專利名稱：一種非織造布孔隙率測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于紡織領域，具體涉及一種非織造布孔隙率測量方法及系統(tǒng)。
背景技術：
非織造布以其獨特的加工手段和結構性能正在生產(chǎn)、生活的各個方面發(fā)揮著重要作用。在醫(yī)療衛(wèi)生、土木工程、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)等領域，孔隙率是衡量非織造布質量的最重要參數(shù)之一，受到廣泛關注。一般孔隙率越大，非織造布內(nèi)部孔隙體積越大，則通透性越好。目前尚未出現(xiàn)專門的非織造布孔隙率測量方法及系統(tǒng)，人們往往借用機織物或多孔材料的孔隙率測量方法來測非織造布的孔隙率，常用的有稱量法、織物透氣儀法、孔徑分析儀法和掃描法等。稱量法是測量非織造布的單位面積質量和厚度，用單位面積質量除以厚度與非織造布原料密度的乘積，用1減去所得的商，就求出了孔隙率?？梢钥闯?，這是一種間接方法。但是，當非織造布由多種原料組成時，其原料密度將很難確定，此方法也不再適用?？椢锿笟鈨x法是用織物兩面規(guī)定壓差下單位時間通過織物單位面積的空氣流量來反映織物的透氣性，從而間接地反映孔隙率。但是，由于透氣量與織物兩面壓差成非線性關系，透氣性試驗前必須先測量透氣量一壓差曲線，才能推求出織物的透氣性能，但這樣做試驗工作量很大，而且不能直接給出孔隙率的數(shù)值?？讖椒治鰞x法的測量原理是，先用潤濕液浸潤待測樣品，再從樣品一面逐漸增大氣壓，用氣體將液體從材料的孔隙中擠出，將此時的氣壓代入已知的氣壓一孔徑關系，就可得到此處的孔徑大小。由于擠出孔中液體所需的氣體壓力與孔徑成反比，因此，在孔道最狹窄處，氣體壓力也達到了最大。一旦達到最大壓力，孔內(nèi)所有液體將被置換出來，氣體就打通了這一孔道，儀器也就探測到了這一孔的存在。由于測得的氣體壓力是置換孔道最狹窄處的壓力，因此計算所得的孔徑也就是這一孔道的狹窄孔徑。也就是說，由這一儀器測得的所有孔徑都是狹窄孔徑。這樣得到的孔隙率將與實際情況有比較明顯的差異。另外，該儀器屬于大型精密儀器，價格高達三至四萬美元，難以在國內(nèi)廣泛應用。掃描法的測量原理是，用b射線掃描待測樣品，由接收器接收織物反射的b射線，根據(jù)接收光線的強弱來測量孔隙率。與孔徑分析儀法一樣該方法的明顯不足是設備昂貴，難以在國內(nèi)推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種非織造布孔隙率測量方法及系統(tǒng)，可以準確、有效地測量非織造布孔隙率。
本發(fā)明的一種非織造布孔隙率測量方法，包括如下步驟
(1)進行非織造布取樣在非織造布上隨機抽取20個試樣。具體做法是，在非織造布長度方向和寬度方向均進行10等分，這樣就在非織造布上劃分了100個小格。然后，按“之”字形順序給每個小格編號。編制了一個隨機數(shù)發(fā)生器程序，該程序運行后，計算機會隨機產(chǎn)生20個1至100之間的整數(shù)，讓這20個隨機數(shù)代表20個小格的號碼，再把相應小格的非織造布試樣抽取出來，從而在非織造布上實現(xiàn)了隨機取樣，樣本量為20。
(2)采集纖維圖像將非織造布纖維樣品制成切片，放在顯微鏡下，通過光學顯微系統(tǒng)放大圖像，采用CCD攝像機采集經(jīng)顯微鏡放大的非織造布圖像。
(3)處理纖維圖像將采集的纖維圖像經(jīng)過圖像采集卡轉換成為數(shù)字圖像并輸入計算機中，利用本系統(tǒng)的軟件對圖像進行處理，包括灰度增強、平滑處理、二值化處理和形態(tài)濾波，從而獲得清晰的纖維輪廓。
所述的灰度增強是按一定關系逐點改變圖像中每個像素的灰度值，使灰度變化范圍變寬，纖維與背景灰度之間的差異增大，原先難以檢測出來的目標就容易檢測出來了。
所述的平滑處理是為了消除圖像采集和圖像傳送過程中產(chǎn)生的各種噪聲，本發(fā)明采用的是中值濾波技術，即把以某點為中心的小窗口內(nèi)的所有像素的灰度值按從大到小的順序排列，將中間值作為該點的灰度值。
所述的二值化處理是為了將纖維與孔隙區(qū)分開來，其關鍵是閾值的確定。本發(fā)明采用的是基于多尺度分析的自適應閾值確定方法，即先在較大尺度下對圖像直方圖分解，預設分割區(qū)域，并利用由負到正的零交叉點確定初始閾值，然后逐步減小尺度直到最小尺度，通過比較相鄰尺度下閾值的差異解決兩相鄰尺度之間閾值的對應關系，最后從最小尺度下的零交叉點確定最佳閾值。
