CN111982908A - 一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备及其分析方法 - Google Patents

一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备及其分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，该设备还包括有：用于对样品玻片采集纤维图像的图像采集装置；具有控制程序以及AI视觉分析模型，用于控制图像采集装置的工作，并对纤维图像进行自动化分析，得出样品玻片中包含的纤维的分析报告的分析计算机；图像采集装置中包括有显微镜以及工业相机；工业相机置于显微镜的显微成像处，且工业相机与显微镜连接；工业相机与显微镜均与分析计算机交互。本发明还提供一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析方法。与现有技术相比，本发明具有设备架构简洁可靠、设备自动化程度高、可控性强、分析过程效率高、自动化程度高、对人工依赖性小、分析准确度高等有益效果。

Description

一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备及其分析方法
技术领域
本发明属于纤维鉴定技术领域，特别涉及基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备。
背景技术
纺织工业中，对待测样品检测器纤维种类、鉴定其中各种类的纤维组分的含量百分比等试验过程，是对纺织物样品作出科学化、数据化测试的重要步骤，而随着我国纺织工业飞速发展，针对纺织物样品的测试也逐渐趋向于标准化、大量化，这就要求检测机构在对测试样品作出检测时，其测试过程科学高效，其测试结构可信可靠。
现有技术中，常使用十分原始传统的人工检测方法完成上述试验：检测人员对待测的纺织品样本采集检测玻片后，以显微镜肉眼观察玻片，凭借自身经验或查阅资料得出鉴定结果，这样的检测方面一方面效率极低，不能满足纺织品工业发展过程中派生的巨量的样品检测需求，另一方面，采用人工进行检测的方法具有浓重的经验色彩，其鉴定结果的准确性难以量化评估，且对检测人员的专业性要求极高，操作起来十分棘手，这些问题，都是本技术领域存在的亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，该设备中一图像采集装置采集样品玻片的图像，将其送入具有AI视觉分析模型的分析计算机中，由该分析计算机以图像为分析样本做出自动化分析，得出样品玻片中包含的对应纤维的种类、组分含量百分比等分析结果，设备在执行整个分析过程是高度自动化，对待测纺织物纤维的分析效率大幅提升。
本发明的另一个目的在于提供一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析，该分析方法基于上述分析设备，整个分析方法执行起来十分方便，不依赖操作人员的经验以及知识储备，可极大地解放劳动力。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，该设备还包括有：
用于对样品玻片采集纤维图像的图像采集装置；
具有控制程序以及AI视觉分析模型，用于控制图像采集装置的工作，并对纤维图像进行自动化分析，得出样品玻片中包含的纤维的分析报告的分析计算机；
图像采集装置中包括有显微镜以及工业相机；
工业相机置于显微镜的显微成像处，且工业相机与显微镜连接；
工业相机与显微镜均与分析计算机交互。
进一步地，显微镜包括有：
底座：用于承载设备中其他部件、起到支承作用；
三轴载物台：具有载物平面，用于承载样品玻片，具有x、y、z三个方向运动自由度；
观察采集头：具有显微成像观察端口以及显微图像采集端口，用于方便操作人员观察样品玻片显微成像以及安装工业相机；
三轴载物台置于底座的上方，与底座活动连接；观察采集头置于三轴载物台的上方，工业相机通过其显微图像采集端口与观察采集头活动连接。
进一步地，底座包括有：
具有光源，用于为样品玻片提供合适的光强的基座；
用于安装三轴载物台以及观察采集头的支承柱；
支承柱固定在基座上方，三轴载物台设置在基座的上方，与支承柱滑动连接，观察采集头设置在三轴载物台的上方，与支承柱固定连接。
