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1、第2 5 卷第4 期 纺织学报 V 0 1 2 5 ，N o 4 2 0 0 4 年8 月J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h A u g ，2 0 0 4 图像处理在特种动物毛纤维识别中的应用 沈精虎 ( 青岛大学机电学院，青岛，2 6 6 0 7 1 ) 王晓红 ( 上海出版印刷高等专科学校) 摘要：利用图像处理技术对毛纤维图像做一系列预处理，该图像包含每一个识别指标的描述。采用主因子分析法处理数据，综 合考虑识别误判率和识别计算量2 个因素，建成专家库，有利于误判率的降低。 关键词：图像处理 模式识别误判率识别指标主因子分析 中图分类号：T
2、 s1 0 1 9 2文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 4 ) 0 4 一0 0 2 6 0 2 长期以来，由于特种动物毛纤维品质优良、产量 低而价格昂贵，从而出现用羊毛或化纤替代特种动 物毛的现象。这不但影响最终产品以及各个处理过 程中对原材料的控制，并直接影响消费者的利益。 所以正确识别由不同特种动物纤维纺制的纱线和织 物是十分必要的。然而由于绵羊毛和特种动物毛纤 维在化学组成和物理结构方面有许多相似之处，因 而为正确识别带来了困难。随着计算机图像处理的 理论和技术的不断发展，借助计算机图像进行特种 动物毛纤维识别的研究日益深入，一方面它更接近 于人眼
3、主观的观察之感觉，另一方面它可以结合采 用许多外形和透射参数对每一根毛纤维进行多参数 联合评判，因此它更客观，特征值计算量可以很大而 不会出现计算误差。在一定程度上，这种方法可以 把人工经验和仪器测量结合起来，建立成专家库，更 有利于误判率的降低。 特种动物毛纤维的图像分析和识别的过程是： 图像预处理、图像分析和指标计算、图像识别和分 类。图像的预处理一般包括灰度直方图的计算、滤 波去噪声、二值化等操作。接下来提取不同的特征 量，如鳞片的长、宽、厚以及其变异情况，或是鳞片形 状特征，如鳞片的复杂度、圆形度、椭圆形度的计算 等，或是皮质和髓质的分布状况，或是毛纤维的卷曲 特性，或是毛纤维表面的光
4、泽等等，并将其量化。最 后依据模式识别原理来划分和识别毛纤维的种类。 1 毛纤维图像的预处理 首要的工作就是把原始图像转换成可用图像处 理和分析技术定量描述和测量的形态。本文对毛纤 维图像采用的预处理技术有：边缘增强、图像二值 化、数学形态学结构处理、图像骨架提取和人工修补 ( 消除由于扫描电镜本身的成像特征、机械分梳对毛 从分析中得知，棕色棉纤维的强力与吸水性能 比绿色棉要好，绿色棉纤维形态结构与棕色棉不同， 即绿色棉的次层细胞壁是由间断的纤维软木脂层组 成的。对于不同的棉纤维易采用不同的脱脂方 法，以获得适合非织造生产加工的纤维材料。 3结论 1 加快转基因彩色棉纤维的发展和拓宽转基 因棉
5、纤维的应用领域迫切需要新的增长点。棉纤维 由于其特定的吸湿性及芯吸性能，天然的抗静电性， 耐热性和尺寸稳定性，在非织造工业中有广泛的应 用前景，例如梳理成网水刺全棉非织造布。 2 棕色棉纤维和绿色棉纤维脱脂后强力都有 所下降，脱脂后棕色棉纤维的强力与吸水量均大于 绿色棉纤维。 3 通过k ( 3 4 ) 正交试验，发现不同因子的水平 变化对棉纤维的性能影响不一样。通过方差分析与 统计直观分析找到了适合棕色棉和绿色棉纤维的工 艺。即绿色棉纤维易采用6 0m i n 、1 1 0 、7 5g ，L 的 烧碱煮练脱脂，棕色棉纤维易采用9 0I I l i n 、1 1 0 、 7 5g ，L 的烧碱
6、煮练。 参考 文 献 l 黄猛我国绿色纺织品的现状和发展趋势棉纺织技术，2 0 0 0 ( 2 ) ：2 1 2 5 2 赵宁彩色棉花及制品对纺织业提出的新挑战中国纺织， 1 9 9 9 ( 6 ) ：3 9 3R H k a r y C o t t o n T e x t i l eA s i a ，2 0 0 l ( 1 ) ：1 1 1 7 4王菊生等染整工艺原理( 第二册) 北京：纺织工业出版社， 1 9 8 4 ：2 7 2 9 5北京大学数学力学系概率统计组编正交设计法石油化学工业 出版社1 9 7 6 ：2 0 5 0 6 A FR i c h a r d 8 D e 蚰eR o
7、 a d 。S l n I c t u r eo f N a t u r 8 l l yC o l o u r e dC o t t o 聃T h e J o 帆8 l0 ft h eT e x t i l eI n s t i t u t e ，1 9 9 9 ( 4 ) ：4 9 3 4 9 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 4 年第4 期 纺织学报【2 7 】 纤维表面的鳞片造成的损伤、辉纹、杂质等因素对毛 纤维正确识别的影响)
