專利名稱：紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)采集的方法，屬于紡織纖維全自動(dòng)采集技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
混紡紡織品必須標(biāo)明其纖維成份及含量才能進(jìn)行貿(mào)易和出口 ，因此，混紡織物或紗線中纖維原料的檢測及成份分析，對(duì)于紡織品加工廠家、貿(mào)易雙方、進(jìn)出口商品檢驗(yàn)部門來說是非常重要的。
對(duì)于化學(xué)性質(zhì)不同的纖維檢測和成分分析，可采用化學(xué)方法進(jìn)行檢測，對(duì)于化學(xué)性質(zhì)相同的，如羊毛/羊絨，麻/棉，天絲/棉等混紡紡織品，化學(xué)檢測方法就不適用。在纖維檢測領(lǐng)域，這類具有相同化學(xué)性質(zhì)的纖維檢測和成份分析廣泛采用人工顯微鏡觀察法。該方法通過操作人員手工調(diào)整顯微鏡載物臺(tái)逐根找到纖維，再手工調(diào)節(jié)使圖像聚焦清晰，再將纖維圖像顯示在電腦顯示器上或投影在屏幕上進(jìn)行觀察、測量、計(jì)數(shù)。該方法每搜索一個(gè)纖維都需要再次手工移動(dòng)顯微鏡載物臺(tái)，搜索纖維并調(diào)整焦距，這樣的操作必須反復(fù)執(zhí)行，直到所有
纖維檢測完畢，而在商檢系統(tǒng)需要測定不少于3000根纖維才能出示測試報(bào)告。
這種使用廣泛的纖維投影法，需要檢測人員手工操作顯微鏡在纖維縱向切段試樣片上逐個(gè)搜索纖維、手工調(diào)焦、采集圖像并分析，該方法費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，準(zhǔn)確性差，并且對(duì)檢測人員的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)等依賴性強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)采集的方法，該方法可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地采集纖維縱向切段試樣片中的纖維圖像。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是利用三維自動(dòng)載物臺(tái)的光學(xué)顯微鏡，通過如下步驟在水平(自動(dòng)載物臺(tái)X， Y軸)和垂直(自動(dòng)載物臺(tái)Z軸)方向自動(dòng)搜索纖維并采集圖像，實(shí)現(xiàn)纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)拍攝采集。
本發(fā)明需要的設(shè)備裝配三維自動(dòng)載物臺(tái)的光學(xué)顯微鏡一臺(tái)，利用三維自動(dòng)載物臺(tái)的光學(xué)顯微鏡的控制軟件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平臺(tái)在水平和垂直方向的移動(dòng)控制。
要拍攝清晰的，散落分布在試樣片上的纖維切段圖像，首先要在試樣片的水平面上找到各個(gè)纖維的位置，其次是針對(duì)各個(gè)纖維進(jìn)行垂直方向找到纖維的清晰成像位置。
(1) 地毯式采集
通過三維自動(dòng)載物臺(tái)的光學(xué)顯微鏡的控制軟件，控制顯微鏡的三維自動(dòng)載物臺(tái)通過迂回的連續(xù)采集方式，獲取試樣片上覆蓋指定區(qū)域內(nèi)連續(xù)的、有一定重疊的圖像集合。
(2) 全景拼接
將地毯式采集獲取的圖像集合進(jìn)行拼接，得到試樣片指定區(qū)域的全景圖。
(3) 纖維搜索
通過圖像分析方法找到纖維目標(biāo)在全景圖以及試樣片上的位置。
(4) 自動(dòng)聚焦
在搜索到的各個(gè)纖維的位置分別進(jìn)行自動(dòng)聚焦和圖像采集。
本發(fā)明的有益效果檢測人員不需要操作顯微鏡逐個(gè)搜索纖維、僅需要指定需要采集的范圍即可全自動(dòng)完成所有纖維的圖像采集；不
