图象处理技术在纤维检测中的应用研究
摘要
纺织原料及其产品中纤维种类的鉴别是以各类纺织用纤维的形态特征及其
理化性能为客观依据的，纤维细度和含量是重要的指标。传统上对羊绒及其混
合纤维的检验与测试多利用投影显微镜法，这种方法人为因素干扰大，准确率
不高，且劳动强度大，因此开发一套羊绒和羊毛混合纤维自动检测系统，对客
观评定纤维的品质及数量具有重大意义。
本文论述了羊绒和羊毛混合纤维定量分析系统中的图象处理，特征提取和
软件设计等问题。系统的分析过程为：待测量纤维经显微镜成象后，由CCD
将光信号转换成电信号，再经图象卡将显微视场中的一块区域转化成一幅数字
图象，然后用计算机对数字化纤维图象做分割处理（即二值化处理），找出待
分析的纤维，通过快速纤维检测算法进行分析计算，测定各纤维组分的平均直
径和根数等主要参数，从而计算出各纤维组分的含量。
本文针对纤维图象中的特点，提出了噪声抑制的快速中值滤波方法，这种
方法对纤维边缘伪边具有良好平滑作用；在图象特征提取中，本文提出了基于
方向信息的边缘检测算法，实验表明这种算法对纤维边缘定位精度高、检测出
的边缘轮廓清晰，有利于下一步的测量计算；提取纤维图象特征时本文设计了
测量直径的主轴法，这种方法对十到四十微米的纤维都能够准确测量。此外，
本文还对步进电机驱动接口程序和软件界面提出了改进和完善措施。
Shape and texture features of fiber play an very important role in distinguishing different textile materials. Among all these features, fiber diameter and content are two commonly used indicators. Conventional methods for fiber differentiation, which are often carried out by hand touch and eyeballing, have the disadvantages of low accuracy, bad robustness and inefficiency. Therefore, developing a set of intelligent automatic analyzer for fiber quality inspection is of great significance.
In this dissertation, an intelligent analyzer based on image processing technology is developed for cashmere fiber quality inspection. The setup of the intelligent analyzer includes a personal computer, a image capturing card, an optical microscope, a CCD camera, a X-Y driving worktable, a printer and a set of software for image capturing and analyzing. Microscopic images are captured by the CCD camera and are saved in the hard disk in digital form. These images are then processed with the software, including the preprocessing of fiber image and feature extraction and classification. Finally, the diameter and content of cashmere fiber can be calculated
Discussed in this dissertation are mainly the algorithm of median filter, edge extraction with orientation information and the methods of feature extraction.
理化性能为客观依据的，纤维细度和含量是重要的指标。传统上对羊绒及其混
合纤维的检验与测试多利用投影显微镜法，这种方法人为因素干扰大，准确率
不高，且劳动强度大，因此开发一套羊绒和羊毛混合纤维自动检测系统，对客
观评定纤维的品质及数量具有重大意义。
本文论述了羊绒和羊毛混合纤维定量分析系统中的图象处理，特征提取和
软件设计等问题。系统的分析过程为：待测量纤维经显微镜成象后，由CCD
将光信号转换成电信号，再经图象卡将显微视场中的一块区域转化成一幅数字
图象，然后用计算机对数字化纤维图象做分割处理（即二值化处理），找出待
分析的纤维，通过快速纤维检测算法进行分析计算，测定各纤维组分的平均直
径和根数等主要参数，从而计算出各纤维组分的含量。
本文针对纤维图象中的特点，提出了噪声抑制的快速中值滤波方法，这种
方法对纤维边缘伪边具有良好平滑作用；在图象特征提取中，本文提出了基于
方向信息的边缘检测算法，实验表明这种算法对纤维边缘定位精度高、检测出
的边缘轮廓清晰，有利于下一步的测量计算；提取纤维图象特征时本文设计了
测量直径的主轴法，这种方法对十到四十微米的纤维都能够准确测量。此外，
本文还对步进电机驱动接口程序和软件界面提出了改进和完善措施。
Shape and texture features of fiber play an very important role in distinguishing different textile materials. Among all these features, fiber diameter and content are two commonly used indicators. Conventional methods for fiber differentiation, which are often carried out by hand touch and eyeballing, have the disadvantages of low accuracy, bad robustness and inefficiency. Therefore, developing a set of intelligent automatic analyzer for fiber quality inspection is of great significance.
