检测纸张中的游离纤维端部的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于检测纸张表面中的游离纤维端部的方法和装置。所述方法包括：用至少一个光源(1)在至少两个方向上以每次一个方向的方式照射包括游离纤维端部的目标样品(6)的表面。利用成像设备(4)获得目标样品(6)表面的原始反射图像，估计原始反射图像的每个图像像素的表面法线。因此，能够通过估计的表面法线来重构一重构的反射图像，并比较重构的反射图像与相应的原始反射图像并构建差值图像，其中差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测纸张中的游离纤维端部的方法及装置
根据所附独立权利要求的前序部分，本专利技术涉及一种用于检测纸张中的游离纤维端部(freefibreends)的方法和装置。
技术介绍
纸巾是厕纸、纸毛巾、面巾纸、餐巾纸和其它柔软纸张产品的统称。纸巾是以高达25m/s的速度连续地制造的片状产品。在纸巾机中制造的纸幅的宽度可以高达6米，而纸幅的厚度达到50μm的程度。纸巾包括随机排列的木纤维和更小的颗粒，例如矿物质和化学物质。由于纸巾产品的可持续的源材料并且缺少竞争材料，所以纸巾产品具有有前途的未来市场。因此，期望纸巾制造将持续增长，这增加了理解纸巾制造工艺中的现象的经济意义。最普通的纸巾机的类型是干式皱纸机，其中，纸页在一个被称作杨克烘缸(Yangkeecylinder)的干燥筒上干燥。这是因为低重量纸页的强度不足以支撑在更小的干燥筒之间的纸页传输。纸巾页被附着到杨克烘缸并随后利用刮刀与表面分离。结果，在纸幅上产生了明显的微结构——皱褶(crepefold)。分离过程(称作起皱)产生了高度的柔软度并且还挤压纸幅，使其能够从杨克烘缸传输到卷纸机而不发生纸幅破损。起皱控制纸巾的柔软度，但是柔软度也受添加到纸巾页的化学物质、软化剂、起皱工艺中的湿气含量以及纸巾机操作的多个因素的显著影响。柔软度是纸巾中的一个主要特性。虽然纸巾制造工艺已经是公知的，但是最终的纸巾产品可能不能满足终端用户所要求的柔软度质量。不理想的质量控制的一个原因在于难以可靠地测量纸巾的柔软度。纸巾柔软度可以被分为体柔软度(bulksoftness)和表面柔软度。体柔软度可以通过测量纸页的厚度和弹性来非常可靠地测量。然而，对表面柔软度的测量是困难的。纸巾的柔软度通常利用柔软度板测试来研究，在该测试中，人们主观地评估纸巾的柔软度。此外，为了利用柔软度板来按等级关联的目的，已经开发了若干设备。然而，仪器测量通常与柔软度板测试结果相悖。这部分地是因为影响主观柔软感觉的因素的不确定性，部分地是由于当前设备测量力，这与人类所能够感知到的对象并不处于同一个灵敏度级别中。当前设备的一个主要缺点在于它们不检测纸巾的细微的表面感觉。已经提出了在医疗应用中研究的人造机器手指也可以被应用到纸巾的表面柔软度的测量中。然而，现在还没有实现这种测量设备的在线应用。PawlaketElhammoumi[1]注意到高的柔软度感觉与从纸巾表面延伸的纤维的量相关。此外，在同一文章中提出了用于从折叠的纸巾测量纤维的基于成像的实验室测量设备。然而，纸巾的折叠需要额外的设备，并且因此在纸巾机中以在线的条件进行这样的测量将成为不可能的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于最小化或者甚至消除现有技术中的缺陷。一个目的还在于提供一种方法和装置，利用该方法和装置，能够检测纸张尤其是纸巾中的游离纤维端部的量。本专利技术的进一步目的在于提供一种适于对纸巾进行在线柔软度测量的方法和装置。本专利技术的进一步目的在于提供一种基于数字图像的平面化测量方法，该方法测量纸张尤其是纸巾表面上的游离纤维的量。这些目的通过本专利技术来实现，本专利技术具有如下所述的由独立权利要求的限定部分所体现的特征。根据本专利技术的用于检测纸张表面中的游离纤维端部的典型方法包括：用至少一个光源在至少两个方向上以每次一个方向的方式照射目标样品表面，所述目标样品表面包含游离纤维端部，用成像设备获得目标样品表面对于每个光源方向的原始反射图像，估计原始反射图像的每个图像像素的表面法线，通过估计的表面法线来重构一重构的反射图像，以及比较所述重构的反射图像和相应的原始反射图像并构建差值图像，其中所述差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。根据本专利技术的用于检测纸张尤其是纸巾级别的纸张中的游离纤维端部的典型装置包括：成像设备，如数字照相机系统，其布置成位于样品架的一定距离处以获得目标样品表面的原始反射图像，围绕所述成像设备附着的至少两个光源如LED，或者连接至被配置为围绕所述成像设备旋转的支撑臂的一个光源，所述至少两个光源或所述一个光源被布置成从至少两个方向以每次一个方向的方式照射所述目标样品表面，数据处理单元，其被布置成：从所述成像设备接收所获得的对于每个光源方向的原始反射图像，估计原始反射图像每个图像像素的表面法线，通过估计的表面法线来重构一重构的反射图像，以及比较所述重构的反射图像和相应的原始反射图像并构建差值图像，其中所述差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。附图说明图1示出了成像装置的示例，图2示出了成像装置的另一示意图，图3示出了包括偏振器的成像装置的示例，图4a示出了已利用多项式和cosSigma校正的纸巾的3D表面，图4b示出了未利用多项式和cosSigma校正的纸巾的3D表面，图5a示出了原始反射图像的特写图，图5b示出了重构图像的特写图，图5c示出了重构和原始反射图像之间的差值图像的特写图，图5d示出了处理后的放大了阴影的差值图像O(x,y)的特写图，图6a示出了在图5a中的原始反射图像中存在的在图像中部的暗纤维的位置处的特写图，图6b示出了在图5b中的重构反射图像中存在的在图像中部的暗纤维的位置处的特写图，图6c示出了在图5c中的差值图像中存在的在图像中部的暗纤维的位置处的特写图，图7a示出了阈值二值化图像，图7b示出了去除了圆形对象的二值化图像，图8示出了折叠后的纸巾的两个表面，左边的为厕纸，右边的为厨房纸巾，图9示出了折叠后的纸巾的特写图，将估计表面边界绘制为利用白点来图示。