线密度系数曲线及标准须丛曲线的获取方法技术

本发明专利技术的一个技术方案是提供了一种线密度系数曲线获取方法。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种双端须丛中心线的定位方法。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种标准须丛曲线的获取方法。本发明专利技术的有益效果是：克服了Lambert‑Beer光学算法的计算偏差，消除了现有光学测量中纤维越厚的位置偏差越大的问题；新的制样和图像测量、信号分析方法，能够避开测量信号噪声、须丛起始线难辨认等问题，获得须丛起始线的准确位置和最大线密度的准确信息，计算出完整准确的须丛线密度曲线。

Method for obtaining linear density coefficient curve and standard tuft curve

The technical proposal of the invention is to provide a method for obtaining the linear density coefficient curve. The other technical scheme of the invention is to provide a positioning method for the central line of the double end clump. Another technical proposal of the invention is to provide a method for obtaining a standard tuft curve. The beneficial effect of the invention is: to overcome the calculation deviation of Lambert Beer optical algorithm, eliminate the position deviation of fiber thicker the problem existing in optical measurement; sample preparation and image measurement, a new signal analysis method, the problem can avoid measuring signal noise, tuft starting line difficult to identify, obtain accurate the exact location information and the maximum density line tuft starting line, complete and accurate to calculate the cluster line density curve.

【技术实现步骤摘要】
线密度系数曲线及标准须丛曲线的获取方法
本专利技术涉及一种线密度系数曲线的获取方法以及基于上述线密度系数曲线获取方法的标准须丛曲线获取方法。
技术介绍
纤维长度的大容量测量仪器通常先利用光电式或电容式等传感器测量须丛的线密度曲线，即须丛横截面位置与纤维量的关系曲线，简称须丛曲线；然后，根据纤维长度分布与须丛曲线之间的数学关系计算纤维的长度分布曲线和特征指标。因此，准确测量须丛的线密度曲线是准确分析长度频率分布曲线和特征指标的基础和前提。光电法测量须丛等纤维堆砌的层状材料的质量分布时，有研究者直接将透射光或反射光信号看作纤维材料的堆砌密度，也有使用Lambert-Beer材料吸光理论将光学量换算为纤维量。无论哪一种方法，在纤维堆砌厚的位置都存在较大的测量偏差，因为没有考虑众多纤维表面的反射和纤维内部的散射。1932年，Hertel利用Lambert-Beer的衍生模型由纤维的透光量计算纤维量，以便减小由透光强度直接表征棉纤维须丛厚度的偏差，但是，其大量实验的经验系数a、b仅适用于棉纤维，并未考察散射性更强、直径变异系数更高的羊毛等其他纤维材料的适用性。20世纪70年代，基于Lambert-Beer模型，Spinalb公司开发出HVI测量系统用于棉纤维的长度检测，并沿用至今。因Lambert-Beer光学理论在计算纤维集合体质量分布中的误差和须丛夹持线附近复杂的纤维分布情况，须丛头端信号的准确测量计算一直是照影仪法的测量难点。HVI等类似仪器均无法获取须丛曲线最厚处的信息，有研究者曾采用线性修正的方法规避了此处的测量。这使短绒率的测量和计算也成为现有方法的空缺，严重影响了纤维长度分布信息的完整性。2016年，吴美琴、王府梅利用Kubelka-Munk的衍生理论，将众多纤维表面对光线的反射作用和纤维内部的散射作用全部看作纤维集合体对光线的散射，推导出测量计算纤维堆砌层状材料、高分子膜等面密度分布的光学计算方法，简称为Wu-Wang算法，并申请了专利技术专利”一种相对面密度的光学算法”(申请号：201510703493.X)，该算法获得的光学面密度与真实面密度之间有很好的一致性，准确程度远高于lambert定律，并且可以适用于羊毛、棉等多种纤维层的厚度分布计算。随机须丛影像法是我们专利技术的纤维长度分布测试方法(参见王府梅，吴红艳.一种纤维长度快速低成本测量方法：中国，ZL201210106711.8[P])，包括制样装置、获取随机须丛透光图像、信息提取与须丛线密度曲线计算、长度频率分布曲线和指标计算4个部分。该测量方法与Almeter电容法和OFDA4000显微摄像法等现有手段相比，具有快速、准确和低成本等优势。但是，早期的须丛线密度曲线计算方法(王府梅，吴红艳.须丛曲线获取方法ZL20121010328089.5)是用Lambert-Beer光学理论计算后又根据棉纤维实验结果进行了修正，对棉纤维以外的其他纤维存在明显不适用性。另外，应用中发现，早期专利技术中还存在如下不够完善的问题：(1)缺乏须丛起始线位置的准确判定方法。为不破坏须丛，双端随机须丛被移放到图像采集区过程中，没有对须丛起始线或夹持钳边缘作任何标识。(2)求须丛相对线密度曲线时需要的须丛起始位置的线密度或最大线密度测量存在随机波动，对计算精度造成明显影响。因为光信号中难免存在的噪声(图像测量时光电系统与试样的相对运动等起因)使须丛起始位置的线密度或最大线密度在一定范围内波动。(3)缺乏羊毛须丛的卷曲修正系数。须丛透光图像测量时纤维处于自然伸直状态，没有丝毫张力作用，与现有标准测量方法相比纤维不够伸直，需要对须丛曲线横坐标进行卷曲修正。王府梅、吴红艳曾经公布过棉纤维的卷曲修正系数。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提高纤维长度的测量精度，适合于任何半透明材质的纤维排列的须丛。为了解决上述技术问题，本专利技术的一个技术方案是提供了一种线密度系数曲线获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制作最厚处具有一定宽度的双端随机须丛；步骤2、测量得到双端随机须丛的透射光灰度数字图像，该透射光灰度数字图像为m行n列的矩阵，利用式(1)建立当前双端随机须丛的线密度系数曲线：式(1)中，pj表示透射光灰度数字图像中第j列像素点对应的须丛线密度系数，R∞表示无穷厚纤维层的反射率，Tij表示透射光灰度数字图像中第i行第j列像素点的须丛透射率，Tij＝lij/l0，lij表示透射光灰度数字图像中第i行第j列像素点的灰度值，l0表示无纤维处透射光灰度数字图像的灰度值。优选地，所述双端随机须丛的制作方法为：以夹钳夹紧纤维随机分布的须条的任一横截面，梳去夹钳两侧须条中的浮游纤维、毛粒、杂质，形成双端随机须丛，夹钳宽度3～20mm。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种双端须丛中心线的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过上述的方法获得双端随机须丛的线密度系数曲线；步骤2、在上一步得到的曲线上选取2M个点，M≥2，分别为x1，x2，…，x2M，选取的2M个点的纵坐标分别等于当前线密度系数曲线的最大线密度系数p的0.2、0.4、…、(0.2×2M)倍，形成M对点，每对点中两个点的线密度系数相等，p＝a×p0，a表示双端随机须丛被夹持引起蓬松度变化导致光散射特性变化形成的常数，p0表示双端随机须丛被夹持过区域的平均线密度系数；步骤3、选取(x1+x2M)/2、(x2+x2M-1)/2、…、(xM+xM+1)/2这M点的中心为双端须丛的中心线横坐标x，即有：步骤4、左右二侧须丛的起始线横坐标＝中心线横坐标x±夹钳宽度/2。优选地，在所述步骤1之后，并所述步骤2之前还包括如下步骤：对步骤1得到的线密度系数曲线进行滤波，获得平滑曲线。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种标准须丛曲线的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制作某类纤维的N个双端随机须丛，通过上述的方法得到N个双端随机须丛的N条线密度系数曲线，利用N条线密度系数曲线求得N个双端随机须丛的重量加权平均曲线；步骤2、计算重量加权平均曲线的最大值线密度系数pmax：式(2)中，pmaxi表示第i条线密度系数曲线的须丛线密度系数最大值；步骤3、初算须丛的相对线密度曲线或归一化须丛曲线F(jΔ)：F(jΔ)＝Pj/pmax(3)式(3)中，Δ为透射光灰度数字图像中每列的宽度，Pj表示步骤1计算得到的重量加权平均曲线；步骤4、将相对线密度曲线或归一化须丛曲线F(jΔ)的横坐标乘以当前种类纤维的卷曲常数，得到当前种类纤维的标准须丛曲线。优选地，所述N个双端随机须丛的重量加权平均曲线通过以下步骤获得：通过上述的方法获得N条线密度系数曲线的双端须丛中心线，随后将N条线密度系数曲线的双端须丛中心线重合，左右二侧N条线密度系数曲线的纵坐标相加，得到加和曲线，再以双端须丛中心线为轴，将加和曲线左侧的曲线翻转180°变为向右的曲线，左右2条加和曲线再次加和，获得的N个双端须丛的线密度系数曲线的加和曲线，相当于重量加权平均曲线。本专利技术的有益效果是：(1)克服了Lambert-Beer光学算法的计算偏差，消除了现有光学测量中纤维越厚的位置偏差越大的问题；(2)新的制样和图像测量、信号分析方法，能够避开测量信号噪声、须丛起始线难辨认等问题，获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线密度系数曲线获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制作最厚处具有一定宽度的双端随机须丛；步骤2、测量得到双端随机须丛的透射光灰度数字图像，该透射光灰度数字图像为m行n列的矩阵，利用式(1)建立当前双端随机须丛的线密度系数曲线：

【技术特征摘要】
1.一种线密度系数曲线获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制作最厚处具有一定宽度的双端随机须丛；步骤2、测量得到双端随机须丛的透射光灰度数字图像，该透射光灰度数字图像为m行n列的矩阵，利用式(1)建立当前双端随机须丛的线密度系数曲线：式(1)中，pj表示透射光灰度数字图像中第j列像素点对应的须丛线密度系数，R∞表示无穷厚纤维层的反射率，Tij表示透射光灰度数字图像中第i行第j列像素点的须丛透射率，Tij＝lij/l0，lij表示透射光灰度数字图像中第i行第j列像素点的灰度值，l0表示无纤维处透射光灰度数字图像的灰度值。2.如权利要求1所述的一种线密度系数曲线获取方法，其特征在于，所述双端随机须丛的制作方法为：以夹钳夹紧纤维随机分布的须条的任一横截面，梳去夹钳两侧须条中的浮游纤维、毛粒、杂质，形成双端随机须丛，夹钳宽度3～20mm。3.一种双端须丛中心线的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过如权利要求1所述的方法获得双端随机须丛的线密度系数曲线；步骤2、在上一步得到的曲线上选取2M个点，M≥2，分别为x1，x2，...，x2M，选取的2M个点的纵坐标分别等于当前线密度系数曲线的最大线密度系数p的0.2、0.4、…、(0.2×2M)倍，形成M对点，每对点中两个点的线密度系数相等，p＝a×p0，a表示双端随机须丛被夹持引起蓬松度变化导致光散射特性变化形成的常数，p0表示双端随机须丛被夹持过区域的平均线密度系数；步骤3、选取(x1+x2M)/2、(x2+x2M-1)/2、…、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王府梅，陈丽君，吴美琴，赵林，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31