基于谱线特征的羊绒与羊毛的鉴别.pdf

《基于谱线特征的羊绒与羊毛的鉴别.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于谱线特征的羊绒与羊毛的鉴别.pdf（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第3 1 卷第4 期 2 0 1 0 年4 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 1 N o 4 A p r ，2 0 1 0 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 1 0 ) 0 4 - 0 0 1 5 0 5 基于谱线特征的羊绒与羊毛的鉴别 蒋高平，钟跃崎，王荣武 ( 东华大学，上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要 为快速区分和检验羊毛、羊绒，提出基于羊毛与羊绒谱线特征的识别方法。这种方法先通过光学显微镜 获得羊毛与羊绒的图像，然后经过图像处理得到羊毛与羊绒的表面信息；接着通过投影的方式，获得

2、羊毛与羊绒表 面所对应的谱线。对获得的谱线进行分割，根据羊毛与羊绒谱线的特性不同，提取羊毛与羊绒谱线的单元宽度值、 单元峰值及离散系数、峰值宽度比等参数；最后通过对这些参数的分析处理进行识别。实验结果表明，采用这种方 法识别羊毛与羊绒，不仅快速准确，而且与以往的方法相比，在精度和速度上都有显著的提高。 关键词谱线特征；谱线分割；特征提取；数据分析 中图分类号：T S1 0 2 3文献标志码：A I d e n t i f i c a t i o no fw o o la n dc a s h m e r eb a s e do nc h a r a c t e r i s t i c s o

3、fs p e c t r a ll i n e J I A N GG a o p i n g ，Z H O N GY u e q i ，W A N GR o n g w u ( D o n g h u aU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 1 6 2 0 ，C h i n a ) A b s t r a c tF o rr a p i di d e n t i f i c a t i o na n di n s p e c t i o no fw o o la n dc a s h m e r e ，t h i sp a p e rs u g g

4、e s t sa n i d e n t i f i c a t i o nm e t h o db a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs p e c t r a ll i n e F i r s t l y ，t h ei m a g e so fw o o la n d c a s h m e r ea r et a k e nu s i n go p t i c a lm i c r o s c o p e S e c o n d l y ，t h es u r f a c ei n f o r m a t i o no ft

5、h ew o o la n dc a s h m e r e i so b t a i n e df r o mt h ei m a g e sb yi m a g ep r o c e s s i n g T h i r d l y ，t h es p e c t r a ll i n e so ft h ew o o la n dc a s h m e r ea r e e x t r a c t e db yal o c a lp r o j e c t i o nm e t h o dw i t hf e a t u r es e g m e n t a t i o n T h ef

6、e a t u r e so fe a c hs p e c t r a ll i n es u c h a su n i tw i d t h ，u n i tp e a kv a l u ea n dc o e f f i c i e n to fd i s c r e t i o n ，a n dp e a kw i d t ha r ee x t r a c t e da c c o r d i n gt ot h e d i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h es u r f a c e W ef i n a l l y

7、d i f f e r e n t i a t ew o o la n dc a s h m e r eb a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ef e a t u r e so ft h e s es p e c t r a ll i n e s E x p e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h i sm e t h o dw o r k sq u i c k l ya n d e f f e c t i v e l yw h i c hh a sr e m a r

8、k a b l ea d v a n t a g e si nc o m p a r i s o nw i t ht h ep r e v i o u sm e t h o d s K e yw o r d s c h a r a c t e r i s t i co fs p e c t r a ll i n e ；d i v i s i o no fs p e c t r a ll i n e ；f e a t u r ee x t r a c t i o n ；d a t aa n a l y s i s 中国是世界上最大的羊绒生产国和出I = I 国，山 羊绒出口占世界的6 0 以上。

9、羊毛、羊绒的价格相 差很大( 有几倍到几十倍的差距) ，但理化性能极为 相似，以羊毛冒充羊绒的情况时有发生，严重影响消 费者的利益和我国的声誉。由于羊毛与羊绒的特殊 性，直到现在还没有一套完整的国际标准，使我国的 羊绒产品在国际贸易中处于被动地位。为保证产品 的质量和商家的利益，必须采用一种方便、快速的检 测方法对二者进行区分。 目前，羊毛、羊绒鉴别的方法主要有光学投影显 微镜法( O M ) 、扫描电镜法( S E M ) 、伸展液定量分析 法、C A T 法、电泳法、D N A 分析法、比重法、氨基酸分 析法等旧。1 。在目前条件下，光学显微镜法仍是一 种普遍、实用的检验技术，但光学显微镜

