，图像采集与处理装置连接面板按钮、CCD摄像头和显示器。本发明能够即时检测非织造织物渗透率，可在织物表面任意部位检测，操作简便快捷，准确率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测非织造织物渗透率的装置及方法，属于纺织测量仪器技术领域。
背景技术
非织造织物具有生产成本低、原料适应性广、孔隙率高、排水过滤性能优异等优良性能，因而作为过滤材料广泛应用于土木工程和建筑领域。作为过滤材料，需要根据被保护土的特性和现场水流条件选择合适的非织造织物，而渗透率是选择织物的重要指标。
对于非织造织物渗透率的检测，比较通用的是恒水头试验法（GB/T15789-2005）：在恒定水头下，测试水流垂直通过单层、无法向负荷织物的流速，根据达西定律计算织物的渗透率，该方法操作复杂，费时费力，且需要专门制样。
发明内容
本发明的目的在于针对现有非织造织物渗透率检测技术的不足，提供一种检测非织造织物渗透率的装置及方法，可以快速、简便、准确地测试非织造织物的渗透率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种检测非织造织物渗透率的装置，其特征在于，包括握柄，握柄上设有滑钮开关，握柄连接图像采集与处理装置，图像采集与处理装置上侧设有显示器和面板按钮，图像采集与处理装置下侧设有定距装置、照明装置和CCD摄像头，滑钮开关连接图像采集与处理装置、CCD摄像头、照明装置和显示器，图像采集与处理装置连接面板按钮、CCD摄像头和显示器。
优选地，所述的图像采集与处理装置包括图像采集器、图像处理器和图像储存器，图像采集器连接面板按钮、CCD摄像头和图像储存器，图像储存器连接图像处理器，图像处理器连接显示器。
优选地，所述的照明装置为LED灯。
本发明还提供了一种检测非织造织物渗透率的方法，其特征在于，采用上述装置，具体步骤为：
步骤1：将定距装置紧罩于非织造织物试样的测试部位上方，启动滑钮开关以打开照明装置、CCD摄像头、图像采集与处理装置和显示器，显示器实时显示CCD摄像头拍摄的图像，图像采集与处理装置处于准备状态；
步骤2：当面板按钮发出拍照指令后，图像采集器从CCD摄影头所拍摄的画面中选取一帧，并储存到图像储存器中；
步骤3：图像处理器提取储存在图像储存器中的图像信息，将其转换成灰度图像，进行图像增强处理，采用大律法选取阈值，进行图像二值化处理，二值化图像中黑色区域代表非织造织物中的孔隙，采用定距装置对图像所代表的实际尺寸进行标定，找出二值化图像中面积最大的黑色区域，将其等效为圆形，相应的等效直径即为织物的最大孔径 ；
步骤4：按照下式计算织物的渗透率：
其中，
为织物的渗透率，
为整个图像的实际面积，
为分形维数，
为织物最大孔径。
优选地，所述步骤4中的分形维数
的计算方法为：
步骤a：选取一个用像素表示的半径标准值
，
取值范围为0~ r’ max ，r’ max 为用像素表示的织物的最大空隙的等效半径；
步骤b：统计用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B，按下式计算剩余面积
：
其中，C为用像素表示的图像总面积，B为用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B；
步骤c：改变
，重复步骤a、b；
步骤d：以log（r）为Y轴，以log（S）为X轴，做
双对数图
步骤e：在无标度区域内用最小二乘法进行线性拟合，求出直线斜率
；
步骤f：按下式计算孔隙的分形维数
：
其中，
为直线斜率。
本发明的有益效果是：
（1）本发明能够即时检测非织造织物渗透率，可在织物表面任意部位检测，且不需要预先制样；
（2）本发明设计了图像处理和渗透率测试方法，操作简便快捷、即时性强、结果准确可靠，克服了现有方法测试效率低、制样复杂、人为操作误差大等缺点；
（3）本发明设计了定距装置使得图像尺寸得以准确标定，可以准确测量实际孔隙等效直径长度，避免了因摄像头与目标物距离变化引起图像尺寸标定不一致，导致对目标物的特征长度提取产生的误差。
附图说明
图1为本发明的工作流程示意图；
图2为检测非织造织物渗透率的装置后视图；
图3为检测非织造织物渗透率的装置俯视图；
图4为检测非织造织物渗透率的装置仰视图；
图5为检测非织造织物渗透率的装置左视图；
图6为检测非织造织物渗透率的装置前视图；
图7为检测非织造织物渗透率的装置立体图。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明。
实施例1
