KR20070045142A - 섬유 시험 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 셀룰로오스 섬유의 시료에 대한 성숙도 또는 세포벽의 후도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은,
(a) 섬유 시료를 편광에 노출하는 단계;
(b) 이미지(들)가 상기 시료로부터의 간섭색을 포함하도록 교차 편광 렌즈 및 보상판을 통해 상기 시료의 하나 이상의 이미지를 캡쳐링(capturing)하는 단계; 및
(c) 이미지(들)의 간섭색 데이터를 표준 성숙도 데이터와 비교함에 의해 셀룰로오스 섬유의 성숙도를 결정하기 위해 상기 단계 (b)에서 캡쳐링된 이미지(들)에 대해 컴퓨터 분석을 수행하는 단계
를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 섬유의 성숙도 또는 세포벽의 후도를 결정하기 위해 섬유 시료를 편광에 노출하기 위한 광로, 이미지 캡쳐링 수단 및, 상기 이미지를 분석하기 위한 컴퓨터를 포함한다.
섬유, 성숙도, 세포벽의 후도, 간접색, 편광 현미경, 디지털 카메라, 컴퓨터
Description
본 발명은 면 섬유를 포함하는 천연 셀룰로오스 섬유로 된 시료의 성숙도 또는 세포벽의 후도(degree of cell wall thickening)를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
면과 같은 셀룰로오스 섬유는 일반적으로 중앙에 루멘 또는 중공 부분을 가지며, 나머지 부분은 세포벽을 가지는 섬유 세포의 원형질로 나타난다. 셀룰로오스 섬유 구조를 가지는 섬유의 품질에 영향을 주는 중요한 성질은 셀룰로오스에 대한 세포벽의 후도이고, 이는 종종 섬유의 성숙도 또는 원형도(circularity)라고 지칭된다.
섬유 제조업자 및 방적업자들은, 섬유의 성숙도를 화학적 및 물리적 측면에서 가공 처리를 위한 섬유의 적합성을 판단하는 중요한 척도로 여긴다.
예를 들면, 미성숙 섬유인 경우, 즉 세포벽이 작거나 없는 섬유는, 공정 중 다음과 같은 문제가 발생하는 것으로 알려져 있다: 넵(nep)이라 불리우는 작은 엉킴, 가공사를 포함하는 공정 섬유 집합체 내 불균제도 및, 패브릭의 염색에서의 불균일.
보다 일반적으로, 미성숙 섬유는 공정 효율을 감소시키고, 섬유의 성숙도에 따라서 특정 단계에서는 가공의 문제점을 감소시킬 수 있다.
또한, 섬유의 성숙도를 관리해야 하는 압력은 점점 농업 경제학자 및 식물 재배자의 연구에 영향을 미치고 있어서, 경작 및 수확 환경에서 셀룰로오스를 함유한 곡물의 성숙도를 시험하기 위한 적절한 기법을 개발할 필요가 있다.
섬유, 특히 면 섬유에 대한 성숙도의 측정은, 40 여년 간 연구 주제가 되어 왔고, 아직도 기술상 어려운 문제점이 있는 것으로 생각되고 있다. 종래 섬유의 성숙도를 측정하기 위해 사용된 기법은, 섬유 성숙도를 측정을 위해 현미경을 이용하는 섬유 단면의 직접 측정을 포함하며, 이는 모든 다른 시험에 대한 기준으로 여겨진다. 그러나, 이러한 직접적인 기법은 관련된 현미경 측정과, 실용적인 면에서 측정가능한 섬유의 한정된 개수로 인한, 유의한 실험 오차의 문제가 있다. 다른 간접적 기법들은 정확성 및/또는 정밀도가 결여되어, 충분한 산업적인 신뢰감을 얻지 못하고 있다.