10、分辨率低， 对于染色或变异的山羊绒和绵羊毛识别困难，同时 费时、费力。近红外光谱技术操作简单，无需样品前 处理，检测时间短，并且在不破坏样品的情况下鉴别 山羊绒和绵羊毛具有一定的实用价值，但是近红外 收稿日期：2 0 0 9 0 4 1 7修回日期：2 0 0 9 1 0 0 9 作者简介：蒋高平( 1 9 8 4 一) ，男，硕士生。主要研究方向为基于图像识别及特征提取的纤维鉴别。钟跃崎，通讯作者，E m a i l ： z h y q d h u e d u e l lo 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWate

11、rmarkR to remove the watermark 1 6 纺织学报 第3 1 卷 光谱技术进行定性鉴别的准确性、可靠性，很大程度 上依赖于建立模型数据库的代表性。扫描电子显微 镜和计算机图像识别的结合是山羊绒与绵羊毛鉴别 发展的方向，但扫描电子显微镜操作复杂而且费用 较高，同时纤维外观结构特征参数的表征还需要进 一步的研究p 。3 。 为此，本文提出了基于羊毛与羊绒谱线特征的 识别方案。通过对普通羊毛与羊绒的图像进行处理 后，获得关于其表面鳞片信息的谱线，然后对谱线进 行分割，提取相关的特征参数，最后对得到的数据进 行分析后识别。这种方法以图像分析技术为基础， 将2 类纤维的大量光

12、学显微镜扫描照片输入计算 机，经过图像处理，获得与表面鳞片信息相关的谱 线，计算其特征参数值，据此进行辨别。该方法既克 服了现有计算机图像处理技术中，以大量扫描电子 显微镜图像为基础，价格昂贵，操作复杂的缺点，又 克服了光学投影显微镜法准确性差，依赖测试人员 水平与经验的致命弱点，大大提高了检测速度和效 率，减轻了技术人员的劳动强度，从而达到自动、快 速、准确鉴别羊毛与羊绒的目的。 1 谱线特征在毛绒鉴别上的应用 1 1 实验样品 样品为鄂尔多斯集团公司提供的1 5 批一级分 梳后山羊绒与1 4 批绵羊毛。各批的羊毛与羊绒纤 维都是由不同时间段生产的原毛中随机抽取的5 0 1 0 0 根纤维组

13、成，抽取后的原毛用石油醚萃取去油 污，剔除植物质并用蒸馏水清洗后制成实验样本，由 专业人员用光学显微镜拍摄成为实验用图像。 1 2 基本原理 羊绒和羊毛的表面形态特征及鳞片结构特征存 在一定差异，对其普通的光学显微镜图像进行图像 处理后，通过投影法可以获得表面形态特征及与鳞 片结构特征相关的谱线。经过观察可以发现，羊毛 与羊绒的特征谱线也存在一定的差异，对其谱线进 一步的计算机分析后，从中提取能够显著区分羊毛 与羊绒的特征参数，对这些数据进行分析，可以对羊 毛与羊绒进行快速准确地鉴别。 1 3 特征谱线的提取 1 3 1 图像处理 图像处理过程主要包括：1 ) 图像预处理，其目 的是去除图像噪

14、声，突出目标；2 ) 图像分割和目标 提取，主要目的是从图像中获得感兴趣的区域；3 ) 特征提取，是要获得对目标的有效特征表达和描述； 4 ) 目标分类，是在提取特征的基础上实现判别和 分类。 在图像处理中综合利用灰度差值、模板代换、细 化、短线过滤、边界搜索、轮廓跟踪、断点分析、拐点 分析、断点线段连接等一系列的方法后，不仅获得黑 白2 种颜色图像，而且可以根据不同的要求，任意定 义图像中某个像素点的取值。9 “。 1 3 2 谱线的获得 对羊毛与羊绒的光学显微镜图像( 见图1 ) 进行 图像处理后，可以得到所需要的二值化图像，并标定 出该图像的中轴线( 见图2 ) 。其中，黑色像素点部 分

15、表示纤维的表面信息。将其中黑色像素点投影到 中轴线上，就可以获得与羊毛、羊绒表面信息相关的 特征谱线( 见图3 ) 。其中横坐标为中轴线，纵坐标 为投影在中轴线上的像素点数量。 图l羊毛的光学显微镜图像 F i g 1O p t i c a lm i c r o s c o p e i m a g eo fw o o l 图2 经过图像处理后的羊毛图像 F i g 2I m a g ea f t e ri m a g ep r o c e s s i n g 宽度个 图3图1 对应的特征谱线 F i g 3 C h a r a c t e rs p e c t r a ll i n e o f