In this dissertation, an intelligent analyzer based on image processing technology is developed for cashmere fiber quality inspection. The setup of the intelligent analyzer includes a personal computer, a image capturing card, an optical microscope, a CCD camera, a X-Y driving worktable, a printer and a set of software for image capturing and analyzing. Microscopic images are captured by the CCD camera and are saved in the hard disk in digital form. These images are then processed with the software, including the preprocessing of fiber image and feature extraction and classification. Finally, the diameter and content of cashmere fiber can be calculated
Discussed in this dissertation are mainly the algorithm of median filter, edge extraction with orientation information and the methods of feature extraction.
引文
[1] Kenneth．R．Castleman著：朱志刚，石定机等译，《数字图象处理》，电子 工业出版社：PRENTICE HALL出版公司，1999年8月．
[2] 赵荣椿等编著，《数字图象处理导论》，西北工业大学出版社，1996年7 月．
[3] 陈延标：夏良正编著，《数字图象处理》，人民邮电出版社，1994年4月．
[4] William H．Murray Ⅲ：Chris It．Pappas著：毛选，陈伟健，王瑛译， 《BORLAND C／C++从入门到精通》，电子工业出版社，1998年6月．
[5] Ian Spencer著： 施大龙译，《自学OWL程序二十一日通》， 学苑出 版社， 1994年10月．
[6] 谭浩强；张基温；唐永炎编著，《C语言程序设计教程》，高等教育出版 社，1996年3月．
[7] 宛延铠编著，《C++语言和面向对象程序设计》，清华大学出版社，1998年 7月．
[8] David C．Kay & John R．Ievine著：柏东译，《图形图象文件格式大全》 (Graphics File Formats)，学苑出版社，1994年8月．
[9] 张以谟主编，《应用光学》，机械工业出版社，1990年11月．
[1O]楼顺天；施阳编著，《基于MATLAB的系统分析与设计--神经网 络》，西安电子科技大学出版社，1999年4月．
[11] 崔屹编著，《图象处理与分析--数学形态学方法及应用》，科学出版 社，2000年4月．
[12] 姚穆主编，《毛绒纤维标准与检验》，中国纺织出版社，1999年9月．
[12] 黄淑珍主编，《动物毛纤维结构图集》， 天津纺织工学院等内部发行， 1996年．
[13] 盛聚：谢式千：潘乘毅编著，《概率论与数理统计》， 高等教育出版社， 1993年4月．
[14] 江秀汉等编著，《计算机控制原理及其应用》，西安电子科技大学，1995
年8月．
[15] 王本：沈树群编著，《激光扫描和光盘技术》，北京邮电学院出版社，1990 年12月．
[17] 李世荣编著， 《纺织纤维鉴别方法》， 北京机械工业出版社，1988年．
[18] 谷视平编著， 《光学显微镜》， 兰州甘肃人民出版社， 1985年．
[19] 朱伯申：张炬编著， 《数字式传感器》， 北京理工大学出版社，1996 年8月．
[20] 均正无等主编，《电子计算机在国外纺织工业的应用》， 北京纺织科学 研究所，1980年．
[1] 吴晓波， “图像边缘特征分析光学”，光学精密工程，-1999，7(1) ．-59[a1] -63． 关键词：边缘 边缘检测 图像质量
[2] 自立芬；徐毓娴；于水：李庆祥， “基于图象处理的显微镜自动调焦方 法研究”仪器仪表学报，-1999，20(6) ．-612-614关键词：显微镜 自动调 焦 图象处理
[3] 王锦成，“数字图象处理法测定毛涤混纺比探索与展望”， 毛纺科技，-1999，(3) ．-58-59．
[4] 王汝霖：张海智；崔健；刘金海，“纺织品纤维密度的图象处理技术”， 青岛海洋大学学报，-1998，28(4) ．-657-659． 关键词：纺织品纤维密度 频谱 分析 方向滤波
[5] 宋新平，“应用微机图象处理技术检测纤维材料”， 纺织标准与质量，-2000，(4) ．-25-26． 关键词：图象处理 结构与性能 测试
[6] 王彩霞，“图象处理技术在纺织检测中的应用”， 青岛大学学报，-1999， 14(3) ．-101-103． 关键词：纺织检测 图象处理 处理方法
[7] 杨晓波，“计算机图象处理技术在纺织业中的应用”， 上海纺织科技(计 算机应用)，-2000，28(1) ．-50-51． 关键词：图象处理 结构与性能检测 模 拟仿真 纺织品
[8] 郭宇鹏，“图象处理在织物结构性能测试中的应用”，北京纺织，-2000， 21(6) ．_-43-45． 关键词：图象处理 织物结构性能 测试