편광 현미경법은 무기물 및 불활성의 유기물, 예컨대, 광물, 섬유(천연 및 합성), 뼈, 도자기, 키틴의 결정 구조 및 유기질의 특정 고정면을 측정하기 위해서 오랫동안 사용되어온 기법이다. 이 기법은 섬유 제품 및 산업용 섬유의 감별 및, 특히 복굴절성을 나타내는 섬유, 즉, 단축(uni-axial) 광학 결정과 같이 거동하는 섬유의 식별에서 널리 사용되어 왔다. 복굴절 섬유에서 광학축(optical axis)은 통상 섬유축을 따라 평행하며, 굴절률(refrative index)은 입사광의 편광 면에 따라 달라진다. 평행 편광(plane polarized light)이 복굴절체를 투과하는 경우, 광선은 상호 수직적으로 진동하는 빠른 광선과 느린 광선의 2개로 분리되어, 2개의 상이한 속도로 물체를 통과한다. 물체로부터 나올 때, 빠른 광선과 느린 광선 간에 위상차가 발생한다. 제2의 편광자(검광자)를 통과함에 의해 단일 광선으로 재결합될 때, 광선들이 서로 간섭하고, 이는 다시, 상이한 결정 특성을 나타내는 상이한 간섭색을 발생시킨다.
교차 편광 렌즈 및 제1차 레드 셀레나이트 보상판(first-order red Selenite compensator plate)을 통해 섬유를 관찰함에 의해 섬유의 성숙도를 결정하는 표준 시험은, "The Standard Method of Test for Maturity of Cotton Fibres(Sodium Hydroxide Swelling and Polarized Light Procedure)(354-359, Designation: D1442-00, ASTM Textile and Fibre Test Methods 2000)" 이라는 표제의 교과서에 기재되어있다. 보상판은 편광 렌즈들 사이에 삽입되어 느린 광선과 빠른 광선 사이의 지연 수준을 증가시켜, 광선들의 재결합시 생성되는 색상 강도를 향상시킨다. 보정판은, 파장 지연판 또는 파장 필터로도 알려져 있다.
상기 표준 시험은 현미경 슬라이드 글라스 상의 물 또는 투명 미네랄 오일과 같은 용액에서 섬유 다발을 최소 중첩(minimum overlapping)으로, 서로 평행하게 배열하는 것을 포함한다. 이어서, 커버 슬라이드로 섬유의 최상부를 덮고, 교차되게 배열된 편광 렌즈 사이에 상기 커버 슬라이드를 위치시킨다. 섬유로부터 나타나는 간섭색은 전술한 광학 현상의 결과이고, 이에 대해서 "Polarized Light Preferred for Maturity Tests" (Textile World, 1945년 2월호, Grimes)라는 표제의 교과서에 분류되어 있다.
하기 표 1은 Grimes에 의해서 편찬된 성숙 면섬유 및 미성숙 면섬유에 관한 허용 표준 간섭색을 제공한다.
표 1 - 편광 하에서의 면섬유의 색상
상기 표준 시험의 문제점은 측정자가 섬유의 색상을 평가하고, 섬유의 색상에 대하여 주관적으로 결정하기 때문에, 다른 실험실에서 측정된 결과에 있어 큰 차이가 생긴다는 것이다. 또한, 상기 시험은, 시편의 준비와 시험 시간의 면에서 정규 시험 용도로는 너무 느리게 수행된다. 본 발명자들의 경험에 따르면, 일반적으로 하나의 섬유 시편에 관한 표준 시험을 수행하기 위해 필요한 한 주기는 30분 을 초과한다. 또한, 시험하기 전에 시편을 준비하기 위한 추가 시간도 필요하다.
본 발명의 목적은 전술한 표준 시험의 문제점을 경감시켜서, 면을 포함하는 셀룰로오스 섬유의 성숙도 또는 세포벽의 후도를 측정하는 것이다.
본 발명에 따르면, 셀룰로오스 섬유로 된 시료의 성숙도를 측정하는 방법이 제공되며, 이 방법은,
(a) 섬유 시료를 편광에 노출하는 단계;
(b) 이미지(들)가 상기 시료로부터의 간섭색을 포함하도록, 교차 편광 렌즈 및 보상판을 통해 상기 시료의 하나 이상의 이미지를 캡쳐링(capturing)하는 단계; 및
(c) 표준 성숙도 데이터와 상기 이미지(들)의 간섭색 데이터를 비교함에 의해 셀룰로오스 섬유의 성숙도를 측정하기 위해 상기 단계 (b)에서 캡쳐링된 이미지(들)에 대해 컴퓨터 분석을 수행하는 단계를 포함한다.