16、F i g 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期 蒋高平等：基于谱线特征的羊绒与羊毛的鉴别 1 7 1 4 特征谱线的分割 经过投影后得到的是1 条在一定长度上连续的 曲线，它可以近似表示多个鳞片结构单元的形态。 为进一步研究羊毛与羊绒的鳞片结构及形态特征， 提取有效的特征参数，必须先把连续的曲线分割成 独立的单元。1 个独立的单元可以近似地表示1 个 鳞片的结构及形态特征。通过对羊毛与羊绒谱线的 观察发现，连续的谱线上存在明显的独立结构单

17、元， 每个单元有一定的宽度，且2 个相邻单元之间的分 割点存在于相对较低的曲线谷底，运用M a t L a b 软件 包进行编程，取适当的阈值，对谱线进行合理的分 割，获得所需要的分割后谱线，见图4 。 1 0 0 牛 捌5 0 髫 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0 宽度，个 图4 图2 分割后的谱线 F i g 4 S p e c t r a ll i n e o fF i g 2a f t e rs e g m e n t i n g 1 5 特征参数的提取与结果分析 对大量的羊毛与羊绒图像所对应的分割后特征 谱线图像( 如图5 所示) 进行观察与对比可以

18、发现： 羊绒特征谱线分割后的单元宽度大于羊毛单元的宽 度；羊绒特征谱线分割后的单元峰值高于羊毛单元 的峰值；羊绒特征谱线分割后的峰值整齐程度好于 羊毛的整齐程度。 图6 为羊毛与羊绒特征指标示意图。峰值h 和 宽度d 为整根谱线分割后各个单元的平均值，单元 1 0 0 圭 鬈s o 0 1 0 0 士 捌5 0 鹫 0 02 0 04 0 06 0 0 宽度，个 ( a ) 羊绒分割后的特征谱线 宽度个 ( b J 羊毛分割后的特征谱线 图5羊毛与羊绒分割后的特征谱线 F i g 5 S p e c t r a ll i n e o fs e g m e n t e dc a s h m e

19、r e ( a ) a n dw o o l ( b ) 峰值为分割后2 个分割点之间的最大值。峰值的整 齐程度可用离散系数C V 值表示。从计算出来的数 据( 见表1 ) 可看出，羊毛与羊绒有一定区别，但同时 在各项特征中也存在极大的交叉，从二者的峰值、宽 度和单元峰C V 值的频率分布就可以看出这一点， 如图7 所示。另判别界限也列在表1 中。 图6 特征指标示意图 F i g 6 S k e t c ho fc h a r a c t e r i s t i ci n d e x 表1羊毛与羊绒的分析数据 T a b 1D a t ao fw o o la n dc a s h m e

20、r ea f t e ra n a l y s i s ( a ) 峰值频率 宽度个 ( b ) 宽度频率 单元峰c v 自 t ( c ) 单元峰值C V 值频率 图7 羊毛与羊绒谱线峰值、宽度和单元峰C V 值频率分布图 F i g 7H i s t o g r a p ho fp e a kv a l u e ( a ) ，w i d t h ( b ) a n dC Vv a l u eo fp e a ku n i t ( c ) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove t

21、he watermark 1 8 纺织学报 第3 1 卷 根据羊毛与羊绒的频率分布，计算出3 个指标 各自的误判概率，如表2 所示。可以看出纯粹依靠 这3 个独立指标的任何一个，羊毛与羊绒的误判概 率都是极高的，也是不可靠的，因而，必须对数据进 行进一步分析，根据概率相乘原理，当同时满足几个 指标时，误判的概率会大大降低。从表2 所示的数 据来看，羊毛与羊绒的误判概率大大降低，实际误判 概率与理论误判概率相吻合，从而证明了利用概率 相乘降低误判的正确性。 从以上的计算分析可以看出，当羊毛与羊绒以 别界限时，羊毛与羊绒的误判率从单个指标的 2 6 6 8 和2 6 7 1 分别下降到0 8 1

22、和2 7 7 ，同 时理论值和实际值高度一致，说明实验与结论的正 确性。本文选择的3 个指标使误判率大幅度降低也 说明判定指标选取得当，因此，可以提取上述3 个特 征参数作为鉴别羊毛与羊绒的指标，并对其进行分 析判别。根据羊毛与羊绒的鉴别流程图( 见图8 ) ， 对特征参数进行分析处理。实验结果显示， 20 6 0 根纤维可鉴别出11 3 2 根羊绒纤维和9 2 8 根 羊毛纤维，而实际上20 6 0 根纤维中包含11 0 8 根羊 宽度均值3 6 ，峰值均值5 3 ，峰值离散系数0 1 9 为判绒纤维与9 5 8 根羊毛纤维，辨别率为9 5 2 。 表2 羊毛与羊绒的误判概率 T a b 2