[9] 周天舒：佟林：刘成群，“CCD传感技术在灯芯绒织物绒毛保持性能检测 上的应用”，测控技术，-1999，18(10) ．-62-63． 关键词：CCD 数字图象处 理 软测量
[10] 邓建国：李杰，“基于BP神经网络的电机系统的波形控制”，机电工程，-1999，16(1) ．-31-32． 关键词：BP神经网络 反向传播算法 波形控制
[11] 李向吉；丁润涛；蔡靖，“基于区域生长的噪声图像细节保护滤波器”， 电子测量与仪器学报，-1999，13(1) ．-7-11． 关键词：区域生长细节保护滤波器
[12] 文一宁；增泽君，“基于PCI总线的数字视频监控系统图像采集的研制”， 电子与自动化，-1999． 28(1) ．-18-21． 关键词：PCI总线 监控系统 图像采集 视频编辑 数字视频解码
[13] 孙侃，“单片机控制的步进电机自适应调速方法”， 电子与自动化，-1999，28(1) ．-32-35． 关键词：步进电机 单片机 自适应调速 变频信号源
[14] 熊沈蜀；周兆英，“二值图像处理算法的硬件实现”，计算机工程与应用，-1999，35(4) ．-50-52． 关键词：二值图像 收缩 膨胀 轮廓跟踪 细化 硬件
[15] 卢春雨；张长水；闻芳；阎平凡，“基于区域特征的快速人脸检测法”， 清华大学学报(自然科学版)-1999，39(1) ．-101-105． 关键词：人脸识别 人脸检 测 区域特征 马赛克
[16] 徐美瑞；李侠民；徐劳立，“图像并行处理计算机”，北京工业大学学报，-1996，22(2) ．-134-142． 关键词：图像处理 并行计算机
[17] 周杰：陈武凡，“广义模糊算子应用于图像边缘检测中参数的选择与经 验计算”，中国图象图形学报，-1997，2(2，3) ．-108-118． 关键词：广义模糊 算子 分界点参数 可调参数 经验公式
[18] 于东刚；Hong Yan，“二值图像边界平滑跟踪的一个算法”， 中国图象 图形学报，-1997，2(7) ．-471-472． 关键词：边界跟踪 边界平滑 差分码 二 值图像处理
[19] 梁雯；刘松林，“图像中心加权中值滤波的改进与应用”， 中国图象图 形学报，-1997， 2(8，9) ．-629-632． 关键词： 中心加权 中值滤波 边缘
保持 噪声滤除 快速算法
[20] M．Erdelyi，Zs．Bor，W．L．Wilson，M．C．Sayling，and F．K．Tiuel，”Simulation of coherent multiple imaging by means of pupil-plane filtering in optical microlithography”．Journal of the Optical Society of American A Optics，Image Science．and Vision．Vol．16 No．18 1999． P1909～1914．
[21] David Lyszyk and Joseph Shamir,“Signal processing under uncertain conditions by parallel projections onto fuzzy sets”．Journal of the Optical Society of American A Optics，Image Science，and Vision．Vol．16 No．7． 1999． P1602～1611．
[22] G．M．Cortelazzo，L．Lucchese，and C．M．Monti，“Frequency domain analysis of general planar rigid motion with finite duration”．Journal of the Optical Society of American A Optics，Image Science，and Vision．Vol．16 No．7． 1999． P1238～1253．
[23] Rick A．Vander Kam，Ping wah Wong，Robert M．Gray,“JPEG-Compliant Perceptual Coding for a Grayscale Image Printing Pipeline”．IEEI Transactions on Image Processing．Vol．8 No．1，1999． P1～14． Index Terms-Digital halftoning，image compression，JPEG optimization，lossy compression，perceptual coding，printing pipeline．
[24] Salim Djeziri，Fathallah Noubowd，and Rejean Plamondon，“Extraction of Signatures from Check Background Based ona Filiformity criterion”，IEEI Transactions on Image Processing．Vol．7 No．10，1999，P1425～1438． Index Terms-Check Processing，filiformity,lines extraction，segmentation