所述的形態(tài)濾波是通過腐蝕(使區(qū)域同時從四周向內(nèi)縮小)、膨脹(使區(qū)域同時從四周向內(nèi)擴大)、細化(把圖像轉換成形狀相仿、由簡單的弧線和曲線組成的圖形)和剪枝(消除細化后圖中的毛刺)等處理消除圖像中的孤點、斷點和殘枝。
(4)測量非織造布孔隙率利用本系統(tǒng)的軟件計算圖像中白色區(qū)域即孔隙的面積和試樣總面積，用孔隙面積除以試樣總面積就得到了非織造布試樣的孔隙率。對隨機抽取的20個非織造布試樣分別測量其孔隙率，然后求它們的平均值，就得到了該種非織造布的孔隙率。
一種非織造布孔隙測量系統(tǒng)，包括顯微鏡、光源、CCD攝像機、接口附件、圖像采集卡、計算機。
所述的光源置于顯微鏡載物臺下方；所述的CCD攝像機通過接口附件置于顯微鏡上方；通過顯微鏡采集放大的非織造布圖像；所述的圖像采集卡將非織造布圖像轉換成為數(shù)字圖像并輸入計算機中；所述的處理和測量非織造布孔隙率，采用Pulnix TM-6703高速攝像頭的面陣CCD攝像機，分辨率為640&acute；480。采用Lumenera Scientific Infinity Camera型圖像采集卡。采用戴爾Optiplex 170L型計算機，技術性能英特爾Pentium 4中央處理器(3.00GHz)，512MB雙通道DDR內(nèi)存，160GB SATA硬盤，Radeon顯卡(128MB顯存)，17英寸液晶顯示器。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明解決了準確、有效地測量非織造布孔隙率的問題；本發(fā)明利用隨機數(shù)發(fā)生器程序實現(xiàn)了非織造布的科學、合理取樣；本發(fā)明設計了圖像處理和孔隙率測量軟件，操作簡便，設備成本較低，測量結果準確可靠，克服了其他方法工作效率低、人為操作誤差大或設備昂貴的缺點，將在非織造布質量測試與評價方面發(fā)揮積極作用。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖。
圖2是非織造布隨機取樣示意圖。
圖3是本發(fā)明方法與稱量法非織造布孔隙率測量結果的比較圖。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
實施例1請參閱圖1，它是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖。本發(fā)明系統(tǒng)利用本發(fā)明編制的隨機數(shù)發(fā)生器程序實現(xiàn)非織造布隨機取樣，利用CCD攝像機3和顯微鏡1采集非織造布圖像，利用圖像采集卡5將非織造布圖像轉換成為數(shù)字圖像并輸入計算機6中，利用本系統(tǒng)設計的軟件進行圖像處理和孔隙率測量。
一.硬件組成由圖1可知，本系統(tǒng)硬件組成主要包括顯微鏡1、光源2、CCD攝像機3、接口附件4、圖像采集卡5、計算機6等。顯微鏡1光源采用透射光，光源2采用發(fā)光二極管。顯微鏡光源的光譜特性將影響待測試樣的顯微圖像質量。為了獲得有利于計算機處理的圖像，所選光源為單色光。CCD攝像機3通過接口附件4置于顯微鏡1上方，通過顯微鏡1對非織造布試樣7采集放大的非織造布圖像。圖像采集卡5將非織造布圖像轉換成為數(shù)字圖像并輸入計算機6中。本系統(tǒng)采用的硬件裝置有Pulnix TM-6703高速攝像頭的面陣CCD攝像機，分辨率為640&acute；480，Lumenera Scientific Infinity Camera型圖像采集卡。采用戴爾Optiplex170L型計算機，技術性能英特爾Pentium 4中央處理器(3.00GHz)，512MB雙通道DDR內(nèi)存，160GB SATA硬盤，Radeon顯卡(128MB顯存)，17英寸液晶顯示器。
二.軟件部分本系統(tǒng)的軟件部分主要包括用于非織造布取樣的隨機數(shù)發(fā)生器程序、非織造布圖像處理程序、非織造布孔隙率測量程序等。