23、R a t i oo fm i s j u d g e m e n tb e t w e e nw o o la n dc a s h m e r e 注：p 。，为单独以单元峰c V 值为判断指标的误判概率；p 。为单独以峰值为判断指标的误判概率；p d 为单独以宽度为判断指标的误判概率。 2 结束语 单元峰C V 值 宽度 峰值 特征参数 N 峰值3 53 5 6 5 ll ll 羊毛H 一3 6L 单元峰黻广 羊绒绒 C V 值1 9 图8羊毛与羊绒的鉴别流程图 F i g 8 F l o wc h a no fi d e n t i f i c a t i o nb e t w e e

24、 nw o o la n dc a s h m e r e 利用谱线特征方法能够快速准确地鉴别羊毛与 羊绒，与目前常用的扫描电镜与计算机图像识别相 结合的方法相比，该法减少了扫描电镜操作的复杂 过程，而且对于特征参数的提取更为简便；与传统的 羊毛、羊绒的鉴别方法相比，排除了人为因素带来的 影响，省时省力，提高了鉴别的精确度，但是，由于实 验样本的数量不同，特征指标的频率分布尚未十分 稳定，会给鉴别结果带来一定的误差。目前本文只 对普通的羊毛与羊绒进行鉴别，由于变异毛的谱线 特征可能会与羊绒存在一定的相似性，因此，对变异 毛的鉴别还存在着一定的难度。为能够快速准确地 鉴别羊毛与羊绒，包括变异毛等

25、其他混合纤维，应该 在此基础上，完善对特征谱线特征的分割和参数的 提取，并寻找有效的数据分析方法，提高鉴别的精确 程度。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期 蒋高平等：基于谱线特征的羊绒与羊毛的鉴别 1 9 参考文献： 2 3 4 5 刘军我国山羊绒制品及其加工业的现状和发 展 J 毛纺科技，1 9 9 7 ( 3 ) ：3 l 一3 6 L I UJ u n T h ec a s h m e r ep r o d u c t sa n dt

26、 h es t a t u sa n d d e v e l o p m e n to ft h es e c o n d a r ys e c t o r J W o o lT e x t i l e J o u r n a l ，1 9 9 7 ( 3 ) ：3 1 3 6 赵国梁，徐静利用近红外光谱技术进行羊毛、羊绒 鉴别 J 毛纺科技，2 0 0 6 ( 1 ) ：4 2 4 4 Z H A OG u o l i a n g ，X UJ i n g I d e n t i f i c a t i o no fw o o la n d c a s h m e r eu s i n gn

27、e a ri n f r a r e ds p e c t r u mt e c h n i q u e s J W o o lT e x t i l eJ o u r n a l ，2 0 0 6 ( 1 ) ：4 2 4 4 侯永良，王善元，孙锋山羊绒与细羊毛纤维的鉴 别 J 上海纺织科技，1 9 9 9 ( 6 ) ：5 8 6 0 H O UY o n g l i a n g ，W A N G S h a n y u a n ， S U N F e n g I d e n t i f i c a t i o no fc a s h m e r ea n df i n ew o o l

28、J S h a n g h a i T e x t i l eT e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ( 6 ) ：5 8 6 0 W A N GX i a o h o n g ，Y A OM u ，L A IK a n I d e n t i f i c a t i o no f w o o la n dc a s h m e r efJ1 J o u r n a lo fC h i n aT e x t i l e U n i v e r s i t y ：E n gE d ，2 0 0 0 ，1 7 ( 1 ) ：4 4 4 6 李立明，于伟东C A T 扫描电镜系统在

29、山羊绒与绵羊 6 7 8 9 1 0 毛鉴别上的应用 J 中国纤检，2 0 0 6 ( 4 ) ：4 7 4 9 L IL i m i n g Y UW e i d o n g T h ea p p l i c a t i o no fC A T S E M s y s t e mi nt h ei d e n t i f i c a t i o n o fc a s h m e r ea n df i n e w o o l J C h i n aF i b e rI n s p e c t i o n ，2 0 0 6 ( 4 ) ：4 7 4 9 X UB ，T I N GYL M e

30、a s u r e m e n to fg e n e r a lg e o m e t r i c p r o p e r t i e so ff i b e r J JT e s tI n s t ，1 9 9 6 ，8 7 ( 3 ) ： 2 8 4 2 9 5 W O R T M A N NFJ w 0 R T M A N NG Q u a n t i t a t i v ef i b e r m i x t u r ea n a l y s i sb ye l e c t r o nm i c r o s c o p y J T e x t i l eR e s J ，1 9 9 2