进一步地，基座包括有：
LED光源；
具有内部光路通道的基座本体；
用于感应人体靠近的红外感应器；
LED光源与基座本体可拆卸式连接，且LED光源的发光处对齐基座本体中的内部光路通道入口，基座本体中的内部光路通道出口对应三轴载物台设置，红外感应器固定在基座本体面向操作人员的一侧面上；
支承柱沿其轴线方向，在其外立面上开设有供三轴载物台沿z轴方向运动的滑槽。
进一步地，三轴载物台包括有：
用于装夹样品玻片的切片夹；
具有载物平面，用于并承载样品玻片的载物台本体；
载物台本体与支承柱通过滑槽活动连接；
切片夹设置在载物台本体的上部表面上，与载物台本体活动连接，且切片夹沿载物台本体上部表面具有x、y方向运动自由度。
进一步地，载物台本体包括有：载物基板、运动板、x轴电机支架、x轴电机、y轴电机支架，y轴电机；
载物基板与支承柱通过滑槽活动连接；
运动板设置在载物基板的上方，与载物基板活动连接；
y轴电机支架固定在载物基板上，y轴电机与y轴电机支架固定，其电机输出轴与运动板固定；
x轴电机支架固定在运动板上，x轴电机与x轴电机支架固定，其电机输出轴与切片夹连接；
x轴电机以及y轴电机均与分析计算机交互。
进一步地，切片夹包括切片固定板，切片固定板设置在运动板上，与运动板活动连接，且切片固定板与x轴电机的电机输出轴固定；
切片固定板上开设有至少一个与样品玻片相适配、可弹性装夹的样品玻片的容置槽。
进一步地，观察采集头包括有观察采集本体以及观察目镜；
观察采集本体在其显微成像位置处开设有观察端口以及采集端口，观察目镜嵌合在观察端口处，与观察采集头本体连接，并保持光路连通；工业相机嵌合在采集端口处，与观察采集头本体连接，并保持光路连通。
在本发明中还提供一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析方法，该方法包括有以下子步骤：
S1：分析准备：制备样品玻片，将其装夹在切片夹中，打开LED光源，分析计算机控制三轴载物台的x、y、z三个方向上的运动，使得样品玻片停在合适的观察位置上；
S2：定位校准：定位待测的样品玻片的视野范围，并为该样品玻片规划遍历路线，沿该遍历路线设置覆盖全玻片范围的图像采集点；
S3：图像采集：分析计算机控制三轴载物台沿遍历路线移动，在每一个图像采集点处控制工业相机摄录该点处的图像；
S4：自动分析：工业相机与分析计算机交互，将采集到的图像传送回分析计算机中，由分析计算机中的AI视觉分析模型对该图像中包含的纤维进行自动化分析；
S5：进程判断：根据三轴载物台的历史运动情况以及当前三轴载物台的x、y、z实际坐标，判断工业相机是否已经遍历该样品玻片的所有图像采集点，如已遍历完成，则跳转S6；反之返回S3；
S6：汇总报告：汇总该样品玻片所有采集的详细数据，得出该样品玻片中所包含的纤维的分析报告。
进一步地，S3：图像采集包括有以下子步骤：
S31：在样品玻片上沿其边缘标记多个定位点；
S32：分析计算机控制三轴载物台运动，在工业相机清晰摄录到其中一个定位点时，记录当前三轴载物台的具体x、y、z坐标值以标记该定位点；
S33：重复S32直至捕获所有定位点；以所有定位点的x、y、z坐标值划定视野范围；
S34：规划遍历路线；
S35：沿该遍历路线以设定间距设置覆盖全玻片范围的图像采集点。
本发明的有益效果为：
设备架构简洁可靠：通过设置图像采集装置以及分析计算机，利用分析计算机中内置的控制程序，将分析计算机与显微镜连接，控制显微镜工作得到清晰适宜的显微成像，而进一步利用分析计算机中内置的AI分析模型，将分析计算机与工业相机连接，以实现视觉分析技术的纤维自动化分析，设备整体架构清晰，分析计算机以及图像采集装置之间连接简洁，设备整体稳定可靠。
设备自动化程度高、可控性强：在本发明提供的设备中，分析计算机中自身可稳定自主运行，自动化分析，且由于其内预先设置的控制程序，将分析计算机与显微镜以及工业相机交互，则分析计算机可对应控制显微镜中的三轴载物台以及工业相机的具体工作情况，设备整体自动化程度高，具有良好的可控性。
分析过程效率高、自动化程度高、对人工依赖性小：本发明中提供的分析方法基于上述分析设备，以分析准备-定位校准-图像采集-自动分析-进程判断-汇总报告具体执行该方法完成分析报告，整个分析过程中人工仅需对待测的纺织品纤维制备样品玻片，将样品玻片放置到三轴载物台上即可，整体分析过程快速高效，摆脱了纤维分析试验对专业人员的高度依赖。
