專利名稱：一種棉花質(zhì)量檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種棉花質(zhì)量檢測方法，尤其涉及一種棉花中的異性纖維的檢測方法。
背景技術(shù)：
在棉花的收購、攤曬、運(yùn)輸、加工過程中，會混入大量與棉纖維外觀極其相似的異性纖維，如柔軟細(xì)小的塑料膜、化纖、毛發(fā)等雜質(zhì)。異性纖維一旦混入棉花中，會導(dǎo)致布料瑕點(diǎn)增多及染色不均勻，成為困擾棉紡企業(yè)的棘手難題。目前絕大多數(shù)企業(yè)仍采用人工分揀， 但由于異性纖維與棉纖維的形態(tài)、色澤、外觀極其相近，分揀效果不佳。因此目前棉花異性纖維的自動分揀主要采用超聲波技術(shù)、傳感器技術(shù)、光譜分析技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)等技術(shù)。 對棉花異性纖維檢測研究普遍采用彩色CXD (Charge Coupled Device)相機(jī)獲取棉花表面的異性纖維圖像，然后利用棉花與異性纖維的色澤差異檢測異性纖維。此方法對棉花表面的有色異性纖維檢測雖具有一定效果，但對與棉花顏色差別極小的異性纖維以及細(xì)小異性纖維的檢測效果不太理想。目前的研究主要集中在針對棉層表面的異性纖維的檢測，而在棉花的實(shí)際加工過程中異性纖維不僅僅位于皮棉表面，而是大部分位于棉層內(nèi)部。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種棉花質(zhì)量檢測方法，以解決棉層內(nèi)部的異性纖維的檢測問題。( 二 )技術(shù)方案本發(fā)明提供的一種棉花質(zhì)量檢測方法，包括組合波段選擇步驟，基于多元統(tǒng)計分析檢測出棉花的檢測厚度及組合波段；圖像檢測步驟，其對所述組合波段選擇步驟檢測出的所述檢測厚度內(nèi)的異性纖維進(jìn)行圖像檢測，從而檢測出棉花中的異性纖維。其中，所述組合波段選擇步驟包括確定檢測厚度的步驟以及確定組合波段的步驟ο其中，所述確定檢測厚度的步驟包括首先，利用分光光度計分別測量純棉花、純異性纖維及分布于不同厚度棉層內(nèi)的典型異性纖維的反射率；其次，固定波長，針對不同厚度棉花內(nèi)各種異性纖維反射率的變化情況進(jìn)行分析， 確定棉花厚度對各種異性纖維反射率的影響；然后，改變波長，再次分析棉花厚度對各種異性纖維反射率的影響，從而確定棉花檢測厚度。其中，所述確定組合波段的步驟包括首先，在檢測厚度的棉層中依次添加各種異性纖維，測量其在波長范圍內(nèi)的反射光譜數(shù)據(jù)；然后，將測量結(jié)果與未加異性纖維的相同厚度純棉花的反射率進(jìn)行對比，分析在棉花檢測厚度的棉花中各種異性纖維與純棉花中的反射率的最大差值和不同異性纖維之間的反射率的最大差值出現(xiàn)的波段，利用多元統(tǒng)計分析方法確定所述組合波段。其中，所述圖像檢測步驟包括多光譜圖像采集步驟，其在所述檢測厚度的棉層內(nèi)分別添加各種異性纖維，分別采集k個波段的k幅灰度圖像；圖像處理步驟，其通過圖像增強(qiáng)、二值化、以及目標(biāo)增強(qiáng)對通過所述多光譜圖像采集步驟得到的圖像進(jìn)行處理，以突出圖像中目標(biāo)和背景的差異；以及圖像融合步驟，其對在所述圖像處理步驟中處理過的圖像進(jìn)行融合，以便有效識別各種異性纖維。其中，所述圖像融合步驟包括首先，對于所述k個波段的分辨率為M*N的圖像，建立圖像數(shù)據(jù)矩陣X，X = I X1X2-&It，其中Xi為第i個波段的二值圖像；然后，計算所述圖像數(shù)據(jù)矩陣X的協(xié)方差矩陣C， C p){Xs- p)T ,其中 S = MXNJ = ^ix
O-Iκ Z=1 ·
5 = 15再計算所述協(xié)方差矩陣C的特征值Xi, i = 1，2，…m，其中X1S λ 2 λω;
Λ' ·
/71 — _再根據(jù)所述特征值選取圖像加權(quán)系數(shù)矩陣，1 ^ ‘
i=l最后，將k幅所述圖像加權(quán)系數(shù)相加融合，F(xiàn) = 。