具体实施方式根据本专利技术的用于检测纸张表面中的游离纤维端部的典型方法包括：用至少一个光源在至少两个方向上以每次一个方向的方式照射目标样品表面，所述目标样品表面包含游离纤维端部，用成像设备获得目标样品表面对于每个光源方向的原始反射图像，估计原始反射图像的每个图像像素的表面法线，通过估计的表面法线来重构一重构反射图像，以及比较所述重构反射图像和相应的原始反射图像并构建差值图像，其中所述差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。根据本专利技术的用于检测纸张尤其是纸巾级别的纸张中的游离纤维端部的典型装置包括：成像设备，如数字照相机系统，其被布置成位于样品架的一定距离处以获得目标样品表面的原始反射图像，围绕所述成像设备附着的至少两个光源如LED，或者连接至被配置为围绕所述成像设备旋转的支撑臂的一个光源，所述至少两个光源或所述一个光源被布置成从至少两个方向以每次一个方向的方式照射所述目标样品表面，数据处理单元，其被布置成：从所述成像设备接收所获得的对于每个光源方向的原始反射图像，估计原始反射图像每个图像像素的表面法线，通过估计的表面法线来重构一重构反射图像，以及比较所述重构反射图像和相应的原始反射图像并构建差值图像，其中所述差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。现在，已经意外地发现现有的问题可以通过使用根据本专利技术的方法和装置来解决。在本申请中，提出了基于纤维的阴影来检测从纸巾表面延伸的纤维的成像方法。根据照明的竖直角和水平角，游离纤维端部在纸巾的特定位置处产生阴影。检测这些阴影来估计纸张中的游离纤维端部的密度。由于起皱工艺，纸巾的表面粗糙并且起伏不平，因此不能如此地从纸巾表面的反射图像来检测纤维的阴影。根据本专利技术的检测方法使用立体摄影法，其中，从不同的角度照射目标样品，并且估本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测纸张表面中的游离纤维端部的方法，所述方法包括：用至少一个光源在至少两个方向上以每次一个方向的方式照射目标样品表面，所述目标样品表面包含游离纤维端部，用成像设备获得所述目标样品表面对于每个光源方向的原始反射图像，估计所述原始反射图像的每个图像像素的表面法线，通过估计的表面法线来重构一重构反射图像，以及比较所述重构反射图像和相应的原始反射图像并构建差值图像，其中所述差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.10 FI 201354831.一种用于检测纸张表面中的游离纤维端部的方法，所述方法包括：用至少一个光源在至少两个方向上以每次一个方向的方式照射目标样品表面，所述目标样品表面包含游离纤维端部，用成像设备获得目标样品表面对于每个光源方向的原始反射图像，估计所述原始反射图像的每个图像像素的表面法线，通过估计的表面法线来重构一重构反射图像，以及比较所述重构反射图像和相应的原始反射图像并构建差值图像，其中所述差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过所述估计的表面法线来重构多个重构反射图像，比较各重构反射图像和相应的原始反射图像并构建差值图像，其中所述差值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象，以及计算所述差值图像中的阴影对象数目的平均值。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过使用以下的伪逆法而使误差平方最小化来估计对于每个图像像素的所述表面的单位法线：其中，n是所述表面的单位法线，ρ为描述表面反射性的表面反射率，E为光源强度，L为由朝向各光源的1×3个单位向量组成的矩阵，并且i为每个光源方向上的所述图像像素的强度向量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述重构反射图像是通过由以下等式对每个图像像素计算反射强度而进行重构：i＝ρEL1x3n3x1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过使用拟合所述原始反射图像的2D二阶多项式补偿在所述目标样品表面上的光源的光束图案。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过计算每个图像像素和所述光源之间的距离补偿像素强度值从而获得像素强度补偿结果矩阵，以及使所述原始反射图像与所述像素强度补偿结果矩阵逐点相乘并将所述原始反射图像与2D多项式逐点相除。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过使用过滤和/或处理方法检测所述差值图像中的阴影对象，所述过滤和/或处理方法加强在纸张表...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤卡佩卡·劳尼奥，米科·玛基南，亨利·斯科格，克莱顿·坎贝尔，
申请(专利权)人：凯米罗总公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI