專利名稱：紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動采集方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動采集的方法，屬于紡織纖維全自動采集技術領域。
背景技術：
混紡紡織品必須標明其纖維成份及含量才能進行貿(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，對于紡織品加工廠家、貿(mào)易雙方、進出口商品檢驗部門來說是非常重要的。
對于化學性質(zhì)不同的纖維檢測和成分分析，可采用化學方法進行檢測，對于化學性質(zhì)相同的，如羊毛/羊絨，麻/棉，天絲/棉等混紡紡織品，化學檢測方法就不適用。在纖維檢測領域，這類具有相同化學性質(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行觀察、測量、計數(shù)。該方法每搜索一個纖維都需要再次手工移動顯微鏡載物臺，搜索纖維并調(diào)整焦距，這樣的操作必須反復執(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搜索纖維、手工調(diào)焦、采集圖像并分析，該方法費時，費力，準確性差，并且對檢測人員的技術、經(jīng)驗等依賴性強。

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采集的方法，該方法可以自動、快速、準確地采集纖維縱向切段試樣片中的纖維圖像。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是利用三維自動載物臺的光學顯微鏡，通過如下步驟在水平(自動載物臺X， Y軸)和垂直(自動載物臺Z軸)方向自動搜索纖維并采集圖像，實現(xiàn)纖維縱向切段顯微圖像全自動拍攝采集。
本發(fā)明需要的設備裝配三維自動載物臺的光學顯微鏡一臺，利用三維自動載物臺的光學顯微鏡的控制軟件可實現(xiàn)自動平臺在水平和垂直方向的移動控制。
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纖維的位置，其次是針對各個纖維進行垂直方向找到纖維的清晰成像位置。
(1) 地毯式采集
通過三維自動載物臺的光學顯微鏡的控制軟件，控制顯微鏡的三維自動載物臺通過迂回的連續(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在全景圖以及試樣片上的位置。
(4) 自動聚焦
在搜索到的各個纖維的位置分別進行自動聚焦和圖像采集。
本發(fā)明的有益效果檢測人員不需要操作顯微鏡逐個搜索纖維、僅需要指定需要采集的范圍即可全自動完成所有纖維的圖像采集；不
需要手工調(diào)焦，所有的調(diào)焦都自動完成；不需要人工進行纖維計數(shù)，通過連續(xù)自動的圖像采集，實現(xiàn)了纖維搜索和計數(shù)；這種方法省時、省力，客觀，準確性高圖像采集方法，能夠獲得試樣片的全景圖和各個纖維的清晰圖像。


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聚焦示意圖。
具體實施例方式
參照圖l，這是本發(fā)明纖維縱向切段顯微圖像全自動拍攝采集方法步驟圖。
如圖所示，通過如下步驟進行先7人縱向纖維切片段試樣片開始'，到'裝配三維自動平載物臺的顯微鏡'， 一路到'自動聚焦'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'裝配三維自動平載物臺的顯微鏡'。
在水平(X， Y)和垂直(Z)方向自動搜索纖維并采集圖像，實 現(xiàn)纖維縱向切段顯微圖像全自動拍攝采集。
參照圖2，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現(xiàn)方法，設定試樣片上待采集區(qū)域的三維載 物臺的起始和終止位置坐標，計算需要進行迂回采集的圖像陣列的高 和寬。在起始點位置采集第一幅分圖像。等待采集結束后，移動三維 載物臺到下一個分圖像的位置，這個時候需要對載物臺移動的方向進 行判斷，即如果下一幅圖像的位置超出規(guī)定的目標區(qū)域，就進行迂回， 如果迂回后的采集位置也超出了目標區(qū)域，則認為采集結束，最后， 將三維載物臺復位到最初的位置。采集分圖像的同時，需要紀錄所有 采集點的坐標位置或者對分圖像進行編號。重復以上步驟直到地毯式 采集結束。
參照圖3，這是本發(fā)明纖維縱向切段全景拼接示意圖。 全景拼接的具體實現(xiàn)方法地毯采集中各個分圖像被采集時，自 動平臺XY軸的位置或序號同時被紀錄下來，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錄，全景圖縫合時，將所 有的分圖像按照相應的位置一個接一個的重新寫入新建的全景縮略圖中。在分圖像的公共區(qū)域，像素的灰度被設定為占據(jù)該公共區(qū)域的 分圖像灰度的平均值。
參照圖4，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應關系，因此通過對全景圖中纖維的分析，可 實現(xiàn)纖維搜索和定位。為了實現(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置于采集圖像的中點，以利于后續(xù)的纖維識 別，同時，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像素寬度的骨架上，不存在某個點周圍有兩 個以上的連接點。其二，非孤立骨架，即骨架和其他骨架存在交叉點。