"간섭색"이라는 용어는 편광 현미경 분야에서 이미 잘 알려진 의미이고, 본 명세서에 걸쳐서 이러한 의미로 사용되고 있다.
또한, 본 명세서에 걸쳐서 "셀룰로오스 섬유(들)"라는 용어는 면, 리넨, 레이온, 황마 및 대마를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 의해 제공되는 장점은, 종래 기술에 따른 편광법의 경우와는 달리, 이미지(들)에서 섬유의 색상이 측정자에 의해 평가되지 않는다는 것이다. 다시 말하면, 컴퓨터 이미지 분석은 섬유의 간섭색을 주관적인 판단 없이 분석적으로 측정할 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 다른 장점은, 전술한 바와 같이 통상의 편광 현미경이 한 시료에 대하여 수행하는데 30 분까지 걸릴 수 있는 반면에, 상기 방법은 시험 시간이 2 분 미만으로 수행될 수 있다는 것이다.
상기 단계 (c)는, 이미지(들) 내에서 특정 간섭색의 면적을 측정하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
표준 성숙도 데이터는 표준 색 간섭 데이터의 형태가 되는 것이 바람직하다.
이미지(들) 내에서 간섭색의 면적은 이미지(들)에서 황색, 적색, 녹색 및 청색 중 하나 또는 이들 조합의 면적을 분석하여 측정하는 것이 바람직하다.
놀랍게도, 섬유 간섭색의 백분율 면적은 면섬유의 성숙도와 직접적으로 관계가 있고, 종래 기술과는 달리, 성숙도는 섬유의 둘레나 단면적과는 완전히 독립적으로 측정될 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이는 캡쳐링된 이미지를 분석하면 섬유의 평균 성숙도값 및 섬유의 성숙도에 관한 분포, 특히 면섬유의 성숙도에 관한 분포를 간섭색만을 기준으로 하여 알 수 있다는 것을 의미한다.
바람직하게는, 캡쳐링된 이미지(들) 중 간섭색을 표준 성숙도 데이터와 비교하여, 시료에 대한 평균 성숙도값 및/또는 성숙도값의 분포를 측정하는 경우, 알고리즘이 사용된다.
분석을 어떻게 수행하는지에 따라, 이미지(들), 각 이미지의 세그먼트(segment)에 기초하여, 또는 하나 이상의 이미지들에서 나타나는 모든 섬유에 기초하여 섬유의 성숙도를 측정할 수 있다.
상기 단계 (b)에서 캡쳐링된 이미지(들)가 디지털 이미지(들)이거나, 디지털 이미지로 변환되는 경우에는, 이미지에서 나타나는 특정 간섭색의 면적은 특정 색상의 이미지(들) 내에서 픽셀(pixel)의 개수를 분석하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (c)는 이미지(들)에서 나타나는 섬유의 총면적을 측정하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
이미지(들)에 나타나는 섬유의 총면적은 다음 중에서 하나 또는 이들 조합에 의해 측정하는 것이 바람직하다:
(ⅰ) 각 이미지(들)에서의 섬유 개수;
(ⅱ) 이미지(들)에서의 섬유 길이;
(ⅲ) 이미지(들)에서의 섬유 리본 폭; 및
(ⅳ) 이미지(들)에서의 섬유 길이당 비틀림수 또는 꼬임수.
이미지(들)에서 나타나는 섬유의 총면적은, 색상으로 이미지(들)를 분석함에 의해 측정될 수 있지만, 본 발명의 방법은, 상기 특성 (ⅰ) 내지 (ⅳ)(상기 단락에서 언급됨)를 측정하는 데에 도움이 되도록 색상으로의 이미지(들)를 모노크롬 이미지(들)로 변환시키는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 이미지(들)가 캡쳐링되거나, 디지털 이미지(들)로 변환되는 경우에, 픽셀 분석법을 포함하는 적절한 이미지 분석법이 이용될 수 있다.