8、 。图像预处理后的结果见 图l 。 ( a ) 原图像( b ) 边缘检测处理后( c ) 二值化处理后 圆圆圆阑 ( d ) 膨胀处理后( e ) 腐蚀处理后( f ) 骨架提取后( g ) 手工修补后 圈l 毛纤维原图像与预处理后的图像 2 毛纤维识别指标的选取与描述 初步选择1 1 个毛纤维特征描述指标来识别不 同的特种动物毛纤维1 。它们分别是：1 ) 纤维直径 D ( 肚m ) ：毛纤维的直径是指毛纤维两边的距离，本文 采用一元线性回归法计算毛纤维的直径。2 ) 鳞片相 对宽度彤：鳞片绝对宽度训为垂直于毛纤维直径方 向上标记鳞片的最大宽度，形= 埘D 。3 ) 鳞片可见 高度( 肚m
9、 ) ：鳞片可见高度H 为平行于毛纤维直径 方向上标记鳞片的最大高度，其描述如图2 所示。 4 ) 鳞片厚度r ( 肛m ) ：沿旋转后的毛纤维直径的任一 边跟踪，标记最高点和与其相邻最低点，并记录它们 的坐标值，鳞片厚度r 的值为这两点的差值的换算 值，其描述如图2 所示。5 ) 鳞片开张角口( o ) ：是鳞 片翘角的角度值，它的计算值为a r c t 蚴( r ，H ) 。鳞片 开张角口= a r c t a n ( ) 。6 ) 鳞片面积A ，( 肚m ) ：本文 采用的鳞片面积是一个相对值，即为鳞片的实际测 量值与纤维直径的比值。7 ) 鳞片周长c 。：鳞片周长 也是一个相对值，是鳞
10、片周长的实际测量值与纤维 髓2色纤维识别指标的描述示意图 直径的比值。8 ) 鳞片 的形状因子P ：用来 反映鳞片的似圆度。 得到标记鳞片的面积 A ，和c ，周长后，P = 47 f c 。，A ：。9 ) 鳞片占有 率，：用来描述鳞片 形状的复杂程度。鳞 片形状越复杂，鳞片 占有率F 的值越小。 A 为鳞片最小外接矩 形的面积，F ：A 。A ，。1 0 ) 鳞片倾斜率s ：不同毛纤 维的鳞片倾斜率可采用J s = 日R 。计算( 尺。为沿纤 维长度方向上鳞片最小外接矩形的宽度) 。1 1 ) 鳞片 高宽比R ，：用来描述鳞片在水平和垂直方向上的对 称程度。可用R 。= R ，尺。计算，R
11、 。为鳞片最小外接 矩形的高度。 3 特种动物毛纤维识别指标的确立 选用的绵羊毛为陕北出产的6 6 支绵羊毛，山羊 绒为除毛山羊绒。这2 类纤维各选5 0 0 根拍摄成扫 描电镜照片，利用图像处理和分析方法测量了上述 的1 1 个特征指标的值。但在实际识别特种动物毛 纤维时没有必要采用这么多的识别指标。通常是在 这些指标中选取最能区分特种动物毛纤维的几个指 标作为最终的实际应用的识别指标。利用多元统计 分析中的主因子分析法对这些指标的测试数据进行 处理，将为数众多的变量减少为几个起支配作用的 主因子，以再现它们之间的内在联系。 综合分析绵羊毛和山羊绒纤维识别指标的主因 子分析结果，可以看出，用
12、于识别这2 种毛纤维的主 因子归纳为鳞片形状特征参数、鳞片厚度、纤维直 径、鳞片可见高度以及鳞片相对宽度、鳞片边缘倾斜 率等这几个指标就足够了，而省去了许多重复识别 指标。 4 结束语 采用图像处理和分析技术对特种动物毛纤维进 行预处理后可以完全、自动地对毛纤维的特征指标 进行描述和测量，为后续的毛纤维识别提供准确客 观的数据。采用主因子分析方法，它的基本指标分 别是鳞片形状特征指标、鳞片面积指标、鳞片可见高 度指标、鳞片厚度指标、鳞片边缘倾斜率指标和纤维 直径指标等，其正确识别率可高达到9 5 以上。通 过二类非线性判别方法和概率相乘原理的计算和分 析，验证了这一结论的正确性。 图像处理技术
13、与模式识别技术的完美结合，为 特种动物毛纤维的快速、准确的自动识别提供了坚 实的理论基础和高性能的技术。 参考文献 1 王润生图像理解长沙：国防科技大学出版社1 9 9 5 ：9 6 9 7 2D R o b s o ne ta 1 C u t i c u l 盯S c a l eM e 8 s u r e m e n t sU s i “gI H m g eA n 8 l y s i s T e c h n i q u 。s T e x t R e s J ，1 9 8 9 ( 1 2 ) ：7 1 3 7 1 6 3B x u e ta 1 F i b e rC r 0 8 sS e c t i o n a lS h 叩eA n a l y s i 8u s i n gI m a g ef ，r o c e s 8 i n 9 1 k h n i q l l T e x t R J ，1 9 9 3 ( 1 2 ) ：7 1 7 7 3 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark