本發(fā)明涉及纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，具體涉及一種基于圖像分析的纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、纖維素纖維是一種天然或人造的纖維，廣泛用于造紙、紡織、醫(yī)藥等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，纖維素纖維外表面在受力作用后會(huì)產(chǎn)生不同程度的“起毛”現(xiàn)象。特別地對(duì)于造紙，在打漿過(guò)程中，纖維受到機(jī)械力的作用，細(xì)胞壁會(huì)發(fā)生變形和破裂，從而使纖維表面產(chǎn)生細(xì)小的纖維絲和絨毛。這些纖維絲和絨毛增加了纖維的比表面積，提高了纖維之間的結(jié)合力，有助于改善紙張的強(qiáng)度和性能。這種纖維細(xì)胞壁產(chǎn)生起毛、撕裂、分絲、帚化等現(xiàn)象，通常叫做分絲帚化。通過(guò)控制打漿的工藝參數(shù)，如打漿時(shí)間、打漿濃度、打漿壓力等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維帚化程度的控制，從而生產(chǎn)出滿(mǎn)足不同要求的紙張產(chǎn)品。

2、然而對(duì)于纖維素纖維，帚化程度的表征是極具有挑戰(zhàn)性的。gb\t?22836-2008通過(guò)對(duì)分絲帚化的纖維進(jìn)行定性分級(jí)后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，屬于半定量方法，該方法無(wú)法滿(mǎn)足精確定義纖維帚化率，且受人為定性分級(jí)的影響。如何基于顯微鏡圖像進(jìn)行量化分析帚化程度，實(shí)現(xiàn)帚化率精確量化已成為產(chǎn)品精細(xì)化控制的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于圖像處理的一種纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，該計(jì)算方法通過(guò)二值化、形態(tài)學(xué)計(jì)算、纖維主體/纖絲識(shí)別等操作，基于面積對(duì)纖維帚化率進(jìn)行計(jì)算。該測(cè)量方法借助傳統(tǒng)光學(xué)數(shù)碼顯微鏡和計(jì)算機(jī)圖像處理計(jì)算，解決了人工手動(dòng)處理、主觀(guān)識(shí)別和量化難的問(wèn)題。

2、本發(fā)明至少通過(guò)如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)：

3、一種纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，包括以下步驟：

4、(1)對(duì)纖維進(jìn)行染色，通過(guò)光學(xué)數(shù)碼顯微鏡拍攝得到纖維圖像，并且保證圖像中的纖維不能交織。

5、(2)將纖維圖像轉(zhuǎn)化成灰度值圖像，然后依次進(jìn)行二值化和反色，得到二值化圖像1，其中纖維為白色，背景為黑色。

6、(3)建立半徑為2-4像素的圓形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_disk，采用圓形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_disk對(duì)二值化圖像1進(jìn)行閉運(yùn)算，然后統(tǒng)計(jì)二值化圖像1中纖維對(duì)象的面積，在二值化圖像1中只保留面積最大的纖維對(duì)象作為二值化圖像2進(jìn)行分析。

7、(4)對(duì)二值化圖像2中的纖維對(duì)象進(jìn)行分段，確定各段纖維在二值化圖像2中與水平方向的夾角；若各段纖維夾角之間的最大差值小于40度時(shí)，則該纖維對(duì)象視為有效纖維對(duì)象，計(jì)算出各段纖維夾角的平均值，記為deg_f，計(jì)算有效纖維對(duì)象的面積，記為sf0，否則，重新選擇新的纖維圖像進(jìn)行步驟(2)-(4)。

8、(5)建立長(zhǎng)度為m像素，寬度為n像素，有傾斜角度(與水平方向的夾角)的矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect，使用矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect對(duì)二值化圖像2進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算，得到面積大于0.1倍sf0的纖維對(duì)象為有效纖維主干對(duì)象，計(jì)算有效纖維主干對(duì)象的面積，記為sfi；