또한, 상기 단계 (c)에서 이미지의 컴퓨터 분석은 박테리아와 곰팡이를 포함하는 미생물에 의한 섬유 상의 공격 정도(degree of attack)를 측정하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 공격 정도는 섬유에 대한 중요한 지표로서, 상이한 염착량과 불량한 방사 성능 및 실의 품질과 같은 가공 공정의 문제점에 의해서 일반적으로 영향받기 쉽다.
섬유 상의 공격 정도는 섬유의 표면 손상의 개수 및 규모를 측정하는 것을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 섬유의 표면 손상의 개수 및 규모는 픽셀 분석법으로 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해서 시험되는 섬유 시료는, 이미지의 캡쳐링 및 분석을 촉진하기 위한 여러 가지 다른 방법으로 준비될 수 있으나, 상기 단계 (b)에서 캡쳐링된 섬유의 이미지는, 섬유가 현미경 슬라이드 또는 유사한 투명 지지 부재와 같은 것 위에 제1차 및 제2차 간섭색이 완전 표출(unmitigated expression)을 허용하는 밀도로 랜덤하게 펼쳐져서 캡쳐링되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 섬유의 밀도는 200 내지 300 ㎍/㎠인 것이 바람직하다. 종래 기술에 따른, 통상의 기법과 달리, 본 발명은 현미경 슬라이드 상에 섬유가 중첩되더라도 실시할 수 있다.
상기 이미지는 슬라이드 상의 액상 매질에 부유되는 것이 바람직하다.
시험되는 섬유는 상당히 작은 물체이기 때문에, 허용가능한 정밀도의 결과를 얻기 위해 이미지(들)에서의 섬유를 확대시킬 필요가 있다. 이미지(들)에서 캡쳐링된 섬유는 100 배 이상까지 확대될 수 있다. 그러나, 상기 이미지(들)는 정상 크기의 1.5 내지 5 배의 배율에서 섬유를 캡쳐링하는 것이 바람직하다. 사용된 배율은, 너무 고배율인 경우에는 시야가 좁아져서, 이미지(들)에서의 섬유의 양이 감소하고, 배율을 감소하는 경우에는 이미지(들)에서 나타나는 섬유가 너무 작아서 분석하기 어려운 상충 관계(trade-off)에 있다.
각각의 이미지가 시험되는 섬유의 세그먼트만을 캡쳐링하는 지점까지 배율을 증가시키는 영향을 줄이기 위해, 상기 방법은 일련의 이미지, 섬유의 상이한 세그먼트 각각을 캡쳐링하는 단계를 포함하고, 평균값 및/또는 섬유 성숙도 분포는 이미지로부터 측정될 수 있는 것이 바람직하다.
일련의 이미지(들)가 캡쳐링되는 경우, 이미지가 섬유 시료의 상이한 세그먼트를 캡쳐링하는 것이 바람직하다. 이는 다른 기법을 이용해서 달성될 수 있으나, 대부분의 직접 기법은 섬유 시료가 캡쳐링되는 각 이미지 사이에서 움직일 수 있다.
본 발명에 따르면, 셀룰로오스 섬유로 된 시료의 성숙도 또는 세포벽의 후도를 측정하는 장치가 제공되며, 이 장치는,
(a) 보상판을 통과하고, 시험되는 섬유 시료를 투과하고, 시료로부터 나온 광이 편광원과 교차되는 편광 렌즈를 통과하는 편광원(polarised light source)을 가지는 광로(optical light path);
(b) 이미지(들)가 시료의 간섭색을 포함하도록, 상기 단계 (a)에서의 시료의 하나 이상의 이미지를 캡쳐링하기 위한 이미지 캡쳐링 수단; 및
(c) 표준 성숙도 데이터와 이미지 간섭색 데이터를 비교해서 섬유의 성숙도를 결정하기 위해 상기 이미지(들)를 분석할 수 있는 컴퓨터를 포함한다.
표준 성숙도 데이터(reference maturity data)는 색 간섭 데이터 형태인 것이 바람직하다.
상기 캡쳐링된 이미지(들)가 디지털 이미지가 아닌 경우에는, 픽셀 이미지 분석의 형태로 바람직한 분석 기술이 수행될 수 있도록, 이미지(들)를 디지털 이미지(들)로 변환하는 것이 바람직하다.
