基于图像处理的非织造布纤维直径与取向分布的测量

论文摘要

非织造布是纤维材料直接构成的纤维集合体,因此纤维材料的性能对非织造布的性能有直接的影响。纤维直径会影响到非织造布的体积密度、摩擦性能、强度以及手感,而纤维的取向分布则会影响非织造布的物理机械性能,因此,对于非织造布纤维直径与取向分布的测量就显得尤其重要了。测量非织造布纤维直径的传统方法是显微镜投影法与电照镜法,但是这些方法在测量过程中受主观因素的影响较大。传统的测量非织造布纤维取向分布的方法也有多种,但都有一定的局限性与不足之处。本文采用图像处理技术对非织造布纤维直径与取向分布进行测量,并与传统方法进行对比。论文主要内容包括:1、图像采集。使用CCD摄相机采集非织造布纤维网的光照投影图。在放大倍数为200倍左右采集得到单根纤维图像,用于测量纤维直径,并采集测微尺的图像,以换算出每个像素所对应的实际尺寸。在放大倍数为100倍左右,采集得到纤维网的图像,用于测量纤维的取向分布。2、采用图像处理方法测量非织造布纤维直径。首先采用中值滤波去除噪声;利用Canny边缘检测算法提取纤维的两侧边缘线,利用曲线拟合方法得到纤维的倾角;根据纤维倾角与纤维水平或竖直宽度的几何关系得到纤维的直径,进而得到纤维直径分布情况。3、采用图像处理方法测量非织造纤维的取向分布。首先采用中值滤波去除噪声;选用乌斯特全局阈值将灰度图像转化为二值图像,再进行数学形态学的膨胀处理以填充纤维间的孔洞;通过图像标识提取出孔洞图像,利用曲线拟合方法得到孔洞的边缘线取向,用于代表孔洞周围纤维的取向,最后得到纤维网中纤维的取向分布。4、将图像处理方法与传统显微镜投影法测量到的纤维直径进行对比,发现两种方法测得的平均纤维直径差异很小,且测出的纤维直径具有相似的分布,因而图像处理方法可以代替显微镜投影方法用于非织造布纤维直径的测量。将两种图像处理方法测量的纤维取向分布进行对比,发现处理单根纤维图像,可检测到纤维的倾角,处理纤维网图像,则能提取图像中孔洞的边缘线取向,从而得到纤维的取向分布。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 文献综述
• 1.2 论文的研究意义与内容
• 参考文献
• 第二章 图像采集
• 2.1 采集环境
• 2.2 图像采集光源
• 2.3 纤维采集过程
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 基于图像处理的非织造布纤维直径的测量
• 3.1 图像的预处理
• 3.2 边缘检测
• 3.3 纤维直径的计算过程
• 3.4 透射光与反射光的讨论
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于图像处理的非织造布纤维取向分布的测量
• 4.1 图像预处理
• 4.2 图像二值化
• 4.3 图像膨胀
• 4.4 图像取反
• 4.5 图像腐蚀
• 4.6 图像中孔洞的标识
• 4.7 取向分布的计算
• 4.8 实验举例
• 4.9 本章小结
• 参考文献
• 第五章 数据处理与分析
• 5.1 纤维直径及其分布
• 5.2 纤维的取向分布
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录1 非织造布纤维直径数据
• 附录2 非织造布纤维取向分布数据
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