31、 ，6 2 ( 7 ) ：4 2 3 4 3 1 杨建忠，王荣武羊绒与羊毛纤维表面形态的图像处 理与识别 J 毛纺科技，2 0 0 2 ( 5 ) ：1 2 一1 5 Y A N GJ i a n z h o n g ，W A N GR o n g w u I m a g ep r o c e s s i n g a n d i d e n t i f yo fs u r f a c e s t r u c t u r eo fc a s h m e r ea n d w o o l J W o o lT e x t i l eJ o u r n a l ，2 0 0 2 ( 5 ) ：1 2

32、 一1 5 R O B S O ND ，W E E D A L LRJ C u t i c u l a rs c a l e m e a s u r e m e n t s u s i n gi m a g ea n a l y s i st e c h n i q u e s J T e x t i l eR e s e a r c hJ o u r n a l ，1 9 8 9 ，5 9 ( 1 2 ) ：7 1 3 7 1 7 R O B S O ND A n i m a lf i b e r a n a l y s i su s i n gi m a g i n g t e c h n

33、 i q u e s ，p a r t1 1 ：a d d i t i o no fs c a l eh e i g h td a t a J T e x t i l eR e s e a r c hJ o u r n a l ，2 0 0 0 ，7 0 ( 2 ) ：1 1 6 1 2 0 1 _ 。”- 1 1 1 1 lr n lu I - - 1n | I - O - 啼r 4 1 “ O - l i t _ l - O - _ 十c I t Iu 一十q rn l l ”“ ( 上接第1 4 页) 5 6 7 王国祯，胡皆汉，滕瑛丝蛋白分子的红外光谱研 究 J 光谱学与光谱分析，1

34、9 9 2 ，1 2 ( 1 ) ：3 5 3 8 W A N GG u o z h e n ，H UJ i e h a n ，T E N GY i n g I n f r a r e d s t u d yo ns i l kp r o t e i nm o l e c u l e s J S p e c t r o s c o p ya n d S p e c t r a lA n a l y s i s ，1 9 9 2 ，1 2 ( 1 ) ：3 5 3 8 周文，陈新，邵正中红外和拉曼光谱用于对丝蛋白构 象的研究 J 化学进展，2 0 0 6 ，1 8 ( 1 1 ) ：1 5 1

35、4 1 5 2 2 Z H O U W e n ， C H E N X i n ， S H A O Z h e n g z h o n g C o n f o r m a t i o ns t u d i e so f s i l kp r o t e i n sw i t hi n f r a r e da n d R a m a ns p e c t r o s c o p y J P r o g r e s si nC h e m i s t r y ，2 0 0 6 ， 1 8 ( 1 1 ) ：1 5 1 4 1 5 2 2 A R A IT a k a y u k i ，F R E

36、 D D lG i u l i a n o B i o d e g r a d a t i o no f B o m b y xm o r is i l kf i b r o i nf i b e r sa n df i l m s J J o u r n a l 8 9 1 0 _ I l _ - _ 9 q _ - - 。 o fA p p l i e dP o l y m e rS c i e n c e ，2 0 0 4 ( 9 1 ) ：2 3 8 3 2 3 9 0 M A S A T O M OA s a i ，M A S A M I C H IT s u b o i I n f

37、 r a r e d s p e c t r ao fp o l y p e p t i d e sa n dr e l a t e dc o m p o u n d s J T h e J o u r n a lo fP h y s i c a la n dC h e m i s t r y ，1 9 5 5 ( 5 9 ) ：3 2 2 W A N GH o n g ，Z H A N GY a o p e n g ， S H A OH u i l i E l e c t r o s p u nu l t r a f i n e s i l kf i b r o i nf i b e r s

38、f r o ma q u e o u s s o l u t i o n s J J o u r n a l o fM a t e r i a l s S c i e n c e ，2 0 0 5 ， 4 0 ( 2 0 ) ：5 3 5 9 5 3 6 3 刘冠峰天蚕丝的热分析和结构变化 J 苏州丝绸 工学院学报，1 9 9 3 ，1 3 ( 4 ) ：1 8 2 4 L I UG u a n f e n g T h e r m a la n a l y s i sa n ds t r u c t u r ec h a n g eo f J a p a n e s eo a ks i l k J J o u r n a lo fS u z h o uI n s t i t u t eo fS i l k T e x t i l eT e c h n o l o g y ，1 9 9 3 ，1 3 ( 4 ) ：1 8 2 4 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark