基于IPP庫圖像處理技術(shù)在羊毛直徑測試中的應(yīng)用

楊 燕

(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

?檢測儀器

基于IPP庫圖像處理技術(shù)在羊毛直徑測試中的應(yīng)用

楊 燕

(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

為快速、準(zhǔn)確地檢測羊毛纖維平均直徑，介紹IPP庫及其特點(diǎn)，分析基于IPP庫圖像處理技術(shù)檢測羊毛纖維平均直徑的流程和方法，并通過實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)比較分析該檢測方法與采用顯微投影法、OFDA2000法、OFDA4000法等國內(nèi)外常用毛纖維直徑檢測方法取得數(shù)據(jù)的差異。表明：基于IPP庫圖像法測試羊毛直徑的測試結(jié)果與顯微投影法、OFDA法測試結(jié)果趨勢一致，修正值均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，可用于毛絨纖維長度和平均直徑的日常測試，應(yīng)努力提升羊毛直徑檢測算法的精度。

IPP庫；OFDA2000；OFDA4000；羊毛；圖像；顯微投影法；纖維；平均直徑；平均直徑CV

0 引言

羊毛直徑的檢測方法很多，科技進(jìn)步使羊毛直徑測試儀器及原理有了新的發(fā)展和應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像分析技術(shù)、氣流測量技術(shù)、近紅外和遠(yuǎn)紅外方法、光的干涉、光的散射、機(jī)械和電場激振法、聲波法和放射性同位素測定法等，在纖維檢測儀器上均得到應(yīng)用[1-2]。其中，以具有快速、直觀、靈活性強(qiáng)、精度高及重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)的圖像法，引導(dǎo)了羊毛檢測方法的發(fā)展方向，其代表儀器有OFDA2000型、OFDA4000型等OFDA系列。然而OFDA系列檢測儀圖像處理系統(tǒng)也有不足之處，如軟件設(shè)計(jì)過于復(fù)雜；因此，可以采取更為簡便、有效的算法，以進(jìn)一步加快測試速度[3]。針對(duì)軟件設(shè)計(jì)過于復(fù)雜，筆者提出一種基于IPP庫的圖像處理技術(shù)，通過處理羊毛圖片獲取羊毛直徑的方法，其處理速度、精度均有大幅提升，合理采用該技術(shù)對(duì)毛纖維測試儀器質(zhì)量提升有積極作用。

1 IPP庫及其特點(diǎn)

IPP是Integrated Performance Primitives的縮寫，是由因特爾(Intel)公司提供的具有圖像處理功能的強(qiáng)大函數(shù)庫，由原來的IPL(Image Processing Library)和Opencv等集成而來，它以標(biāo)準(zhǔn)的DLL和靜態(tài)鏈接庫的形式提供了系列底層圖像處理函數(shù)，并對(duì)不同的處理器進(jìn)行特殊優(yōu)化，在圖像處理時(shí)能得到最優(yōu)化的執(zhí)行效率。IPP庫函數(shù)可以對(duì)圖像進(jìn)行顏色轉(zhuǎn)化、圖像的形態(tài)學(xué)處理、圖像濾波、閾值計(jì)算、圖像像素的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，以及對(duì)線性圖像進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)和離散余弦變化(DCT)，它還支持對(duì)局部圖像處理的功能，即所謂ROI(Region of Interest)，適應(yīng)多種平臺(tái)，如Windows和Linux[4]。

IPP庫先進(jìn)的軟件與硬件優(yōu)化技術(shù)，可輕松實(shí)現(xiàn)最佳應(yīng)用程序性能。Intel IPP帶來經(jīng)過高度優(yōu)化的函數(shù)庫，可以在各種英特爾處理器的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)最佳的應(yīng)用程序性能。

2 基于IPP 庫的圖像處理系統(tǒng)

Microsoft的VC++是進(jìn)行圖像編程的首選利器，IPP則是處理圖像的強(qiáng)大函數(shù)庫，兩者配合將達(dá)到事半功倍的效果。該圖像處理系統(tǒng)采用VC++編程，搭建環(huán)境變量及工作平臺(tái)，動(dòng)態(tài)調(diào)用IPP庫。

IPP庫對(duì)于像素為1600 dpi×1200 dpi的羊毛圖像處理流程見圖1，各流程處理結(jié)果見圖2：① 為了提高圖像處理速度首先進(jìn)行下采樣運(yùn)算，見圖2a)；② 為了有效消除或降低羊毛圖像中的背景噪聲，完整保留羊毛主干邊緣輪廓的細(xì)節(jié)信息，對(duì)羊毛圖像進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理，見圖2b)；③ 對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，提取纖維線條輪廓，見圖2c)；④ 在二值圖像上進(jìn)行細(xì)化操作，消除邊界，提取出纖維的中心線骨架，見圖2d)；⑤ 對(duì)圖像進(jìn)行濾波等后處理，去掉噪點(diǎn)和線條交叉點(diǎn)，見圖2e)，得到多條不相交的線段，見圖2f)；⑥ 在線段上選取合適位置和數(shù)量的點(diǎn)進(jìn)行距離變換，得出中心點(diǎn)到最近背景點(diǎn)的距離，計(jì)算出纖維直徑，見圖2g)。

圖1 基于IPP庫的羊毛圖片處理流程

a) 下采樣

b) 預(yù)處理

c) 二值化

d) 細(xì)化

e) 交叉點(diǎn)

f) 取除交叉點(diǎn)

g) 計(jì)算直徑

3 試驗(yàn)

3.1 設(shè)備及試樣

獲取羊毛圖像的主要設(shè)備：打樣器，載玻片，載物運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，分辨率為1600 dpi×1200 dpi的CCD相機(jī)和LED光源。