i=l(三)有益效果本發(fā)明的一種棉花質(zhì)量檢測方法可以測出棉層內(nèi)部的異性纖維；并且有效區(qū)分不同種類的異性纖維；并且能夠確定棉層內(nèi)異性纖維的多光譜特性；能夠檢棉層內(nèi)部多種異性纖維，更符合棉花加工過程中異性纖維分布的實(shí)際情況，更具實(shí)用價值。


圖1為本發(fā)明的一種棉花質(zhì)量檢測方法實(shí)施例的流程圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例的檢測棉層內(nèi)部的異性纖維的圖像檢測步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。如圖1所示為本發(fā)明提供的一種棉花質(zhì)量檢測方法的流程圖，包括最佳組合波段選擇步驟，其基于多元統(tǒng)計分析檢測出棉花的最佳檢測厚度及最佳組合波段；圖像檢測步驟，其對上述最佳組合波段選擇步驟的檢測出的上述最佳檢測厚度內(nèi)的異性纖維進(jìn)行圖像檢測，檢測出棉花中的異性纖維。上述最佳組合波段選擇步驟包括確定最佳檢測厚度的步驟以及確定最佳組合波段的步驟。確定最佳檢測厚度是首先，固定波長，針對不同厚度棉花內(nèi)各種異性纖維反射率的變化情況進(jìn)行分析，確定棉花厚度對各種異性纖維反射率的影響；然后，改變波長，再次分析棉花厚度對各種異性纖維反射率的影響，從而確定最佳的棉花檢測厚度。具體地，可以選擇幾個關(guān)鍵的波長(例如分別選擇紫外波長310nm、可見光波長390nm、450nm、650nm、近紅外波長980nm、IOSOnm和IlOOnm)，然后針對于每一個波長，分析當(dāng)棉層厚度變化時，各種典型異性纖維反射率隨棉層厚度的變化規(guī)律，從而確定最佳棉層檢測厚度。上述確定最佳組合波段的步驟是首先，在最佳檢測厚度的棉層中依次添加各種異性纖維，測量其在一定波長范圍內(nèi)(如200nm-1800nm)的反射光譜數(shù)據(jù)；然后，將測量結(jié)果與未加異性纖維的相同厚度純棉花的反射率進(jìn)行對比，分析各種異性纖維在最佳厚度棉花中與純棉花中的反射率的最大差值和比值出現(xiàn)的波段，利用多元統(tǒng)計分析方法確定最佳組合波段，使得所選擇組合波段內(nèi)不但棉花與異性纖維的反射率差異大，同時不同異性纖維間反射率差異大，以保證不但能夠有效區(qū)分典型異性纖維與棉花，并能夠區(qū)分不同異性纖維。上述圖像檢測步驟包括多光譜圖像采集步驟，圖像處理步驟，圖像融合步驟。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例的檢測棉層內(nèi)部的異性纖維的圖像檢測步驟的流程圖。如圖1所示，首先，在上述最佳厚度的棉層內(nèi)添加各種異性纖維，分別采集k個波段的k幅灰度圖像。具體地，以寬光譜的白光LED作為光源，利用黑白攝像機(jī)分別加多個不同波段的窄帶濾波片，構(gòu)成異性纖維圖像采集系統(tǒng)。其中窄帶濾波片的波段按照最佳組合波段選擇。在最佳檢測厚度的棉層中添加各種典型異性纖維，分別采集k個波段的k幅灰度圖像。圖像處理步驟，其通過圖像增強(qiáng)、二值化、以及目標(biāo)增強(qiáng)對通過多光譜圖像采集步驟得到的圖像進(jìn)行處理，以突出圖像中目標(biāo)和背景的差異，具體地，分析圖像灰度分布直方圖，確定目標(biāo)灰度分布范圍，對每一幅圖像利用分段線性增強(qiáng)算法增強(qiáng)圖像中目標(biāo)與背景的灰度差，即遍歷圖像中每一個像素，如果像素的灰度級在指定范圍內(nèi)(說明是目標(biāo))，則將其壓縮到一個更小灰度級內(nèi)，以突出目標(biāo)，否則保持不變，利用分段線性增強(qiáng)算法有效增大圖像中目標(biāo)與背景的灰度差。根據(jù)增強(qiáng)后的圖像按照自適應(yīng)Ostu方法確定二值化閾值，即遍歷圖像中每一個像素，如果像素的灰度小于閾值，將其灰度值設(shè)為High，否則設(shè)為 Low。對于細(xì)小的目標(biāo)，在圖像二值化后，容易出現(xiàn)斷裂，為此利用改進(jìn)的形態(tài)學(xué)算法連接斷開的線性目標(biāo)，即先利用較大的結(jié)構(gòu)元對目標(biāo)進(jìn)行膨脹，再利用較小的結(jié)構(gòu)元進(jìn)行腐蝕，能夠有效連接斷裂的目標(biāo)。通過此步驟最終得到清晰、準(zhǔn)確的二值圖像。最后，對在上述圖像處理步驟中處理過的圖像進(jìn)行融合，以便有效識別各種異性纖維。具體的，上述圖像融合步驟是首先，對于k個波段的分辨率為M*N的圖像，建立圖像數(shù)據(jù)矩陣Χ，Χ= |Χ^^·· |Τ，其中Xi為第i個波段的二值圖像；然后，計算上述圖像數(shù)據(jù)矩陣