如图7所示，为检测非织造织物渗透率的装置立体图，所述的检测非织造织物渗透率的装置，由滑钮开关1、握柄2、定距装置3、显示器4、面板按钮5、照明装置6、CCD摄像头7和图像采集与处理装置8组成。如图2所示，为其后视图，图5为其左视图，握柄2上设有滑钮开关1，握柄2连接图像采集与处理装置8，如图3所示，为其俯视图，图像采集与处理装置8上侧设有显示器4和面板按钮5，如图4所示，为其仰视图，图6为其前视图，图像采集与处理装置8下侧设有定距装置3、照明装置6和CCD摄像头7，滑钮开关1连接图像采集与处理装置8、CCD摄像头7、照明装置6和显示器4，图像采集与处理装置8连接面板按钮5、CCD摄像头7和显示器4。所述的图像采集与处理装置8包括图像采集器、图像处理器和图像储存器，图像采集器连接面板按钮5、CCD摄像头7和图像储存器，图像储存器连接图像处理器，图像处理器连接显示器4。
定距装置3高度为1.5厘米，使CCD摄像头7与织物表面的垂直距离保持1.5厘米，采用定距装置3对图像与实际尺寸进行标定，即实际尺寸的1厘米线段与所采集图像中200个像素相当，依此比例关系测量实际孔隙直径；照明装置6安在CCD摄像头7旁，采用LED灯；整个装置采用握持设计，电源部件安装在握柄部件2中。
本发明中，滑钮开关1控制图像采集与处理装置8、照明装置6和显示器4的开启和关闭，面板按钮5控制图像采集器和图像处理器的工作。当面板按钮5发出拍照指令后，图像采集器从CCD摄影头7所拍摄的图像中选取一帧，并储存到图像采集与处理装置8中的图像储存器，图像处理器提取储存在图像储存器中的图像信息开始进行图像处理和分析，并将结果显示在显示器4上。
实施例2
如图1所示，本发明的工作流程示意图，取聚酯纤维针刺非织造织物，织物平方米克重为400g/m2，厚度为5.2mm，采用实施例1中所述的检测非织造织物渗透率的装置进行检测的具体步骤如下：
步骤1：将定距装置3紧罩于非织造织物试样的测试部位上方，启动滑钮开关1以打开照明装置6、CCD摄像头7、图像采集与处理装置8和显示器4，显示器4实时显示CCD摄像头7拍摄的图像，图像采集与处理装置8处于准备状态；
步骤2：当面板按钮5发出拍照指令后，图像采集器从CCD摄影头7所拍摄的画面中选取一帧，并储存到图像储存器中；
步骤3：图像处理器提取储存在图像储存器中的图像信息，将其转换成灰度图像，进行图像增强处理，采用大律法选取阈值，进行图像二值化处理，二值化图像中黑色区域代表非织造织物中的孔隙，采用定距装置3对图像所代表的实际尺寸进行标定，找出二值化图像中面积最大的黑色区域，将其等效为圆形，相应的等效直径即为织物的最大孔径
=0.12 mm；
步骤4：按照以下方法计算分形维数
：
步骤a：选取一个用像素表示的半径标准值
，
取值范围为0~ r’ max ，r’ max 为用像素表示的织物的最大空隙的等效半径，r’ max =0.12mm。
步骤b：统计用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B，按下式计算剩余面积
：
=C-B；
其中，C为用像素表示的图像总面积，B为用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B；
步骤c：改变
，重复步骤a、b；
步骤d：以log（r）为Y轴，以log（S）为X轴，做
双对数图，在无标度区域内用最小二乘法进行线性拟合，求出直线斜率
=0.027；
步骤e：按下式计算孔隙的分形维数
：
步骤f：按照下式计算织物的渗透率，
其中，
为织物的渗透率，
为整个图像的实际面积，
为分形维数，为织物的最大孔径，计算得到织物渗透率
为0.64cm/s。
实施例3
取聚酯纤维针刺非织造织物，织物平方米克重为260g/m2，厚度为3.8mm，检测步骤如下：
步骤1：将定距装置3紧罩于非织造织物试样的测试部位上方，启动滑钮开关1以打开照明装置6、CCD摄像头7、图像采集与处理装置8和显示器4，显示器4实时显示CCD摄像头7拍摄的图像，图像采集与处理装置8处于准备状态；
步骤2：当面板按钮5发出拍照指令后，图像采集器从CCD摄影头7所拍摄的画面中选取一帧，并储存到图像储存器中；
步骤3：图像处理器提取储存在图像储存器中的图像信息，将其转换成灰度图像，进行图像增强处理，采用大律法选取阈值，进行图像二值化处理，二值化图像中黑色区域代表非织造织物中的孔隙，采用定距装置3对图像所代表的实际尺寸进行标定，找出二值化图像中面积最大的黑色区域，将其等效为圆形，相应的等效直径即为织物的最大孔径
=0.14mm；
步骤4：按照以下方法计算分形维数
：
步骤a：选取一个用像素表示的半径标准值
，
取值范围为0~ r’ max ，r’ max 为用像素表示的织物的最大空隙的等效半径，r’ max =0.14mm。
步骤b：统计用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B，按下式计算剩余面积
：
其中，C为用像素表示的图像总面积，B为用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B；
步骤c：改变
，重复步骤a、b；
步骤d：以log（r）为Y轴，以log（S）为X轴，做
双对数图，在无标度区域内用最小二乘法进行线性拟合，求出直线斜率
=0.022；
步骤e：按下式计算孔隙的分形维数
：
步骤f：按照下式计算织物的渗透率，
；
其中，
为织物的渗透率，
为整个图像的实际面积，