[25] Kostas Haris，Serafim N．Efstratiadis，Nicos Maglaveras，and Aggels K． Katsaggelos，“Hybrid Image Segmentation Using Watersheds and Fast Region Merging”，IEEI Transactions on Image Processing．Vol．7 No．12，1999，P1684～1690． Index Terms-Image Segmentation，nearest neighbor region merging，noise reduction， watershed transform．
[26] S．Urieli，M．Porat，and N．Cohen，“Optimal Reconstruction of Image from Localized phase”，IEEI Transactions on Image Processing．Vol．7 No．12，1998， P838～853 Index Terms-Convergence，geometric signals，localized Fourier phase， POCS，symmetric signals．
[2] 赵荣椿等编著，《数字图象处理导论》，西北工业大学出版社，1996年7 月．
[3] 陈延标：夏良正编著，《数字图象处理》，人民邮电出版社，1994年4月．
[4] William H．Murray Ⅲ：Chris It．Pappas著：毛选，陈伟健，王瑛译， 《BORLAND C／C++从入门到精通》，电子工业出版社，1998年6月．
[5] Ian Spencer著： 施大龙译，《自学OWL程序二十一日通》， 学苑出 版社， 1994年10月．
[6] 谭浩强；张基温；唐永炎编著，《C语言程序设计教程》，高等教育出版 社，1996年3月．
[7] 宛延铠编著，《C++语言和面向对象程序设计》，清华大学出版社，1998年 7月．
[8] David C．Kay & John R．Ievine著：柏东译，《图形图象文件格式大全》 (Graphics File Formats)，学苑出版社，1994年8月．
[9] 张以谟主编，《应用光学》，机械工业出版社，1990年11月．
[1O]楼顺天；施阳编著，《基于MATLAB的系统分析与设计--神经网 络》，西安电子科技大学出版社，1999年4月．
[11] 崔屹编著，《图象处理与分析--数学形态学方法及应用》，科学出版 社，2000年4月．
[12] 姚穆主编，《毛绒纤维标准与检验》，中国纺织出版社，1999年9月．
[12] 黄淑珍主编，《动物毛纤维结构图集》， 天津纺织工学院等内部发行， 1996年．
[13] 盛聚：谢式千：潘乘毅编著，《概率论与数理统计》， 高等教育出版社， 1993年4月．
[14] 江秀汉等编著，《计算机控制原理及其应用》，西安电子科技大学，1995
年8月．
[15] 王本：沈树群编著，《激光扫描和光盘技术》，北京邮电学院出版社，1990 年12月．
[17] 李世荣编著， 《纺织纤维鉴别方法》， 北京机械工业出版社，1988年．
[18] 谷视平编著， 《光学显微镜》， 兰州甘肃人民出版社， 1985年．
[19] 朱伯申：张炬编著， 《数字式传感器》， 北京理工大学出版社，1996 年8月．
[20] 均正无等主编，《电子计算机在国外纺织工业的应用》， 北京纺织科学 研究所，1980年．
[1] 吴晓波， “图像边缘特征分析光学”，光学精密工程，-1999，7(1) ．-59[a1] -63． 关键词：边缘 边缘检测 图像质量
[2] 自立芬；徐毓娴；于水：李庆祥， “基于图象处理的显微镜自动调焦方 法研究”仪器仪表学报，-1999，20(6) ．-612-614关键词：显微镜 自动调 焦 图象处理
[3] 王锦成，“数字图象处理法测定毛涤混纺比探索与展望”， 毛纺科技，-1999，(3) ．-58-59．
[4] 王汝霖：张海智；崔健；刘金海，“纺织品纤维密度的图象处理技术”， 青岛海洋大学学报，-1998，28(4) ．-657-659． 关键词：纺织品纤维密度 频谱 分析 方向滤波
[5] 宋新平，“应用微机图象处理技术检测纤维材料”， 纺织标准与质量，-2000，(4) ．-25-26． 关键词：图象处理 结构与性能 测试
[6] 王彩霞，“图象处理技术在纺织检测中的应用”， 青岛大学学报，-1999， 14(3) ．-101-103． 关键词：纺织检测 图象处理 处理方法
[7] 杨晓波，“计算机图象处理技术在纺织业中的应用”， 上海纺织科技(计 算机应用)，-2000，28(1) ．-50-51． 关键词：图象处理 结构与性能检测 模 拟仿真 纺织品
[8] 郭宇鹏，“图象处理在织物结构性能测试中的应用”，北京纺织，-2000， 21(6) ．_-43-45． 关键词：图象处理 织物结构性能 测试
[9] 周天舒：佟林：刘成群，“CCD传感技术在灯芯绒织物绒毛保持性能检测 上的应用”，测控技术，-1999，18(10) ．-62-63． 关键词：CCD 数字图象处 理 软测量
[10] 邓建国：李杰，“基于BP神经网络的电机系统的波形控制”，机电工程，-1999，16(1) ．-31-32． 关键词：BP神经网络 反向传播算法 波形控制
[11] 李向吉；丁润涛；蔡靖，“基于区域生长的噪声图像细节保护滤波器”， 电子测量与仪器学报，-1999，13(1) ．-7-11． 关键词：区域生长细节保护滤波器
[12] 文一宁；增泽君，“基于PCI总线的数字视频监控系统图像采集的研制”， 电子与自动化，-1999． 28(1) ．-18-21． 关键词：PCI总线 监控系统 图像采集 视频编辑 数字视频解码
[13] 孙侃，“单片机控制的步进电机自适应调速方法”， 电子与自动化，-1999，28(1) ．-32-35． 关键词：步进电机 单片机 自适应调速 变频信号源
