纤维截面自动检测系统的研究

论文摘要

随着人们生活水平的日益提高,人们对穿着的舒适、美观程度等方面的要求也在提高,差别化纤维的品种层出不穷,纤维的性能与纤维截面的形状紧密相关;化纤和纺织生产上迫切需要能对各种纤维进行大批量的自动检测;在检测纤维的方法当中,检测纤维的截面能方便地得到纤维的特征参数;而目前,我国对纤维的这些特征参数的检测大多是由手工的方法来完成的,这些方法不但劳动强度大、效率低,而且精度和数据稳定性也较差。因此,对纤维截面自动检测的研究是相当必要的。以自动检测来代替手工检测,从而降低劳动强度和提高检测准确性正是本论文的提出主要原因。而要实现纤维截面的自动检测,这就要求该系统在5个部分满足自动化的要求;取纤维部分、切片部分、取片部分、自动对焦部分和图像检测部分。本论文主要对其中切片部分自动对焦部分和图像检测部分中的关键技术进行了研究。在本论文的实验的检测对象是非空心的异形纤维,它们是从本论文前期工作的纺丝实验中获得的。在切片部分,第一次提出把生物组织切片机和冷冻机结合起来作为一种切片方法运用到纤维切片当中,并把此方法与其它的切片方法进行对比实验,实验结果表明该切片方法的切片速度快,图像效果好,而且成功率高,这将有利于下一步取片自动化的实现。本论文进行了大量对比实验来确定这种切片方法中主要参数的最佳取值,以指导纤维的生产。在系统的自动对焦部分,本论文探讨几种常用自动聚焦评价函数,并在本论文实验的基础上,采用提出的最值搜索算法来分别对这些对焦评价函数进行自动对焦的仿真实验,实验表明采用平方梯度函数作为对焦评价函数用于纤维截面图像的自动对焦时对焦速度更快;同时本论文在对采用哈氏切片法而出现的多焦面问题进行了研究,并在切片实验中通过各种方式避免了纤维截面图像的多焦面问题的出现,取得了满意结果。在系统的图像处理部分,本论文对Canny算子中的各参数对纤维截面图像边缘检测的影响分别进行了研究,并提出了一种基于多结构元素的形态学和Canny算子的组合算法,实验表明该算法能检测到的边缘清晰完整,同时又能很好地抑制噪声。进而,本论文利用此算法进行纤维截面图像的测量,得到各种纤维的各特征参数。本论文的研究内容解决了自动检测系统中的关键技术,达到了论文预定的目的。这种国内首次提出的纤维截面自动检测的系统将能为进一步研究纤维的形态参数与纤维各性能之间的内在联系提供良好的现实基础,而且还能为改善和提高纤维质量提供必要事实依据,并促进化纤制造、纺织业以及服装业的快速发展。而且该系统还可以推广应用到其它行业的检测中去。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 异形纤维的发展状况
• 1.1.2 异形纤维的功能
• 1.1.3 纤维检测的研究现状
• 1.1.4 研究的意义
• 1.2 纤维截面自动检测系统
• 1.2.1 纤维截面自动检测系统的组成
• 1.2.2 纤维截面自动检测系统的关键技术
• 1.3 课题研究的主要内容及论文的组成
• 1.3.1 课题研究的主要内容
• 1.3.2 论文的组成
• 第二章 纤维切片的获取
• 2.1 纤维切片的方法
• 2.1.1 手工切片法
• 2.1.2 机械切片法
• 2.2 各种切片机（器）简介
• 2.3 纤维的包埋技术
• 2.4 三种切片方法的实验及分析
• 2.4.1 三种切片方法的实验步骤
• 2.4.2 实验结果与分析
• 2.5 冷冻切片方法中的各主要参数的确定
• 2.6 本章小结
• 第三章 纤维切片的自动对焦技术
• 3.1 显微镜自动对焦的原理和基本方法
• 3.1.1 自动对焦的原理
• 3.1.2 自动对焦的基本方法
• 3.1.3 对焦深度法
• 3.2 自动对焦的评价函数
• 3.2.1 自动对焦的评价函数的评判标准
• 3.2.2 几种常用自动对焦的评价函数
• 3.3 纤维切片中多面焦问题
• 3.3.1 多面焦问题出现的原因
• 3.3.2 多面焦问题的研究
• 3.3.3 多面焦在本论文中的讨论
• 3.4 自动对焦方案的确定
• 3.4.1 最值搜索算法
• 3.4.2 对焦评价函数的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 纤维截面图像处理和特征参数的测量
• 4.1 纤维截面图像的预处理
• 4.1.1 图像灰度化
• 4.1.2 图像平滑
• 4.1.3 图像锐化
• 4.1.4 图像分割
• 4.2 纤维截面图像的边缘检测
• 4.2.1 边缘算法好坏的评判准则
• 4.2.2 几种常用的边缘检测算子
• 4.2.3 各边缘检测方法存在的问题
• 4.2.4 边缘检测算法的改进
• 4.2.5 几种边缘检测算法的对比实验与分析
• 4.3 边缘轮廓的提取
• 4.4 纤维截面特征参数的测量研究
• 4.4.1 系统的标定
• 4.4.2 几何形状、尺寸特征参数的测量方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 自动对焦和图像处理子系统的设计
• 5.1 子系统的工作原理与组成
• 5.1.1 硬件组成
• 5.1.2 软件组成
• 5.2 纤维截面的检测实验
• 5.2.1 部分的检测纤维截面图像
• 5.2.2 纤维截面图像测量结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录一 部分异形纤维纺丝实验数据
• 攻读硕士学位论文期间发表的论文
• 致谢