分析准确度高：分析计算机中内置的控制程序，可数字化、精细化地控制显微镜以及工业相机的工作，而其内部内置的AI分析模型也具备合规的分析争取率，并在后续大量测试集输入的过程中不断修正校准，分析准确率保持较高水平。
附图说明
图1是具体实施方式中所实现的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备的原理框图。
图2是具体实施方式中所实现的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备中显微镜结构示意图。
图3是具体实施方式中所实现的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备中显微镜的爆炸图。
图4是具体实施方式中所实现的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备中三轴载物台的局部结构爆炸示意图。
图5是具体实施方式中所实现的基于视觉分析技术的纤维自动化分析方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
请查阅图1-5。
在本具体实施方式中提供一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，该设备还包括有：
用于对样品玻片采集纤维图像的图像采集装置1；
具有控制程序以及AI视觉分析模型，用于控制图像采集装置的工作，并对纤维图像进行自动化分析，得出样品玻片中包含的纤维的分析报告的分析计算机2；
图像采集装置1中包括有显微镜11以及工业相机12；
工业相机12置于显微镜11的显微成像处，且工业相机12与显微镜连接11；
工业相机12与显微镜11均与分析计算机2交互。
在本具体实施方式中，显微镜11包括有：
底座111：用于承载设备中其他部件、起到支承作用；
三轴载物台112：具有载物平面，用于承载样品玻片，具有x、y、z三个方向运动自由度；
观察采集头113：具有显微成像观察端口以及显微图像采集端口，用于方便操作人员观察样品玻片显微成像以及安装工业相机12；
三轴载物台112置于底座111的上方，与底座111活动连接；观察采集头113置于三轴载物台112的上方，工业相机12通过其显微图像采集端口与观察采集头113活动连接。
在本具体实施方式中，底座111包括有：
具有光源，用于为样品玻片提供合适的光强的基座1111；
用于安装三轴载物台以及观察采集头的支承柱1112；
支承柱1112固定在基座1111上方，三轴载物台112设置在基座1111的上方，与支承柱1112滑动连接，观察采集头113设置在三轴载物台112的上方，与支承柱1112固定连接。
在本具体实施方式中，基座包括有：
LED光源11111；
具有内部光路通道的基座本体11112；
用于感应人体靠近的红外感应器11113；
LED光源11111与基座本体11112可拆卸式连接，且LED光源11111的发光处对齐基座本体11112中的内部光路通道入口，基座本体11112中的内部光路通道出口对应三轴载物台112设置，红外感应器11113固定在基座本体11111面向操作人员的一侧面上；
支承柱1112沿其轴线方向，在其外立面上开设有供三轴载物台112沿z轴方向运动的滑槽A。
在本具体实施方式中，三轴载物台112包括有：
用于装夹样品玻片的切片夹1121；
具有载物平面，用于并承载样品玻片的载物台本体1122；
载物台本体1122与支承柱11112通过滑槽A活动连接；
切片夹1121设置在载物台本体1122的上部表面上，与载物台本体1121活动连接，且切片夹1121沿载物台本体1122上部表面具有x、y方向运动自由度。
在本具体实施方式中，载物台本体1122包括有：载物基板11221、运动板11222、x轴电机支架11223、x轴电机(图未示)、y轴电机支架11224，y轴电机(图未示)；
载物基板11221与支承柱1112通过滑槽A活动连接；
运动板11222设置在载物基板11221的上方，与载物基板11221活动连接；
y轴电机支架11224固定在载物基板11221上，y轴电机与y轴电机支架11224固定，其电机输出轴与运动板11221固定；