9、(6)當(dāng)設(shè)定條件滿(mǎn)足時(shí)，建立新矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect_i，使得長(zhǎng)度m和寬度n都增大，傾斜角度與se_trect相同；使用新矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect_i對(duì)二值化圖像2進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算，得到有效纖維主干對(duì)象，再次計(jì)算有效纖維主干對(duì)象的面積sfi，直到設(shè)定條件不滿(mǎn)足時(shí)停止計(jì)算，并記錄滿(mǎn)足設(shè)定條件的最后的新矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素，記為se_trect_n；

10、(7)使用最后的新矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect_n對(duì)二值化圖像2進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算，得到有效纖維主干對(duì)象視為有效纖維主干，計(jì)算有效纖維主干的面積，記為sf_fiber；

11、(8)纖維帚化率為纖絲面積sf_fbril與有效纖維對(duì)象面積sf0的比值，其中sf_fibril＝sf0-sf_fiber；

12、(9)至少分析100張以上的纖維圖像，采用步驟(2)-(8)統(tǒng)計(jì)計(jì)算纖維帚化率，求其平均值為平均纖維帚化率。

13、優(yōu)選地，步驟(1)中所述光學(xué)數(shù)碼顯微鏡物鏡的選用倍數(shù)為10-40倍。

14、優(yōu)選地，步驟(4)中所述纖維對(duì)象分成3-8段。

15、優(yōu)選地，步驟(5)中所述的矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect的傾斜角度等于各段纖維夾角的平均值deg_f。

16、優(yōu)選地，步驟(5)中所述矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect的長(zhǎng)度m為3-8，寬度n為2-5。

17、優(yōu)選地，步驟(6)中所述設(shè)定條件應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以下3個(gè)條件：(1)有效纖維主干對(duì)象為單個(gè)對(duì)象；(2)sf0-sfi小于0.45倍sf0；(3)長(zhǎng)度m不超過(guò)二值化圖像2寬度的1/30。

18、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具仍如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

19、(1)基于本發(fā)明的形態(tài)學(xué)計(jì)算方法對(duì)纖維主干進(jìn)行識(shí)別，相對(duì)于纖維骨架化或圖像分割，圖像處理速度更快，節(jié)約圖像分析時(shí)間，這對(duì)于需要大量統(tǒng)計(jì)的纖維樣本而言是十分有利的。

20、(2)基于本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)纖維主干與纖絲的自動(dòng)識(shí)別以及纖維帚化率的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，解決了人工手動(dòng)處理、主觀(guān)識(shí)別和量化難的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，其特征在于：步驟(1)中所述光學(xué)數(shù)碼顯微鏡物鏡的選用倍數(shù)為10-40倍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，其特征在于：步驟(4)中所述纖維對(duì)象分成3-8段。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，其特征在于：步驟(5)中所述的矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect的傾斜角度等于各段纖維夾角的平均值deg_f。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，其特征在于：步驟(5)中所述矩形形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素se_trect的長(zhǎng)度m為3-8，寬度n為2-5。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維帚化率的測(cè)量與估算方法，其特征在于：步驟(6)中所述設(shè)定條件應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以下3個(gè)條件：(1)有效纖維主干對(duì)象為單個(gè)對(duì)象；(2)sf0-sfi小于0.45倍sf0；(3)長(zhǎng)度m不超過(guò)二值化圖像2寬度的1/30。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種纖維帚化率的測(cè)量與計(jì)算方法，該測(cè)量方法采用光學(xué)數(shù)碼顯微鏡對(duì)纖維進(jìn)行拍攝，然后經(jīng)過(guò)圖像化處理計(jì)算纖維帚化率。該圖像化處理方法通過(guò)二值化反色、形態(tài)學(xué)運(yùn)算和纖維主體識(shí)別等操作，然后通過(guò)纖維的纖絲面積與有效纖維對(duì)象面積之比來(lái)計(jì)算纖維帚化率。該方法基于圖像拍攝與基于形態(tài)學(xué)運(yùn)算的圖像處理，實(shí)現(xiàn)纖維主干與纖絲的快速識(shí)別與纖維帚化率的量化統(tǒng)計(jì)計(jì)算，解決了人工處理、主觀(guān)識(shí)別和量化難的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：張文暉,范紅杰,張盆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26