为分形维数，
为织物的最大孔径，计算得到织物渗透率
为1.19cm/s。
实施例4
取聚酯纤维针刺非织造织物，织物平方米克重为180g/m2，厚度为2.6mm，检测步骤如下：
步骤1：将定距装置3紧罩于非织造织物试样的测试部位上方，启动滑钮开关1以打开照明装置6、CCD摄像头7、图像采集与处理装置8和显示器4，显示器4实时显示CCD摄像头7拍摄的图像，图像采集与处理装置8处于准备状态；
步骤2：当面板按钮5发出拍照指令后，图像采集器从CCD摄影头7所拍摄的画面中选取一帧，并储存到图像储存器中；
步骤3：图像处理器提取储存在图像储存器中的图像信息，将其转换成灰度图像，进行图像增强处理，采用大律法选取阈值，进行图像二值化处理，二值化图像中黑色区域代表非织造织物中的孔隙，采用定距装置3对图像所代表的实际尺寸进行标定，找出二值化图像中面积最大的黑色区域，将其等效为圆形，相应的等效直径即为织物的最大孔径
=0.13mm；
步骤4：按照以下方法计算分形维数
：
步骤a：选取一个用像素表示的半径标准值
，
取值范围为0~ r’ max ，r’ max 为用像素表示的织物的最大空隙的等效半径，r’ max =0.13mm。
步骤b：统计用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B，按下式计算剩余面积
：
其中，C为用像素表示的图像总面积，B为用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B；
步骤c：改变
，重复步骤a、b；
步骤d：以log（r）为Y轴，以log（S）为X轴，做
双对数图，在无标度区域内用最小二乘法进行线性拟合，求出直线斜率
=0.023；
步骤e：按下式计算孔隙的分形维数：
步骤f：按照下式计算织物的渗透率，
其中，
为织物的渗透率，
为整个图像的实际面积，
为分形维数，
为织物的最大孔径，计算得到织物渗透率
为0.88cm/s。
Claims (5)
1.一种检测非织造织物渗透率的装置，其特征在于，包括握柄（2），握柄（2）上设有滑钮开关（1），握柄（2）连接图像采集与处理装置（8），图像采集与处理装置（8）上侧设有显示器（4）和面板按钮（5），图像采集与处理装置（8）下侧设有定距装置（3）、照明装置（6）和CCD摄像头（7），滑钮开关（1）连接图像采集与处理装置（8）、CCD摄像头（7）、照明装置（6）和显示器（4），图像采集与处理装置（8）连接面板按钮（5）、CCD摄像头（7）和显示器（4）。
2.如权利要求1所述的检测非织造织物渗透率的装置，其特征在于，所述的图像采集与处理装置（8）包括图像采集器、图像处理器和图像储存器，图像采集器连接面板按钮（5）、CCD摄像头（7）和图像储存器，图像储存器连接图像处理器，图像处理器连接显示器（4）。
3.如权利要求1所述的检测非织造织物渗透率的装置，其特征在于，所述的照明装置（6）为LED灯。
4.一种检测非织造织物渗透率的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的检测非织造织物渗透率的装置，具体步骤为：
步骤1：将定距装置（3）紧罩于非织造织物试样的测试部位上方，启动滑钮开关（1）以打开照明装置（6）、CCD摄像头（7）、图像采集与处理装置（8）和显示器（4），显示器（4）实时显示CCD摄像头（7）拍摄的图像，图像采集与处理装置（8）处于准备状态；
步骤2：当面板按钮（5）发出拍照指令后，图像采集器从CCD摄影头（7）所拍摄的画面中选取一帧，并储存到图像储存器中；
步骤3：图像处理器提取储存在图像储存器中的图像信息，将其转换成灰度图像，进行图像增强处理，采用大律法选取阈值，进行图像二值化处理，二值化图像中黑色区域代表非织造织物中的孔隙，采用定距装置（3）对图像所代表的实际尺寸进行标定，找出二值化图像中面积最大的黑色区域，将其等效为圆形，相应的等效直径即为织物的最大孔径 ；
步骤4：按照下式计算织物的渗透率：
；
其中，
为织物的渗透率，
为整个图像的实际面积，为分形维数，
为织物最大孔径。
5.如权利要求4所述的检测非织造织物渗透率的方法，其特征在于，所述步骤4中的分形维数的计算方法为：
步骤a：选取一个用像素表示的半径标准值
，
取值范围为0~ r’ max ，r’ max 为用像素表示的织物的最大空隙的等效半径；
步骤b：统计用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B，按下式计算剩余面积
：
=C -B；
其中，C为用像素表示的图像总面积，B为用像素表示的等效半径大于等于
的孔隙的总面积B；
步骤c：改变
，重复步骤a、b；
步骤d：以log（r）为Y轴，以log（S）为X轴，做
双对数图，在无标度区域内用最小二乘法进行线性拟合，求出直线斜率
；
步骤e：按下式计算孔隙的分形维数
：
其中，
为直线斜率。
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