상기 편광 렌즈는 편광원과 85 내지 95 °로 교차되는 것이 바람직하다.
상기 편광 렌즈는 편광원과 약 95 °로 교차되는 것이 보다 바람직하다.
상기 이미지 캡쳐링 수단은 이미지(들)를 디지털방식으로 기록하고, 각 픽셀의 크기는 6.45 ㎛ × 6.45 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 컴퓨터는 전술한 방법으로 캡쳐링된 이미지(들)를 분석하여, 전술한 섬유에 대한 다음 특성 중에서 임의의 하나 또는 이들의 조합을 측정할 수 있는 것이 바람직하다:
(ⅰ) 시료 섬유의 평균 성숙도 및/또는 성숙도 분포;
(ⅱ) 각 이미지 내 섬유 개수;
(ⅲ) 이미지(들) 내 섬유 리본 폭; 및
(ⅳ) 이미지(들) 내 섬유 길이당 비틀림수 또는 꼬임수.
광로는, 텅스텐 필라멘트 전구 또는 백색 발광 다이오드; 약 90 °로 교차되는 두 개의 편광 렌즈; 및 간섭색을 강화하기 위한 보상판을 포함하는 것이 바람직하다.
광로는 섬유 시료를 실제 크기의 100 배 이하로 확대할 수 있는 현미경에 도입되는 것이 바람직하다. 그러나, 장치의 정확성을 극대화하기 위해서는, 이미지(들)가 실제 크기의 1.5 내지 5 배인 배율로 캡쳐링되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구현예는 첨부된 도면을 참고하여 설명하며, 첨부된 도면에서,
도 1은 섬유 이미지 분석을 수행하는데 이용되는 장치의 개략도이고,
도 2는 장치의 부품을 도시하는 블록 선도와, 도 1에 도시된 장치를 사용하여 섬유 이미지 분석에서 실행되는 단계의 아웃트라인이다.
이미지 분석을 하기 위한 바람직한 장치로는 현미경(7), 섬유 시료의 이미지를 캡쳐링하기 위한 디지털 카메라(8) 및, 이미지를 분석하기 위한 컴퓨터(9)를 포함한다.
현미경은 편광 현미경이 적절하며, 편광 렌즈(11 및 12) 및, 시료로부터 나타나는 간섭색의 강화하기 위한 보상판(13)을 포함하는 광로(10)를 가진다. 또한, 광로(10)는 섬유 시료를 실제 크기의 100 배까지 확대할 수 있는 대물렌즈(14)를 포함한다. 캡쳐링된 이미지에서의 섬유 개수가 캡쳐링된 이미지의 정밀도를 저하하는 없이 가능한 클 수 있도록 상기 현미경은 1.5X 내지 5X인 배율로 작동되는 것이 바람직하다.
보상판(13)은 바람직하게는 석영 또는 투명석고(selenite) 물질로 제조되므로, 광이 적어도 파장의 1/4 만큼 지연되고, 적색 바탕 상에 필요한 간섭색이 생성되어서, (+) 복굴절 및 (-) 복굴절의 성질이 나타날 수 있다. 따라서, 보상판은 종종 "레드 플레이트(red plate)"로 지칭될 수 있다.
또한, 현미경(7)의 광로(10)는 시험되는 섬유를 조사하는 광원(15)을 포함한다. 광원(15)의 형태는 분석될 간섭색에 따라서 달라진다. 바람직한 장치에 따르면, 텅스텐 필라멘트 전구 또는 백색 발광 다이오드(들)(LED)는 보통 서로 90 °로 교차되는 편광 렌즈(11)와 검광자(12) 및, 간섭색을 강화하기 위해 렌즈(11, 12) 사이에 일반적으로 45 °로 교차되어 탑재되는 1차 보상기(13) 또는 전파장 필터와 함께 사용된다. 광로(10)를 형성하는, 광원(15) 및 렌즈(11, 12, 13, 14)는 어떤 측면에서는 표준 편광 현미경 기술에서 현재 사용되고 있는 시스템과 유사하다.
