[发明专利]一种基于相位信息的纺织材料纤维直径测量方法

说明书

本发明公开了一种基于相位信息的纺织材料纤维直径测量方法，包括：1)输入一幅扫描电子显微镜拍摄的纺织材料纤维图像I；2)利用改进的Kuwahara滤波器对图像进行滤波；3)采用高低帽变换对前景目标进行增强；4)使用基于相位一致性的特征检测方法检测纤维的边缘并细化；5)针对细化后存在毛刺、短线及断裂问题，对边缘进行修复；6)对修复之后的边缘线进行匹配，识别单根纤维；7)根据纤维识别结果得到纤维中轴线，沿着与中轴线垂直的方向进行扫描找到对应边缘点，计算纤维的像素级宽度，结合标尺信息得到纤维直径。本发明可以广泛地用于纺织材料制备和性能测试领域。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于相位信息的纺织材料纤维直径测量方法，可用于纺织材料纤维直径的测量。

背景技术

纤维直径是纺织材料的重要参数。纤维的取向分布决定了纺织材料的力学各向异性，进而影响纺织材料的性能，纳米纤维材料在燃料电池、生物医学等领域有重要的应用。纤维直径的大小不仅对纤维强度、伸长度、刚性、弹性有很大影响，而且与纺织品的手感、风格以及纱线和织物的加工过程有密切关系。快速、准确地测量纤维直径，对评价产品性能、指导改进制造工艺都具有重要意义。

基于扫描电子显微镜采集的纤维图像进行研究，提出基于相位信息的纺织材料纤维直径测量方法。首先利用改进的Kuwahara滤波器对纤维图像进行滤波并增强前景目标；然后利用基于相位一致性的方法检测纤维边缘，并对边缘进行修复，包括删除交叉点、毛刺、短线并进行边缘补断连接，在此基础上识别单根纤维；接着确定单根纤维中轴线上每一像素点的空间位置以及方向信息，沿中轴线垂直方向进行扫描找到边界像素点；最后根据扫描得到的边界像素点位置计算纤维直径。实验结果表明，本发明提出的纤维直径测量方法能够实现准确、有效的参数测量。

本发明针对扫描电子显微镜下的纺织材料纤维进行参数测量，准确测量纤维直径，从而为改进纺织材料工艺和研究纺织材料纤维的特性提供参考依据。

发明内容

本发明提出了一种基于相位信息的纺织材料纤维直径测量方法。利用相位一致性提取纤维图像的边缘并在此基础上识别单根纤维，然后确定单根纤维的中轴线并沿着垂直于中轴线的方向进行扫描找到纤维的边缘像素点，从而测量纤维直径，实现准确、有效的参数测量。实现本发明目的技术方案，包括下列步骤：

步骤1：输入一幅扫描电子显微镜拍摄的纺织材料纤维图像I；

步骤2：采用改进的Kuwahara滤波方法对图像进行预处理：

步骤2-1：对于图像中的每个像素点(x₀，y₀)，将其邻域均匀地分成8个扇形区域，分别计算每个扇区上局部加权均值m_i以及局部加权标准差s_i；

步骤2-2：计算(x₀，y₀)点的滤波输出：

其中，q是滤波参数。

步骤3：采用高低帽变换增强前景目标：

步骤3-1：对滤波后的图像f进行高帽变换b是结构元素；

步骤3-2：对滤波后的图像f进行低帽变换B(f)＝(f·b)-f，b是结构元素；

步骤3-3：将滤波后的图像加上高帽变换之后的结果，再减去低帽变换之后的结果，得到增强结果E(f)＝f+T(f)-B(f)。

步骤4：使用基于相位一致性的特征检测算法对图像进行边缘检测并细化：

步骤4-1：对采集到的纤维图像进行傅里叶变换；

步骤4-2：构造角向滤波器G(θ)，其中θ为方向角，并利用该滤波器对纤维图像的傅里叶系数进行p个方向的滤波；