需要手工調(diào)焦，所有的調(diào)焦都自動(dòng)完成；不需要人工進(jìn)行纖維計(jì)數(shù)，通過連續(xù)自動(dòng)的圖像采集，實(shí)現(xiàn)了纖維搜索和計(jì)數(shù)；這種方法省時(shí)、省力，客觀，準(zhǔn)確性高圖像采集方法，能夠獲得試樣片的全景圖和各個(gè)纖維的清晰圖像。


圖l為本發(fā)明纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)拍攝采集方法步驟
圖2為本發(fā)明纖維縱向切段地毯式采集示意圖；圖3為本發(fā)明纖維縱向切段全景拼接示意圖；圖4為本發(fā)明纖維縱向切段纖維搜索示意圖；圖5為本發(fā)明纖維縱向切段自動(dòng)聚焦示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，這是本發(fā)明纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)拍攝采集方法步驟圖。
如圖所示，通過如下步驟進(jìn)行先7人縱向纖維切片段試樣片開始'，到'裝配三維自動(dòng)平載物臺(tái)的顯微鏡'， 一路到'自動(dòng)聚焦'到
'清晰的纖維圖像集合'；另一路到'地毯采集'、'全景拼接'、'纖 維搜索，，再返回'裝配三維自動(dòng)平載物臺(tái)的顯微鏡'。
在水平(X， Y)和垂直(Z)方向自動(dòng)搜索纖維并采集圖像，實(shí) 現(xiàn)纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)拍攝采集。
參照?qǐng)D2，這是本發(fā)明纖維縱向切段地毯式采集示意圖。 地毯式釆集的具體實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)定試樣片上待采集區(qū)域的三維載 物臺(tái)的起始和終止位置坐標(biāo)，計(jì)算需要進(jìn)行迂回采集的圖像陣列的高 和寬。在起始點(diǎn)位置采集第一幅分圖像。等待采集結(jié)束后，移動(dòng)三維 載物臺(tái)到下一個(gè)分圖像的位置，這個(gè)時(shí)候需要對(duì)載物臺(tái)移動(dòng)的方向進(jìn) 行判斷，即如果下一幅圖像的位置超出規(guī)定的目標(biāo)區(qū)域，就進(jìn)行迂回， 如果迂回后的采集位置也超出了目標(biāo)區(qū)域，則認(rèn)為采集結(jié)束，最后， 將三維載物臺(tái)復(fù)位到最初的位置。采集分圖像的同時(shí)，需要紀(jì)錄所有 采集點(diǎn)的坐標(biāo)位置或者對(duì)分圖像進(jìn)行編號(hào)。重復(fù)以上步驟直到地毯式 采集結(jié)束。
參照?qǐng)D3，這是本發(fā)明纖維縱向切段全景拼接示意圖。 全景拼接的具體實(shí)現(xiàn)方法地毯采集中各個(gè)分圖像被采集時(shí)，自 動(dòng)平臺(tái)XY軸的位置或序號(hào)同時(shí)被紀(jì)錄下來，這些信息可用來確定分 圖像在全景圖縫合中的位置。對(duì)于地毯采集獲得的分圖像陣列來說， 待縫合的全景縮略圖的高和寬能夠通過計(jì)算分圖像陣列的行數(shù)和列 數(shù)來獲取。根據(jù)分圖像陣列被采集的位置紀(jì)錄，全景圖縫合時(shí)，將所 有的分圖像按照相應(yīng)的位置一個(gè)接一個(gè)的重新寫入新建的全景縮略圖中。在分圖像的公共區(qū)域，像素的灰度被設(shè)定為占據(jù)該公共區(qū)域的 分圖像灰度的平均值。
參照?qǐng)D4，這是本發(fā)明纖維縱向切段纖維搜索示意圖。
纖維搜索的具體實(shí)現(xiàn)方法試樣片上的纖維切段與其在全景縮略 圖中的成像具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此通過對(duì)全景圖中纖維的分析，可 實(shí)現(xiàn)纖維搜索和定位。為了實(shí)現(xiàn)后續(xù)的定位采集獲取最佳圖像，需要 將有效的纖維切段中點(diǎn)置于采集圖像的中點(diǎn)，以利于后續(xù)的纖維識(shí) 別，同時(shí)，該方法還要解決纖維交叉問題。
全景圖中的纖維骨架有兩種可能性其一，骨架是孤立骨架。所 謂孤立骨架是指具有一個(gè)像素寬度的骨架上，不存在某個(gè)點(diǎn)周圍有兩 個(gè)以上的連接點(diǎn)。其二，非孤立骨架，即骨架和其他骨架存在交叉點(diǎn)。
孤立骨架搜索方法是，從圖像的左上角第一個(gè)像素開始，遍歷骨 架全景圖中所有的像素，搜索到一個(gè)骨架的起始點(diǎn)后(一個(gè)黑色像素 點(diǎn)，其周圍有且僅有一個(gè)與它相連的黑色像素點(diǎn))，沿著這個(gè)骨架的 前進(jìn)方向搜索下一個(gè)骨架的端點(diǎn)，搜索到的骨架第二個(gè)端點(diǎn)就是骨架 的終止點(diǎn)。沿著某根骨架進(jìn)行搜索的同時(shí)，對(duì)所經(jīng)過的線路進(jìn)行標(biāo)注， 搜索結(jié)束后，再回到該骨架的起始點(diǎn)，并繼續(xù)搜索下一個(gè)未經(jīng)標(biāo)注過 的骨架起始點(diǎn)，直到搜索到圖像的右下角最后一個(gè)像素，結(jié)束搜索。
以上是對(duì)孤立骨架來說的，如果是非孤立骨架，則搜索過程中會(huì) 找到交叉點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候搜索方向不好判斷，需要進(jìn)行特殊處理，系統(tǒng) 中采用將交叉點(diǎn)斷開并標(biāo)注，使所有骨架或骨架片斷都成為孤立骨架 的方法?；谝陨显?，纖維切段是這樣搜索和紀(jì)錄的
(1) 如果搜索到一個(gè)沒有交叉點(diǎn)的孤立骨架，這個(gè)骨架的中點(diǎn) 就作為該纖維的定位坐標(biāo)。
(2) 將經(jīng)過骨架化的全景圖中所有的骨架交叉點(diǎn)都搜索和標(biāo) 注，并在交叉點(diǎn)區(qū)域?qū)⒐羌芊謹(jǐn)嚅_。
(3) 搜索并選擇這些被分?jǐn)嚅_的纖維骨架片斷，將長度超過原
長50%的骨架片段中點(diǎn)作為這些交叉纖維的定位點(diǎn)。 參照?qǐng)D5，這是本發(fā)明纖維縱向切段自動(dòng)聚焦示意圖。
自動(dòng)聚焦的具體實(shí)現(xiàn)方法纖維切段的最佳圖像，不僅要求纖維
切段要準(zhǔn)確定位于水平方向，使得纖維被采集到圖像的中心位置，還 要求圖像必須要清晰，便于進(jìn)一步的圖像識(shí)別分析。
自動(dòng)聚焦中，命名一個(gè)FP參數(shù)(圖像的聚焦參數(shù))，它被用來確 定自動(dòng)平臺(tái)的Z軸的正確聚焦位置，F(xiàn)P是通過圖像的中心區(qū)域計(jì)算 獲得的，F(xiàn)P可如下定義-
其中-
FP: 圖像的聚焦參數(shù)
Width:圖像的寬
Height:圖像的高
w: 圖像中心區(qū)域的寬
h: 圖像中心區(qū)域的高
g(i,j):圖像中各個(gè)像素的灰度值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦，還需要另一個(gè)參數(shù)CFP (正確聚焦位置)，它被 用來確定采集到最大的FP圖像編號(hào)時(shí)自動(dòng)平臺(tái)的Z軸的位置，CFP 這樣定義
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中
CFP:正確的聚焦位置 P: Z軸的位置
k 圖像編號(hào)
FPi: —系列圖像的FP
n: 再次聚焦時(shí)，用于計(jì)算FP的圖像的數(shù)量 根據(jù)上述的兩個(gè)參數(shù)的定義，自動(dòng)聚焦這樣實(shí)現(xiàn)從一系列不同 Z軸位置采集的圖像中，找具有最大的FP的圖像，并把這個(gè)圖像采 集時(shí)的Z軸位置作為最佳聚焦點(diǎn)。依據(jù)這個(gè)FP將Z軸位置移動(dòng)到 CFP (正確聚焦位置)，即可進(jìn)行圖像采集。
