[发明专利]一种相对面密度的光学算法

说明书

本发明涉及一种由纤维或细薄物体组成的层状集合体相对面密度的光学测量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、用均匀光源照射层状纤维集合体材料，利用数码成像技术获取试样的透射光数字灰度图像；第二步、计算层状集合体上任一点的相对面密度；或者计算层状集合体上任一个区域的平均面密度的相对值。运用本发明算法获得的纤维层相对面密度更加精确，从而为精确测量分析纤维长度分布、纤维或细薄物体堆砌成的层状材料结构和性能打下了基础。

技术领域

本发明涉及纤维集合体结构分布特性的光学测量技术，具体来说，涉及由纤维或其他高分子物体堆砌而成的层状材料透光信号计算其面密度分布的高精度方法。

背景技术

层状纺织纤维集合体的面密度分布，是表征多种层状纤维集合体结构和质量分布等特性的中间变量，是研究纤维、纤维网、织物等纤维集合体结构和性能的重要依据，被广泛应用于纺织材料的光电法检测等领域，照影仪法测量棉纤维长度就是一例，但是，早期利用透光强度表征纤维层厚度的照影仪法存在很大误差。

2008年，严漂利用摄像头拍摄透射光照射的纤维束，获得数字图像，根据图像中像素点的亮度值与透光强度成正比的物理概念做出自称的照影仪曲线(东华大学，硕士论文：棉纤维色度和长度测量方法的研究与设计)。因透光量与纤维层厚度(相对面密度)不是线性关系，将透光量作为纤维层厚度计算的纤维层面密度存在较大的偏差。

2012年，王府梅、吴红艳(专利号：ZL201210328089.5)利用透射式扫描仪获取双端须丛的灰度值图像后，将灰度值作为透射光强代入考虑材料吸收与厚度关系的Lambert-Beer定律计算须丛的厚度分布信息，以下称此法为Lambert-Beer定律的衍生算法。虽然较前述方法可以在很大程度提高了须丛厚度的计算精度，但是与真实厚度相比，仍然存在一定偏差。后来吴红艳(东华大学，博士论文：一种纤维长度快速低成本测量方法——双须测量法)基于一组实验总结出了棉纤维须丛曲线的修正方法，但是，此经验公式也仅适用于棉纤维。

在理论上，由于纤维是半透明物质，当光照射纤维集合体时，一部分光线透过纤维集合体成为透射光，另一部分光线因纤维集合体对光线的作用而损失。损失的光线，除了包括被纤维吸收的光能量以外，还包括纤维集合体内部众多纤维表面产生的四面八方的反射光和纤维内部结构不均或消光剂等嵌入物产生的各个方向的散射光。因为基于单向吸收的Lambert-Beer定律没有考虑光被介质的多向散射作用和散射光进一步被吸收，所以计算出的纤维层面密度仍然存在明显偏差。为了高精度测量和分析各种纺织纤维集合体的结构和性质，需要建立考虑光的多向散射和吸收的光学理论模型。

许多研究者对纺织纤维的光学性质进行过实验研究与理论研究，但是综合考虑吸收、散射和反射的纤维层光学面密度研究却未见报道。

当光入射到均质片状材料时，Kubelka和Munk将材料对光的散射和吸收作用在各个方向上造成的光衰减近似折算到向上和向下两个通道光的变化，通过光衰减量推导出与材料的厚度、散射系数、透射系数、透射信号和反射信号相关的物理方程，此方程被称为Kubelka-Munk双通道模型。Kubelka-Munk理论模型已被广泛应用于油墨纸张、颜色混色、医药等均质材料以及膜层原位定量光密度分析领域，而在固体与气体混合构成的纤维集合体面密度定量计算方面未见研究或应用报道。

因此，为了准确测量和分析各种纺织纤维集合体的结构和性质，迫切需要能够综合考虑由纤维和空气混合构成的层状纤维集合体对光线的吸收和散射作用，采用纤维集合体的透射光信号计算其相对面密度分布信息的精准算法。

发明内容

本发明的目的是提供一种由纤维层透光信号计算其相对面密度分布的高精度计算方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种相对面密度的光学算法，其特征在于，包括以下步骤：