孤立骨架搜索方法是，從圖像的左上角第一個像素開始，遍歷骨 架全景圖中所有的像素，搜索到一個骨架的起始點后(一個黑色像素 點，其周圍有且僅有一個與它相連的黑色像素點)，沿著這個骨架的 前進方向搜索下一個骨架的端點，搜索到的骨架第二個端點就是骨架 的終止點。沿著某根骨架進行搜索的同時，對所經(jīng)過的線路進行標注， 搜索結束后，再回到該骨架的起始點，并繼續(xù)搜索下一個未經(jīng)標注過 的骨架起始點，直到搜索到圖像的右下角最后一個像素，結束搜索。
以上是對孤立骨架來說的，如果是非孤立骨架，則搜索過程中會 找到交叉點，這個時候搜索方向不好判斷，需要進行特殊處理，系統(tǒng) 中采用將交叉點斷開并標注，使所有骨架或骨架片斷都成為孤立骨架 的方法。基于以上原理，纖維切段是這樣搜索和紀錄的
(1) 如果搜索到一個沒有交叉點的孤立骨架，這個骨架的中點 就作為該纖維的定位坐標。
(2) 將經(jīng)過骨架化的全景圖中所有的骨架交叉點都搜索和標 注，并在交叉點區(qū)域?qū)⒐羌芊謹嚅_。
(3) 搜索并選擇這些被分斷開的纖維骨架片斷，將長度超過原
長50%的骨架片段中點作為這些交叉纖維的定位點。 參照圖5，這是本發(fā)明纖維縱向切段自動聚焦示意圖。
自動聚焦的具體實現(xiàn)方法纖維切段的最佳圖像，不僅要求纖維
切段要準確定位于水平方向，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，便于進一步的圖像識別分析。
自動聚焦中，命名一個FP參數(shù)(圖像的聚焦參數(shù))，它被用來確 定自動平臺的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):圖像中各個像素的灰度值實現(xiàn)自動聚焦，還需要另一個參數(shù)CFP (正確聚焦位置)，它被 用來確定采集到最大的FP圖像編號時自動平臺的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
FPi: —系列圖像的FP
n: 再次聚焦時，用于計算FP的圖像的數(shù)量 根據(jù)上述的兩個參數(shù)的定義，自動聚焦這樣實現(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，并把這個圖像采 集時的Z軸位置作為最佳聚焦點。依據(jù)這個FP將Z軸位置移動到 CFP (正確聚焦位置)，即可進行圖像采集。
權利要求
1、一種紡織纖維縱向切段顯微圖像全自動采集的方法，其特征在于所述的全自動采集的方法，通過如下步驟進行先‘從縱向纖維切片段試樣片開始’，到‘裝配三維自動平載物臺的顯微鏡’，一路到‘自動聚焦’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‘裝配三維自動平載物臺的顯微鏡’。
2、 如權利要求l所述的全自動采集的方法，其特征在于所述的地毯式采集步驟，設定試樣片在采集區(qū)域的起始和終止位置坐標，計算迂回采集的圖像陣列的高和寬，在起始點位置采集第一幅分圖像，等待采集結束后，移動下一個分圖像的位置，對載物臺移動的方向進行判斷，如果迂回后的采集位置也超出了目標區(qū)域，則認為采集結束，最后，將三維載物臺復位到最初的位置，采集分圖像的同時，紀錄所有采集點的坐標位置或者對分圖像進行編號，重復以上不走直到地毯式采集結束。
3、 如權利要求l所述的全自動采集的方法，其特征在于所述的全景拼接步驟，對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錄，全景圖縫合時，將所有的分圖像按照相應的位置一個接一個的重新寫入新建的全景縮略圖中，在分圖像的公共區(qū)域，像素的灰度被設定為占據(jù)該公共區(qū)域的分圖像灰度的平均值。
4、 如權利要求l所述的全自動采集的方法，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應關系，通過對全景圖中纖維的分析，可實現(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置于采集圖像的中點，利于后續(xù)的纖維識別。
5、 如權利要求l所述的全自動采集的方法，其特征在于所述的自動聚焦步驟，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，并把這個圖像采集時的"Z軸位置"作為最佳聚焦點，依據(jù)這個FP將Z軸位置移動到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采集的方法，其特征在于所述的全自動采集的方法，通過如下步驟進行先“從縱向纖維切片段試樣片開始”，到“裝配三維自動平載物臺的顯微鏡”，一路到“自動聚焦”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“裝配三維自動平載物臺的顯微鏡’。本發(fā)明檢測人員不需要操作顯微鏡逐個搜索纖維、僅需要指定需要采集的范圍即可全自動完成所有纖維的圖像采集；不需要手工調(diào)焦，所有的調(diào)焦都自動完成；不需要進行纖維計數(shù)，通過自動的圖像采集纖維將自動被計數(shù)，省時、省力，準確性高，客觀，可以自動獲得試樣片的全景圖和各個纖維的清晰圖像。
文檔編號G01N21/84GK101487801SQ20081020440
公開日2009年7月22日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權日2008年12月11日
發(fā)明者吳雄英, 王善元, 王榮武 申請人:東華大學