1.非織造布取樣運行本發(fā)明的隨機數(shù)發(fā)生器程序，計算機會隨機產(chǎn)生20個1至100之間的整數(shù)，讓這20個隨機數(shù)代表20個非織造布小格的號碼，再把相應小格的非織造布試樣抽取出來，就實現(xiàn)了非織造布的隨機取樣，樣本量為20。2.非織造布圖像處理利用本系統(tǒng)的軟件對圖像進行處理，包括灰度增強、平滑處理、二值化處理和形態(tài)濾波。3.非織造布孔隙率測量利用本系統(tǒng)的軟件計算圖像中白色區(qū)域即孔隙的面積和試樣總面積，用孔隙面積除以試樣總面積就得到了非織造布試樣的孔隙率。對隨機抽取的20個非織造布試樣分別測量其孔隙率，然后求它們的平均值，就得到了該種非織造布的孔隙率。使用本發(fā)明系統(tǒng)進行非織造布取樣，具體步驟為(1)在非織造布長度方向和寬度方向均進行10等分，這樣就在非織造布上劃分了100個小格。然后，按“之”字形順序給每個小格編號。例如，給1號至10號小格編號后，需要換到下一行，給11號至20號小格編號，此時，11號小格應該在10號的正下方，而不應該在1號的正下方，即編號方向恰好與上一行相反，如圖2所示。(2)運行本系統(tǒng)的隨機數(shù)發(fā)生器程序，計算機會隨機產(chǎn)生20個1至100之間的整數(shù)，例如45、17、g1、3、30、76、7、62、9、38、99、21、58、15、55、83、67、33、50、87，讓這20個隨機數(shù)代表20個小格的號碼，再把相應小格的非織造布試樣抽取出來，從而實現(xiàn)了非織造布的隨機取樣，樣本量為20，參見圖2。使用本發(fā)明系統(tǒng)采集非織造布圖像，具體步驟為(1)將隨機抽取的非織造布試樣放置于顯微鏡載物臺上，將CCD攝像機通過接口附件置于顯微鏡上方，將CCD攝像機與計算機的圖像采集卡連接起來，打開攝像機。(2)開啟光源，開始采集非織造布圖像。使用本發(fā)明系統(tǒng)處理非織造布圖像，具體步驟為(1)灰度增強對圖像進行灰度變換，擴大灰度變化范圍，使纖維與背景之間的差異增大。(2)平滑處理采用中值濾波方法，以某點為中心的小窗口內(nèi)的所有像素的灰度值按從大到小的順序排列，將中間值作為該點的灰度值，從而消除各種干擾噪聲，使圖像更加平滑。(3)二值化處理采用基于多尺度分析的自適應閾值確定方法，即先在較大尺度下對圖像直方圖分解，預設分割區(qū)域，并利用由負到正的零交叉點確定初始閾值，然后逐步減小尺度直到最小尺度，通過比較相鄰尺度下閾值的差異解決兩相鄰尺度之間閾值的對應關系，最后從最小尺度下的零交叉點確定最佳閾值，從而把纖維與孔隙區(qū)別開來。(4)形態(tài)濾波通過腐蝕(使區(qū)域同時從四周向內(nèi)縮小)、膨脹(使區(qū)域同時從四周向內(nèi)擴大)、細化(把圖像轉換成形狀相仿、由簡單的弧線和曲線組成的圖形)和剪枝(消除細化后圖中的毛刺)等處理消除圖像中的孤點、斷點和殘枝。
使用本發(fā)明系統(tǒng)測量非織造布孔隙率，具體步驟為(1)利用本系統(tǒng)的軟件計算圖像中自色區(qū)域即孔隙的面積和試樣總面積。
(2)用孔隙面積除以試樣總面積就得到了非織造布的孔隙率。
(3)對隨機抽取的20個非織造布試樣分別測量其孔隙率，然后求它們的平均值，就得到了該種非織造布的孔隙率。利用本發(fā)明非織造布孔隙率測量方法及系統(tǒng)對六種非織造布進行孔隙率測量，測量結果與稱量法測量結果見表1表1本發(fā)明測量結果與稱量法測量結果非織造布孔隙率 樣品1 樣品2 樣品3 樣品4 樣品5 樣品6本發(fā)明測量的孔隙率(％) 68.15 53.94 50.28 46.01 37.85 32.17稱量法測量的孔隙率(％) 73.21 65.58 61.89 49.93 49.72 37.04表1中有關結果的說明如下根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)繪出了兩種方法測得的非織造布孔隙率按樣品編號的分布圖，如圖3所示。圖3中圓圈表示本發(fā)明方法測量的孔隙率，三角表示稱量法測量的孔隙率，實線和虛線分別是兩種方法測量值的變化趨勢線。由圖3可以看出，兩種方法測出的孔隙率有著非常相似的變化趨勢。對兩組數(shù)據(jù)進行相關分析發(fā)現(xiàn)，相關系數(shù)為0.91，說明兩種方法的測量值有著顯著的相關性。以上結果表明本發(fā)明方法可以有效地測量非織造布的孔隙率。
權利要求
