基于近似二级反射率和蓬松度校正的彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法技术

本发明专利技术公开了基于近似二级反射率和蓬松度校正的彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法，先由红黄蓝三通道单色光获取纤维反射信号和纤维须丛透射信号，再由单色光反射率二级估算光学算法校正固定堆砌密度的彩色棉纤维反射率，然后由须丛图像获取的透光信号、校正后反射率信号和光学面密度算法计算随机双端须丛的光学线密度分布曲线，最后由梳理后棉纤维或皮棉散纤维蓬松度光学校正算法计算彩色棉纤维须丛曲线，可适用于不同颜色棉纤维长度测量，比直接采用灰度反射率或理想反射率的方法更加准确，也可用于彩色棉纤维或高分子堆积材料的质量密度分布测量。质量密度分布测量。质量密度分布测量。

【技术实现步骤摘要】
基于近似二级反射率和蓬松度校正的彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法


[0001]本专利技术涉及彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法的
，特别是基于近似二级反射率和蓬松度校正的彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法的


技术介绍

[0002]彩色棉通常包括染色棉和天然彩棉。彩色棉纤维长度是重要的纤维物理特征参数之一，它能影响纤维的品质、纱线可纺性、成纱质量和天然彩棉改基因育种，也是决定价格和用途的重要依据。但是，目前彩色棉纤维长度测量仍是难点。
[0003]现有的自动化棉纤维长度国际标准测量仪主要有HVI(High Volume Instrument)和AFIS(Advanced Fiber Information System)两种。HVI由Spinlab公司于20世纪70年代根据Heretl的照影仪曲线理论所开发，截止目前已成为白棉纤维长度的国际标准测量仪，但是无法用于短绒率和彩色纤维的测量。AFIS可采用红外光线和气流法测量至少3000根棉单纤维的长度，从而提供棉纤维的长度指标，然而其在制样过程中会使纤维发生断裂，导致只有部分纤维被测量(9～33％)，且气流中纤维的方向和曲率因素还会造成纤维长度低估。
[0004]此外，王府梅和吴红艳在2012年提出了一种快速低成本的纤维长度测量方法(公告号为CN102853775B)，包括样品制样、须丛透光图像获取和须丛线密度曲线计算，可根据须丛线密度曲线计算纤维的长度指标。然而，该方法基于Lambert
‑
Beer定律计算须丛的厚度信息，而L
‑
B定律仅考虑了光的吸收，忽略了光散射和反射，导致最终结果出现偏差。为了提高该方法中的光信号分析精度，吴美琴等在2015年推导出由透射和无穷厚材料的反射光学信号计算层状纤维集合体任意一点处的相对面密度的算法(公告号为CN105403482B)，并命名为Wu
‑
Wang算法。由该算法获得的光学密度与真实密度之间具有较高的一致性，准确性高于Lambert
‑
Beer定律，适用于棉、毛和木棉等多种纤维之中。
[0005]但是，上述方法均仅仅针对于白色棉和毛等纤维的测量。也就是说，利用上述测量方法无法将反射图像值直接用于彩色纤维的长度指标测量。在2020年，衡冲(数字化羊绒测色法及其在长度测量中的应用，衡冲等，纺织学报，第41卷第12期，2020年12月)通过将构建R、G、B值转化的亮度值L与Datacolor分光光度计测得的灰度通道理想R
∞
之间的转换模型应用于羊绒纤维长度测试之中，获得了与手排法结果高度一致的浅紫色羊绒须丛曲线。然而，其灰度通道的理想R
∞
未考虑光传递路线上虹膜和噪声等因素，且天然羊绒色域窄，而日光灯光源的波长依赖性远超于单色光，这便共同导致了利用其所形成的彩色棉纤维须丛曲线不够准确。因此，对于颜色多样且品种丰富的棉纤维样品的长度测量而言，需研究出相应的光学测量方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是解决现有技术中的问题，提出彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法，是考虑单色光测量彩色纤维集合体无穷厚反射率时传播路径上的光学虹膜和噪声等影