또한, 필요한 경우에, 색상 LED는, 표준 규정대로 이미지에서의 섬유의 구조적 특징에 상응하는 간섭색을 선택적으로 증가시킴(augmenting)에 의해 이미지의 특정 표면을 증대시키는 데에 사용될 수 있다.
또한, 현미경(7)은 섬유를 분석하기 위해 올려놓는 재물대(16)를 포함한다. 이상적으로, 재물대(16)는 광로(10)에 수직인 면의 방향으로 전기 스테핑 모터에 의해 움직일 수 있고, 컴퓨터(9)의 이미지 통합 소프트웨어 및 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 제어된다. 섬유 시료를 함유하는 현미경 슬라이드는 슬라이드가 움직이는 것을 막는 클램프(clamp)에 의해서 재물대에 탑재되어, 부초점(malfocus) 효과를 최소한으로 유지한다.
이미지를 캡쳐링하기 위한 카메라(8)는, 도면에는 도시되어있지 않은 표준 탑재 시스템에 의해서 편광 현미경(7)의 상부에 탑재된다. 광로(10)는 카메라(8)와 현미경(7) 사이에 배율을 감소시키기 위해 집광 렌즈를 포함하여, 더 넓은 시야를 확보할 수 있다. 이 점에서, 바람직한 배율에서 충분히 넓은 시야를 확보할 수 있는 CCD 센서 (Character Coupled Device sensor)가 또한 필요할 수 있다.
상기 카메라(8)의 바람직한 예로는, 베이어 모자이크 컬러 필터(Bayer mosaic colour filter)를 사용하는 1.45 megapixel 2/3˝ progressive CCD 센서가 구비된 산업용 컬러 디지털 카메라를 들 수 있다. 상기 센서에서 각 픽셀의 셀 크 기는 적색 부분이 녹색 또는 청색 부분보다 상당히 강한 스펙트럼 반응을 가지는 6.45 ㎛ × 6.45 ㎛ 이상이다. 강한 황색 반응도 바람직하다. 전원 및 데이터 전송 요건은 원칙적으로 한 개의 케이블로 IEEE 1394, USB1 또는 USB2 인터페이스를 통해 연결되어야 한다.
사용에 있어서, 섬유 시료는 항상 정확한 결과를 제공하는 방식으로 준비되고, 제공되는 것이 바람직하다. 먼저, 섬유를 작은 조각, 예를 들면, 0.5 ㎜, 1 ㎜ 또는 2 ㎜로 절단하고, 상기 섬유를 예를 들어 50 ㎜ × 70 ㎜인 현미경 슬라이드 글라스 상에 스프레딩 장치를 이용하여 랜덤하게 스프레딩한다. 상기 슬라이드 상에 스프레딩되는 섬유의 밀도는 표 1에서 기술된 간섭색의 표출을 저하시키지 않는 것이 바람직하다. 그 다음에, 고선명도를 제공하는 설치용 매개액(mounting medium)을 상기 작은 조각들 상에 소량을 떨어뜨리고, 다른 슬라이드 글라스를 커버 슬라이드로서 상기 조각 위에 조심스럽게 눌러 덮는다.
다음에, 상기 현미경 슬라이드를 현미경의 재물대(16)에 올려놓고, 현미경의 조절 나사(microscope operating knob)로 시료에 대한 원하는 배율 및 조명을 조절한다.
그 다음에, 상기 시료의 하나 이상의 컬러 이미지를 디지털 카메라(8)를 사용하여 캡쳐링한다. 시험되는 섬유 시료의 크기를 크게 하고, 시험 오차를 줄이기 위해서, 각각의 이미지는 섬유 시료의 상이한 세그먼트에 대하여 실행될 수 있다.
그 다음에, 상기 이미지는 카메라(8)에서 컴퓨터(9)로 보내지고, 이 이미지는 프로그래밍되고, 미리 선택된 표준 간접색 세트를 참고하여 시험되는 섬유의 형 태에 대해서 분석된다. 구체적으로 말하면, 분석은 이미지에서 픽셀의 색상을 분석하는 컴퓨터(9)에 의해서 행해지고, 따라서 표준 성숙도 데이터와 비교하여 성숙도값 및 성숙도 분포를 측정한다.