1.一種非織造布孔隙率測量方法，其特征在于包括如下步驟(1)進行非織造布取樣在非織造布上隨機抽取20個試樣，具體是在非織造布長度方向和寬度方向均進行10等分，在非織造布上劃分了100個小格，然后按“之”字形順序給每個小格編號，編制了一個隨機數(shù)發(fā)生器程序，該程序運行后，計算機會隨機產(chǎn)生20個1至100之間的整數(shù)，讓這20個隨機數(shù)代表20個小格的號碼，再把相應小格的非織造布試樣抽取出來，從而在非織造布上實現(xiàn)了隨機取樣，樣本量為20；(2)采集纖維圖像將非織造布纖維樣品制成切片，放在顯微鏡下，通過光學顯微系統(tǒng)放大圖像，采用CCD攝像機采集經(jīng)顯微鏡放大的非織造布圖像；(3)處理纖維圖像將采集的纖維圖像經(jīng)過圖像采集卡轉換成為數(shù)字圖像并輸入計算機中，利用本系統(tǒng)的軟件對圖像進行處理，包括灰度增強、平滑處理、二值化處理和形態(tài)濾波，從而獲得清晰的纖維輪廓；(4)測量非織造布孔隙率利用本系統(tǒng)的軟件計算圖像中白色區(qū)域即孔隙的面積和試樣總面積，用孔隙面積除以試樣總面積就得到了非織造布試樣的孔隙率。對隨機抽取的20個非織造布試樣分別測量其孔隙率，然后求它們的平均值，就得到了該種非織造布的孔隙率。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種非織造布孔隙率測量方法，其特征在于步驟3灰度增強是按一定關系逐點改變圖像中每個像素的灰度值，使灰度變化范圍變寬，纖維與背景灰度之間的差異增大，使難以檢測出來的目標容易檢測。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種非織造布孔隙率測量方法，其特征在于步驟3平滑處理是采用中值濾波技術，以某點為中心的小窗口內(nèi)的所有像素的灰度值按從大到小的順序排列，將中間值作為該點的灰度值。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種非織造布孔隙率測量方法，其特征在于步驟3二值化處理是基于多尺度分析的自適應閾值確定方法，先在較大尺度下對圖像直方圖分解，預設分割區(qū)域，并利用由負到正的零交叉點確定初始閾值，然后逐步減小尺度直到最小尺度，通過比較相鄰尺度下閾值的差異解決兩相鄰尺度之間閾值的對應關系，最后從最小尺度下的零交叉點確定最佳閾值。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種非織造布孔隙率測量方法，其特征在于步驟3形態(tài)濾波是通過腐蝕、膨脹、細化和剪枝處理消除圖像中的孤點、斷點和殘枝。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種非織造布孔隙率測量方法，其特征在于步驟(1)中所述的非織造布取樣的方法是在非織造布上劃分小格并編號，然后根據(jù)隨機數(shù)發(fā)生器程序產(chǎn)生的隨機數(shù)抽取相應小格的非織造布試樣。
7.一種非織造布孔隙測量系統(tǒng)，包括顯微鏡、光源、CCD攝像機、接口附件、圖像采集卡、計算機；其特征在于所述的光源置于顯微鏡載物臺下方，所述的CCD攝像機通過接口附件置于顯微鏡上方。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種非織造布孔隙測量系統(tǒng)，其特征在于所述的CCD攝像機通過顯微鏡采集放大的非織造布圖像；所述的圖像采集卡將非織造布圖像轉換成為數(shù)字圖像并輸入計算機中。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的一種非織造布孔隙測量系統(tǒng)，其特征在于利用本系統(tǒng)的軟件對圖像進行處理和測量非織造布孔隙率。
10.根據(jù)權利要求1或7所述的非織造布孔隙率測量方法及系統(tǒng)，其特征在于采用PulnixTM-6703高速攝像頭的面陣CCD攝像機，采用LumeneraScientific Infinity Camera圖像采集卡，采用戴爾Optiplex170L型計算機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非織造布孔隙率測量方法及系統(tǒng)，測量方法包括首先進行非織造布取樣，然后采集非織造布圖像，處理非織造布圖像，測量非織造布孔隙率。本發(fā)明的系統(tǒng)包括顯微鏡、光源、CCD攝像機、接口附件、圖像采集卡、計算機。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)能夠準確、有效地測量非織造布的孔隙率，將在非織造布質量測試與評價方面發(fā)揮積極作用。
文檔編號G01N21/00GK1958933SQ200610118729
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權日2006年11月24日
發(fā)明者陳廷, 陳霞, 李立輕 申請人:東華大學