[14] 熊沈蜀；周兆英，“二值图像处理算法的硬件实现”，计算机工程与应用，-1999，35(4) ．-50-52． 关键词：二值图像 收缩 膨胀 轮廓跟踪 细化 硬件
[15] 卢春雨；张长水；闻芳；阎平凡，“基于区域特征的快速人脸检测法”， 清华大学学报(自然科学版)-1999，39(1) ．-101-105． 关键词：人脸识别 人脸检 测 区域特征 马赛克
[16] 徐美瑞；李侠民；徐劳立，“图像并行处理计算机”，北京工业大学学报，-1996，22(2) ．-134-142． 关键词：图像处理 并行计算机
[17] 周杰：陈武凡，“广义模糊算子应用于图像边缘检测中参数的选择与经 验计算”，中国图象图形学报，-1997，2(2，3) ．-108-118． 关键词：广义模糊 算子 分界点参数 可调参数 经验公式
[18] 于东刚；Hong Yan，“二值图像边界平滑跟踪的一个算法”， 中国图象 图形学报，-1997，2(7) ．-471-472． 关键词：边界跟踪 边界平滑 差分码 二 值图像处理
[19] 梁雯；刘松林，“图像中心加权中值滤波的改进与应用”， 中国图象图 形学报，-1997， 2(8，9) ．-629-632． 关键词： 中心加权 中值滤波 边缘
保持 噪声滤除 快速算法
[20] M．Erdelyi，Zs．Bor，W．L．Wilson，M．C．Sayling，and F．K．Tiuel，”Simulation of coherent multiple imaging by means of pupil-plane filtering in optical microlithography”．Journal of the Optical Society of American A Optics，Image Science．and Vision．Vol．16 No．18 1999． P1909～1914．
[21] David Lyszyk and Joseph Shamir,“Signal processing under uncertain conditions by parallel projections onto fuzzy sets”．Journal of the Optical Society of American A Optics，Image Science，and Vision．Vol．16 No．7． 1999． P1602～1611．
[22] G．M．Cortelazzo，L．Lucchese，and C．M．Monti，“Frequency domain analysis of general planar rigid motion with finite duration”．Journal of the Optical Society of American A Optics，Image Science，and Vision．Vol．16 No．7． 1999． P1238～1253．
[23] Rick A．Vander Kam，Ping wah Wong，Robert M．Gray,“JPEG-Compliant Perceptual Coding for a Grayscale Image Printing Pipeline”．IEEI Transactions on Image Processing．Vol．8 No．1，1999． P1～14． Index Terms-Digital halftoning，image compression，JPEG optimization，lossy compression，perceptual coding，printing pipeline．
[24] Salim Djeziri，Fathallah Noubowd，and Rejean Plamondon，“Extraction of Signatures from Check Background Based ona Filiformity criterion”，IEEI Transactions on Image Processing．Vol．7 No．10，1999，P1425～1438． Index Terms-Check Processing，filiformity,lines extraction，segmentation
[25] Kostas Haris，Serafim N．Efstratiadis，Nicos Maglaveras，and Aggels K． Katsaggelos，“Hybrid Image Segmentation Using Watersheds and Fast Region Merging”，IEEI Transactions on Image Processing．Vol．7 No．12，1999，P1684～1690． Index Terms-Image Segmentation，nearest neighbor region merging，noise reduction， watershed transform．
[26] S．Urieli，M．Porat，and N．Cohen，“Optimal Reconstruction of Image from Localized phase”，IEEI Transactions on Image Processing．Vol．7 No．12，1998， P838～853 Index Terms-Convergence，geometric signals，localized Fourier phase， POCS，symmetric signals．