임의의 적당한 알고리즘은 평균 성숙도값 및 분포값을 측정하는 컴퓨터(9)에 의해 사용될 수 있다.
또한, 컴퓨터(9)는 컬러 이미지를 모노크롬 이미지로 변화시킬 수 있도록 프로그래밍될 수 있고, 이에 의해서 컴퓨터(9)는 픽셀을 분석하여 이미지(들)에서 섬유의 다른 성질, 예컨대
· 각 이미지에서의 섬유의 총 면적;
· 각 이미지 내 섬유 개수;
· 이미지(들) 내 섬유 길이;
· 이미지(들) 내 섬유 리본 폭; 및
· 이미지(들) 내 섬유 길이당 비틀림수 또는 꼬임수
를 측정한다.
또한, 섬유가 미생물 및/또는 박테리아에 의해서 손상된 부분이 있는 경우에, 컴퓨터(9)는 픽셀을 분석해서 섬유 표면의 손상 개수 및 손상 규모를 측정하고, 섬유 상의 공격의 수위 또는 정도를 측정한다.
도 2에서 오른편의 칼럼은 컴퓨터(9)에 의해서 이미지(들)를 분석하는 동안에 처리되는 단계에 관한 상세한 분석을 제공한다. 도 2에 포함된 정보는 오직 실례 목적으로 포함되어 있고, 바람직한 구현예에 대해서 한정하려는 것이 아니다.
도 2에서 왼편의 칼럼은 장치의 물리적인 특징에 관한 리스트이다; 다시 말하면, 편광 현미경법을 수행하기 위한 광로를 가지는 현미경, 디지털 카메라 형태인 카메라 및, 컴퓨터(9)에 의해서 실행되는 컴퓨터 소프트웨어. 중앙의 칼럼은 장치의 각 부품에 대한 여러 가지 상세 데이터 및 정보를 제공한다.
본 발명의 사상 및 목적으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당해 기술분야의 당업자에 의해 인식될 수 있다.
예를 들면, 캡쳐링된 이미지에 대한 컴퓨터 분석은 컴퓨터에서 착수되는 임의의 적절한 알고리즘 및 프로그램을 사용하여 수행될 수 있다.
Claims (23)
- 셀룰로오스 섬유 시료의 성숙도(maturity) 또는 세포벽의 후도(cell wall thickening)를 측정하는 방법으로서,(a) 섬유 시료를 편광에 노출하는 단계;(b) 이미지(들)가 상기 시료로부터의 간섭색을 포함하도록, 교차 편광 렌즈 및 보상판을 통해 상기 시료의 하나 이상의 이미지를 캡쳐링(capturing)하는 단계; 및(c) 이미지(들)의 간섭색 데이터를 표준 성숙도 데이터와 비교함에 의해 셀룰로오스 섬유의 성숙도를 결정하기 위해 상기 단계 (b)에서 캡쳐링된 이미지(들)에 대해 컴퓨터 분석을 수행하는 단계를 포함하는 측정방법.
- 제1항에 있어서,상기 단계 (c)는 이미지(들)에서 특정 간섭색의 면적을 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제2항에 있어서,상기 이미지(들)에서 간섭색의 상기 면적은 이미지(들)에서 황색, 적색, 녹색 및 청색 중 하나 또는 이들의 조합의 면적을 분석함에 의해 결정하는 것을 특징 으로 하는 측정방법.
- 제2항에 있어서,캡쳐링된 이미지(들)는 디지털 이미지(들)이거나, 디지털 이미지(들)로 변환되며, 이미지(들)에서 나타나는 특정 간접색의 면적은 특정 색상의 이미지(들)에서 픽셀의 개수를 분석함에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,컴퓨터 분석을 수행하는 단계는, 캡쳐링된 이미지(들)에 대한 간접색과 표준 성숙도 데이터와 비교하여 시료에 대한 평균값 및/또는 성숙도값의 분포를 결정하기 위해 알고리즘을 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단계 (c)는 이미지(들)에서 나타나는 섬유의 총면적을 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제6항에 있어서,이미지(들)에서의 섬유 총면적은 다음 중에서 하나 또는 이들의 조합에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 측정방법:(ⅰ) 이미지(들) 내 섬유 개수;(ⅱ) 이미지(들) 내 섬유 길이;(ⅲ) 이미지(들) 내 섬유 리본 폭; 및(ⅳ) 이미지(들) 내 섬유 길이당 비틀림수 또는 꼬임수.