x轴电机支架11223固定在运动板11222上，x轴电机与x轴电机支架11223固定，其电机输出轴与切片夹1121连接；
x轴电机以及y轴电机均与分析计算机交互。
在本具体实施方式中，切片夹1121包括切片固定板11211，切片固定板11211设置在运动板11222上，与运动板11222活动连接，且切片固定板11211与x轴电机的电机输出轴固定；
切片固定板11211上开设有至少一个与样品玻片相适配、可弹性装夹的样品玻片的容置槽B。
在本具体实施方式中，观察采集头113包括有观察采集本体1131以及观察目镜1132；
观察采集本体1131在其显微成像位置处开设有观察端口(图未示)以及采集端口C，观察目镜1132嵌合在观察端口处，与观察采集头本体1131连接，并保持光路连通；工业相机12嵌合在采集端口C处，与观察采集头本体1131连接，并保持光路连通。
在本具体实施方式中还提供一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析方法，该方法包括有以下子步骤：
S1：分析准备：制备样品玻片，将其装夹在切片夹1121中，打开LED光源11111，分析计算机2控制三轴载物台112的x、y、z三个方向上的运动，使得样品玻片停在合适的观察位置上；
S2：定位校准：定位待测的样品玻片的视野范围，并为该样品玻片规划遍历路线，沿该遍历路线设置覆盖全玻片范围的图像采集点；
S3：图像采集：分析计算机2控制三轴载物台112沿遍历路线移动，在每一个图像采集点处控制工业相机12摄录该点处的图像；
S4：自动分析：工业相机12与分析计算机2交互，将采集到的图像传送回分析计算机2中，由分析计算机2中的AI视觉分析模型对该图像中包含的纤维进行自动化分析；
S5：进程判断：根据三轴载物台112的历史运动情况以及当前三轴载物台112的x、y、z实际坐标，判断工业相机12是否已经遍历该样品玻片的所有图像采集点，如已遍历完成，则跳转S6；反之返回S3；
S6：汇总报告：汇总该样品玻片所有采集的详细数据，得出该样品玻片中所包含的纤维的分析报告。
在本具体实施方式中，S3：图像采集包括有以下子步骤：
S31：在样品玻片上沿其边缘标记多个定位点；
S32：分析计算机2控制三轴载物台112运动，在工业相机12清晰摄录到其中一个定位点时，记录当前三轴载物台112的具体x、y、z坐标值以标记该定位点；
S33：重复S32直至捕获所有定位点；以所有定位点的x、y、z坐标值划定视野范围；
S34：规划遍历路线；
S35：沿该遍历路线以设定间距设置覆盖全玻片范围的图像采集点。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，该设备还包括有：
用于对样品玻片采集纤维图像的图像采集装置；
具有控制程序以及AI视觉分析模型，用于控制所述图像采集装置的工作，并对纤维图像进行自动化分析，得出样品玻片中包含的纤维的分析报告的分析计算机；
所述图像采集装置中包括有显微镜以及工业相机；
所述工业相机置于所述显微镜的显微成像处，且所述工业相机与所述显微镜连接；
所述工业相机与所述显微镜均与所述分析计算机交互。
2.如权利要求1所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，所述显微镜包括有：
底座：用于承载设备中其他部件、起到支承作用；
三轴载物台：具有载物平面，用于承载样品玻片，具有x、y、z三个方向运动自由度；
观察采集头：具有显微成像观察端口以及显微图像采集端口，用于方便操作人员观察样品玻片显微成像以及安装工业相机；
所述三轴载物台置于所述底座的上方，与所述底座活动连接；所述观察采集头置于所述三轴载物台的上方，所述工业相机通过其显微图像采集端口与所述观察采集头活动连接。
3.如权利要求2所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，所述底座包括有：
具有光源，用于为样品玻片提供合适的光强的基座；
用于安装所述三轴载物台以及观察采集头的支承柱；
所述支承柱固定在所述基座上方，所述三轴载物台设置在所述基座的上方，与所述支承柱滑动连接，所述观察采集头设置在所述三轴载物台的上方，与所述支承柱固定连接。
4.如权利要求3所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，所述基座包括有：