响因素的二级近似校正法和须丛曲线夹持区两侧光学蓬松度校正算法，可适用于不同颜色棉纤维长度测量，比直接采用灰度反射率或理想反射率的方法更加准确，也可用于彩色棉纤维或高分子堆积材料的质量密度分布测量。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出了基于近似二级反射率和蓬松度校正的彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、图像的测量采集：
[0009]获取由彩色棉纤维或其他彩色高分子物体堆砌至无穷厚时的层状材料试样并测量采集在均匀的红、绿、蓝(R、G、B)三种单色光照射下的反射图像，再利用彩色棉纤维制成双端随机须丛并测量采集在均匀的红、绿、蓝(R、G、B)三种单色光照射下的透射图像，并且层状材料试样需要保证在反射测量时纤维的堆积密度固定且平行排列，而彩色棉纤维双端随机须丛需要保证在透射测量时纤维平行排列；
[0010]步骤2、单色光反射率二级估算光学算法校正：
[0011]通过公式(1)计算在红、绿、蓝(R、G、B)三通道下的仪器测量反射率：
[0012]r
i
＝U
i
/255
ꢀꢀ
(1)；
[0013]式中，U
i
为由步骤1所测量采集的反射图像获取的R、G、B通道的值，i＝R,G,B；
[0014]由图像仪与各传感器的关系公式获得理想反射率：
[0015]U
i
＝∫p(λ)e(λ)f(λ)s
i
(λ)dλ 1≤i≤3
ꢀꢀ
(2)；
[0016]式中，p(λ)为光路的光谱传输效率，e(λ)为光源的光谱密度分布，f(λ)为样品的光谱反射率；
[0017]由公式(2)所获得的传感器设备硬件的灵敏度曲线如下：
[0018]S
i
(λ)＝t
i
(λ)q(λ)
ꢀꢀ
(3)；
[0019]式中，t
i
(λ)为光谱响应滤光片，i＝R,G,B，q(λ)为传感器材料的量子效率；
[0020]在理想状态下，可假设光谱传输率p(λ)为1，此时的反射率被命名为理想反射率，即可通过公式(4)计算在红、绿、蓝(R、G、B)三通道下的理想反射率：
[0021][0022]式中，r
R
、r
G
和r
B
分别为在红、绿、蓝(R、G、B)三通道下的仪器测量反射率，r
R,1
、r
G,1
和r
B,1
分别为在红、绿、蓝(R、G、B)三通道下的理想反射率；
[0023]公式(4)所展示的理论一级校正方程由天然彩棉和染色棉所测反射率与理想反射率的拟合曲线获得，且校正前后的数据分别如图1和图2所示，忽略了镜头等光学元器件噪声以及表面虹膜等影响因素，而在实际情况下这些影响因素会直接影响彩色纤维须丛曲线及混色纤维中各分色纤维须丛曲线的测量，即光谱传输率p(λ)并不等于1，因而应对反射率作出二次校正，并且经反射率对光学模型计算准确须丛曲线的影响分析，以多种彩色棉纤维的R
∞
<10％的单色通道为参照通道，推导出层状纤维集合体面密度分布的新算法计算各通道须丛曲线：
[0024][0025]式中，W
r,ij
为须丛透射影像中第i行j列处像素点的相对面密度；W
ij
为须丛透射影像中第i行j列处像素点的光学密度；W
max
为须丛透射影像中试样最厚处的光学密度；R
∞
为彩色棉纤维或其他彩色高分子物体堆砌到无穷厚时的反射率，T
ij
为由步骤1所测量采集的投射图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于近似二级反射率和蓬松度校正的彩色棉纤维须丛曲线光学测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、图像的测量采集：获取由彩色棉纤维或其他彩色高分子物体堆砌至无穷厚时的层状材料试样并测量采集在均匀的红、绿、蓝三种单色光照射下的反射图像，再利用彩色棉纤维制成双端随机须丛并测量采集在均匀的红、绿、蓝三种单色光照射下的透射图像；步骤2、单色光反射率二级估算光学算法校正：通过公式(1)计算在红、绿、蓝三通道下的仪器测量反射率：r
i
＝U
i
/255 (1)；式中，U
i
为由步骤1所测量采集的反射图像获取的R、G、B通道的值，i＝R,G,B；通过公式(2)计算在红、绿、蓝三通道下的理想反射率：式中，r
R
、r
G
和r
B
分别为在红、绿、蓝三通道下的仪器测量反射率，r
R,1
、r
G,1
和r
B,1
分别为在红、绿、蓝三通道下的理想反射率；通过公式(3)计算在红、绿、蓝三通道下的二级校正反射率：式中，r
R,1
、r
G,1
和r
B,1
分别为在红、绿、蓝三通道下的理想反射率，r
R,2
、r
G,2
和r
B,2
分别为在红、绿、蓝三通道下的二级校正反射率；步骤3、须丛曲线的获取与蓬松度校正：利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴美琴，孙新烨，卢作祥，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：