X的協(xié)方差矩陣C，
權(quán)利要求
1.一種棉花質(zhì)量檢測方法，其特征在于，包括組合波段選擇步驟，基于多元統(tǒng)計分析檢測出棉花的檢測厚度及組合波段； 圖像檢測步驟，其對所述組合波段選擇步驟檢測出的所述檢測厚度內(nèi)的異性纖維進(jìn)行圖像檢測，從而檢測出棉花中的異性纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉花質(zhì)量檢測方法，其特征在于，所述組合波段選擇步驟包括確定檢測厚度的步驟以及確定組合波段的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棉花質(zhì)量檢測方法，其特征在于，所述確定檢測厚度的步驟包括首先，利用分光光度計分別測量純棉花、純異性纖維及分布于不同厚度棉層內(nèi)的典型異性纖維的反射率；其次，固定波長，針對不同厚度棉花內(nèi)各種異性纖維反射率的變化情況進(jìn)行分析，確定棉花厚度對各種異性纖維反射率的影響；然后，改變波長，再次分析棉花厚度對各種異性纖維反射率的影響，從而確定棉花檢測厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棉花質(zhì)量檢測方法，其特征在于，所述確定組合波段的步驟包括首先，在檢測厚度的棉層中依次添加各種異性纖維，測量其在波長范圍內(nèi)的反射光譜數(shù)據(jù)；然后，將測量結(jié)果與未加異性纖維的相同厚度純棉花的反射率進(jìn)行對比，分析在棉花檢測厚度的棉花中各種異性纖維與純棉花中的反射率的最大差值和不同異性纖維之間的反射率的最大差值出現(xiàn)的波段，利用多元統(tǒng)計分析方法確定所述組合波段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉花質(zhì)量檢測方法，其特征在于，所述圖像檢測步驟包括 多光譜圖像采集步驟，其在所述檢測厚度的棉層內(nèi)分別添加各種異性纖維，分別采集k個波段的k幅灰度圖像；圖像處理步驟，其通過圖像增強(qiáng)、二值化、以及目標(biāo)增強(qiáng)對通過所述多光譜圖像采集步驟得到的圖像進(jìn)行處理，以突出圖像中目標(biāo)和背景的差異；以及圖像融合步驟，其對在所述圖像處理步驟中處理過的圖像進(jìn)行融合，以便有效識別各種異性纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種棉花質(zhì)量檢測方法，其特征在于，所述圖像融合步驟包括首先，對于所述k個波段的分辨率為M*N的圖像，建立圖像數(shù)據(jù)矩陣X，X = I X1X2-Xk Iτ， 其中Xi為第i個波段的二值圖像；然后，計算所述圖像數(shù)據(jù)矩陣X的協(xié)方差矩陣C，
全文摘要
本發(fā)明提供了一種棉花質(zhì)量檢測方法，包括最佳組合波段選擇步驟，其基于多元統(tǒng)計分析檢測出棉花的最佳檢測厚度及最佳組合波段；圖像檢測步驟，其對上述最佳組合波段選擇步驟的檢測出的上述最佳檢測厚度內(nèi)的異性纖維進(jìn)行圖像檢測，檢測出棉花中的異性纖維。本發(fā)明提供的一種棉花質(zhì)量檢測方法可以測出棉層內(nèi)部的異性纖維；并且有效區(qū)分不同種類的異性纖維；并且能夠確定棉層內(nèi)異性纖維的多光譜特性，為進(jìn)一步利用異性纖維多光譜特性進(jìn)行檢測奠定理論基礎(chǔ)；能夠檢測棉層內(nèi)部多種異性纖維，更符合棉花加工過程中異性纖維分布的實(shí)際情況，更具實(shí)用價值。
文檔編號G06T5/00GK102253007SQ20111011721
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者冀榮華, 李道亮, 楊文柱 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)