LED光源；
具有内部光路通道的基座本体；
用于感应人体靠近的红外感应器；
所述LED光源与所述基座本体可拆卸式连接，且LED光源的发光处对齐所述基座本体中的内部光路通道入口，所述基座本体中的内部光路通道出口对应所述三轴载物台设置，所述红外感应器固定在所述基座本体面向操作人员的一侧面上；
所述支承柱沿其轴线方向，在其外立面上开设有供三轴载物台沿z轴方向运动的滑槽。
5.如权利要求4所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，所述三轴载物台包括有：
用于装夹样品玻片的切片夹；
具有载物平面，用于并承载样品玻片的载物台本体；
所述载物台本体与所述支承柱通过所述滑槽活动连接；
所述切片夹设置在所述载物台本体的上部表面上，与所述载物台本体活动连接，且所述切片夹沿所述载物台本体上部表面具有x、y方向运动自由度。
6.如权利要求5所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，所述载物台本体包括有：载物基板、运动板、x轴电机支架、x轴电机、y轴电机支架，y轴电机；
所述载物基板与所述支承柱通过所述滑槽活动连接；
所述运动板设置在所述载物基板的上方，与所述载物基板活动连接；
所述y轴电机支架固定在所述载物基板上，所述y轴电机与所述y轴电机支架固定，其电机输出轴与所述运动板固定；
所述x轴电机支架固定在所述运动板上，所述x轴电机与所述x轴电机支架固定，其电机输出轴与切片夹连接；
所述x轴电机以及所述y轴电机均与所述分析计算机交互。
7.如权利要求6所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，所述切片夹包括切片固定板，所述切片固定板设置在所述运动板上，与所述运动板活动连接，且所述切片固定板与所述x轴电机的电机输出轴固定；
所述切片固定板上开设有至少一个与样品玻片相适配、可弹性装夹的样品玻片的容置槽。
8.如权利要求7所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析设备，其特征在于，所述观察采集头包括有观察采集本体以及观察目镜；
所述观察采集本体在其显微成像位置处开设有观察端口以及采集端口，所述观察目镜嵌合在所述观察端口处，与所述观察采集头本体连接，并保持光路连通；所述工业相机嵌合在所述采集端口处，与所述观察采集头本体连接，并保持光路连通。
9.一种基于视觉分析技术的纤维自动化分析方法，其特征在于，该方法包括有以下子步骤：
S1：分析准备：制备样品玻片，将其装夹在所述切片夹中，打开所述LED光源，所述分析计算机控制所述三轴载物台的x、y、z三个方向上的运动，使得样品玻片停在合适的观察位置上；
S2：定位校准：定位待测的样品玻片的视野范围，并为该样品玻片规划遍历路线，沿该遍历路线设置覆盖全玻片范围的图像采集点；
S3：图像采集：所述分析计算机控制所述三轴载物台沿遍历路线移动，在每一个图像采集点处控制所述工业相机摄录该点处的图像；
S4：自动分析：所述工业相机与所述分析计算机交互，将采集到的图像传送回所述分析计算机中，由所述分析计算机中的AI视觉分析模型对该图像中包含的纤维进行自动化分析；
S5：进程判断：根据所述三轴载物台的历史运动情况以及当前所述三轴载物台的x、y、z实际坐标，判断所述工业相机是否已经遍历该样品玻片的所有图像采集点，如已遍历完成，则跳转S6；反之返回S3；
S6：汇总报告：汇总该样品玻片所有采集的详细数据，得出该样品玻片中所包含的纤维的分析报告。
10.如权利要求9所述的基于视觉分析技术的纤维自动化分析方法，其特征在于，所述S3：图像采集包括有以下子步骤：
S31：在样品玻片上沿其边缘标记多个定位点；
S32：所述分析计算机控制所述三轴载物台运动，在所述工业相机清晰摄录到其中一个定位点时，记录当前所述三轴载物台的具体x、y、z坐标值以标记该定位点；
S33：重复S32直至捕获所有定位点；以所有定位点的x、y、z坐标值划定视野范围；
S34：规划遍历路线；
S35：沿该遍历路线以设定间距设置覆盖全玻片范围的图像采集点。
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