- 제7항에 있어서,캡쳐링된 이미지(들)가 색인 경우, 상기 방법은 특성 (ⅰ) 내지 (ⅳ) 중 임의의 하나를 측정함에 있어 색상으로의 이미지(들)를 모노크롬 이미지(들)로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제7항에 있어서,상기 이미지(들)가 디지털 이미지(들)로 캡쳐링되거나, 디지털 이미지(들)로 변환되는 경우에, 상기 방법은 특성 (ⅰ) 내지 (ⅳ) 중 임의의 하나를 측정함에 있어 픽셀 분석을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,표면 손상의 개수 및 규모를 측정하기 위해 이미지의 컴퓨터 분석을 사용하여 시료의 섬유 상의 공격의 정도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제10항에 있어서,상기 섬유의 표면 손상의 개수 및 치수(dimension)는 픽셀 분석에 의해 결정해지는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단계 (b)에서 캡쳐링된 섬유의 이미지(들)는, 섬유가 현미경 슬라이드 상에 간섭색의 표출을 경감하지 않는 밀도로 랜덤하게 펼쳐져 캡쳐링되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제12항에 있어서,상기 섬유의 밀도는 200 내지 300 ㎛/㎠인 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이미지(들)는 정상 크기의 1.5 내지 5 배의 배율로 섬유를 캡쳐링하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방법은 각각이 섬유 시료의 상이한 세그먼트인 일련의 이미지를 캡쳐링하는 단계를 추가적으로 포함하며, 상기 이미지들로부터 평균값 및/또는 섬유 성숙도 분포가 결정되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 제4항, 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,각 픽셀의 크기가 6.45 ㎛ × 6.45 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 측정방법.
- 셀룰로오스 섬유로 된 시료의 성숙도 또는 세포벽의 후도를 측정하는 장치로서,(a) 보상판을 통과하고, 시험되는 섬유 시료를 투과하고, 이어서 편광원의 편광 방향과 교차되는 편광 렌즈를 통과하는 편광원을 가지는 광로;(b) 이미지(들)가 시료의 간섭색을 포함하도록 광로에 위치해 있는 섬유 시료의 하나 이상의 이미지를 캡쳐링하기 위한 이미지 캡쳐링 수단; 및(c) 이미지(들) 간섭색 데이터를 표준 성숙도 데이터와 비교함에 의해 섬유의 성숙도 또는 세포벽의 후도를 측정하기 위해 이미지(들)를 분석할 수 있는 컴퓨터를 포함하는 장치.
- 제17항에 있어서,상기 표준 성숙도 데이터가 색 간섭 데이터의 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,상기 이미지 캡쳐링 수단은 이미지(들)를 디지털 방식으로 기록하고, 각 픽 셀의 크기는 6.45 ㎛ × 6.45 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제19항에 있어서,상기 컴퓨터는 픽셀 디지털 이미지 분석을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,상기 컴퓨터가 상기 이미지(들)를 분석하여, 섬유의 다음 특성 중 하나 또는 이들의 조합을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치:(ⅰ) 섬유 시료의 평균 성숙도 및/또는 성숙도 분포;(ⅱ) 각 이미지 내 섬유 개수;(ⅲ) 각 이미지(들) 내 섬유 리본 폭;(ⅳ) 각 이미지(들) 내 섬유 길이당 비틀림수 또는 꼬임수.
- 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광로는, 텅스텐 필라멘트 전구 또는 백색 발광 다이오드; 약 90 °로 교차되는 두 개의 편광 렌즈; 및 간섭색을 강화하기 위한 보상판을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이미지(들)가 실제 크기보다 1.5 내지 5 배의 배율로 캡쳐링되는 것을 특징으로 하는 장치.
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