權(quán)利要求
1、一種紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)采集的方法，其特征在于所述的全自動(dòng)采集的方法，通過如下步驟進(jìn)行先‘從縱向纖維切片段試樣片開始’，到‘裝配三維自動(dòng)平載物臺(tái)的顯微鏡’，一路到‘自動(dòng)聚焦’到‘清晰的纖維圖像集合’；另一路到‘地毯采集’、‘全景拼接’、‘纖維搜索’，再返回‘裝配三維自動(dòng)平載物臺(tái)的顯微鏡’。
2、 如權(quán)利要求l所述的全自動(dòng)采集的方法，其特征在于所述的地毯式采集步驟，設(shè)定試樣片在采集區(qū)域的起始和終止位置坐標(biāo)，計(jì)算迂回采集的圖像陣列的高和寬，在起始點(diǎn)位置采集第一幅分圖像，等待采集結(jié)束后，移動(dòng)下一個(gè)分圖像的位置，對(duì)載物臺(tái)移動(dòng)的方向進(jìn)行判斷，如果迂回后的采集位置也超出了目標(biāo)區(qū)域，則認(rèn)為采集結(jié)束，最后，將三維載物臺(tái)復(fù)位到最初的位置，采集分圖像的同時(shí)，紀(jì)錄所有采集點(diǎn)的坐標(biāo)位置或者對(duì)分圖像進(jìn)行編號(hào)，重復(fù)以上不走直到地毯式采集結(jié)束。
3、 如權(quán)利要求l所述的全自動(dòng)采集的方法，其特征在于所述的全景拼接步驟，對(duì)于地毯采集獲得的分圖像陣列，待縫合的全景縮略圖的高和寬，通過計(jì)算分圖像陣列的行數(shù)和列數(shù)來獲取，根據(jù)分圖像陣列被采集的位置紀(jì)錄，全景圖縫合時(shí)，將所有的分圖像按照相應(yīng)的位置一個(gè)接一個(gè)的重新寫入新建的全景縮略圖中，在分圖像的公共區(qū)域，像素的灰度被設(shè)定為占據(jù)該公共區(qū)域的分圖像灰度的平均值。
4、 如權(quán)利要求l所述的全自動(dòng)采集的方法，其特征在于所述的纖維搜索步驟，試樣片上的纖維切段與其在全景縮略圖中的成像具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過對(duì)全景圖中纖維的分析，可實(shí)現(xiàn)纖維搜索和定位，后續(xù)的定位采集獲取最佳圖像，需要將有效的纖維切段中點(diǎn)置于采集圖像的中點(diǎn)，利于后續(xù)的纖維識(shí)別。
5、 如權(quán)利要求l所述的全自動(dòng)采集的方法，其特征在于所述的自動(dòng)聚焦步驟，從一系列不同Z軸位置采集的圖像中，找具有最大的FP參數(shù)的圖像，并把這個(gè)圖像采集時(shí)的"Z軸位置"作為最佳聚焦點(diǎn)，依據(jù)這個(gè)FP將Z軸位置移動(dòng)到CFP正確聚焦位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動(dòng)采集的方法，其特征在于所述的全自動(dòng)采集的方法，通過如下步驟進(jìn)行先“從縱向纖維切片段試樣片開始”，到“裝配三維自動(dòng)平載物臺(tái)的顯微鏡”，一路到“自動(dòng)聚焦”到“清晰的纖維圖像集合”；另一路到“地毯采集”、“全景拼接”、“纖維搜索”，再返回“裝配三維自動(dòng)平載物臺(tái)的顯微鏡’。本發(fā)明檢測人員不需要操作顯微鏡逐個(gè)搜索纖維、僅需要指定需要采集的范圍即可全自動(dòng)完成所有纖維的圖像采集；不需要手工調(diào)焦，所有的調(diào)焦都自動(dòng)完成；不需要進(jìn)行纖維計(jì)數(shù)，通過自動(dòng)的圖像采集纖維將自動(dòng)被計(jì)數(shù)，省時(shí)、省力，準(zhǔn)確性高，客觀，可以自動(dòng)獲得試樣片的全景圖和各個(gè)纖維的清晰圖像。
文檔編號(hào)G01N21/84GK101487801SQ20081020440
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者吳雄英, 王善元, 王榮武 申請(qǐng)人:東華大學(xué)