比對(duì)試樣：1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)的平均直徑分別為15.20 μm、15.59 μm、16.05 μm的絨條，4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)線密度分別為7.29 tex、8.83 tex、10.05 tex的毛條。所有規(guī)格的試樣均由中國纖維檢驗(yàn)局統(tǒng)一購買分發(fā)。

3.2 試驗(yàn)過程

將纖維試樣切成長度約為2 mm的段，置于打樣器中旋轉(zhuǎn)，打樣器的攪拌翼使短段纖維樣被攪動(dòng)、分離，并從其底部均布的篩孔中漏下，均勻散布在下方的載玻片上，然后在載玻片上加蓋壓玻片壓平纖維。分別制作以上6種試樣的載玻片，并將載玻片放在載物運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。在電機(jī)帶動(dòng)下，相機(jī)對(duì)位于載玻片上制備好的散毛樣品進(jìn)行測試，在60 mm×60 mm的矩形范圍內(nèi)逐行掃描， 第一行相機(jī)沿從0 mm處以2.4 mm的間距獲取纖維段圖像25幅(纖維實(shí)際測試面積為1.128 mm×0.72 mm)，然后在垂直方向以2 mm的間距移動(dòng)載玻片；第二行相機(jī)沿從1.2 mm處以2.4 mm的間距獲取纖維段圖像25幅，按此運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)30行，獲取750幅纖維圖像；之后，對(duì)圖像進(jìn)行處理，求得纖維平均直徑值。

測試原理如圖3所示。

圖3 測試原理

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

以上6個(gè)試驗(yàn)樣品應(yīng)用不同檢測方法獲得的試樣平均直徑、平均直徑CV值結(jié)果見表1。表1中A、B、C、D、E、F、G、H、I、J和K分別代表IPP庫圖像法，國家紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心顯微投影法，國家毛絨纖維質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心顯微投影法，農(nóng)業(yè)部種羊與羊毛羊絨質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心顯微投影法，江蘇省出入境檢驗(yàn)檢疫局顯微投影法，江蘇華東紡織檢測有限公司即江蘇陽光集團(tuán)顯微投影法，國家毛絨纖維質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心OFDA2000法，農(nóng)業(yè)部種羊與羊毛羊絨質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心OFDA2000法，國家紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心OFDA4000法，江蘇省出入境檢驗(yàn)檢疫局OFDA4000法和江蘇華東紡織檢測有限公司即江蘇陽光集團(tuán)OFDA4000法。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

由表1可知，IPP庫圖像法測試的各試樣平均直徑、平均直徑CV值均在測試范圍內(nèi)，且測試結(jié)果趨勢一致、相符性較好。

為了進(jìn)一步分析IPP庫圖像法測試結(jié)果的正確性與可行性，對(duì)于顯微投影法，選其與檢測方法C、方法H及方法K測試值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果分別見表2、表3及表4。

綜上所述，基于IPP庫圖像法測試羊毛直徑的結(jié)果與顯微投影法、OFDA法趨勢一致，經(jīng)修正后的值均滿足FZ/T 20026—2013《毛條纖維長度和直徑測試方法 光學(xué)分析儀法》要求，完全能用于毛絨纖維的收購、加工、紡織、檢驗(yàn)等各部門對(duì)毛絨纖維長度和平均直徑的日常測試。

表1 不同測試方法測試結(jié)果對(duì)比

檢測方法1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)5號(hào)6號(hào)平均直徑/μm平均直徑CV/%平均直徑/μm平均直徑CV/%平均直徑/μm平均直徑CV/%平均直徑/μm平均直徑CV/%平均直徑/μm平均直徑CV/%平均直徑/μm平均直徑CV/%A15.1620.0715.3821.3015.9021.9118.7018.9921.4119.2227.5023.48B15.0319.9015.3620.0915.8420.1818.5119.2621.0718.8827.1624.38C15.1320.1915.5120.7516.1020.9718.6618.9921.2118.8527.3523.84D15.2116.9015.4818.1816.0418.1319.0416.2721.5518.8327.5521.83E15.2520.4315.5120.8116.2620.9918.8119.1221.1618.8627.4423.58F15.0119.6015.5719.9115.9521.2918.7717.7021.3017.9627.8022.46G15.1221.4615.5021.9515.7721.9119.1219.7121.6719.2327.9523.59H15.1022.0715.4622.6515.9622.3719.0220.4321.6819.6928.0624.20I14.8915.6515.2915.0015.5014.8418.7614.8321.5514.2727.9115.05J15.0920.9715.4721.5115.8521.5019.0219.5121.4518.9627.5423.03K15.0321.4615.4021.7815.8622.1118.8819.7321.2719.4127.423.79

表2IPP庫圖像法與國家毛絨纖維質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心顯微投影法(C)測值對(duì)比

試樣AC差異修正后(k=0.9765,d=0.4322)修正后差異行標(biāo)要求誤差[5]1號(hào)15.1615.130.0315.240.110.22號(hào)15.3815.51-0.1315.45-0.060.23號(hào)15.9016.10-0.2015.96-0.140.24號(hào)18.7018.660.0418.690.030.35號(hào)21.4121.210.2021.340.130.26號(hào)27.5027.350.1527.29-0.060.4

表3IPP庫圖像法與農(nóng)業(yè)部種羊與羊毛羊絨質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心OFDA2000法(H)測值對(duì)比

試樣AH差異修正(k=1.0430,d=-0.6268)修正后差異行標(biāo)要求誤差1號(hào)15.1615.100.0615.190.090.22號(hào)15.3815.46-0.0815.41-0.050.23號(hào)15.9015.96-0.0615.9600.24號(hào)18.7019.02-0.3218.88-0.140.35號(hào)21.4121.68-0.2721.700.020.26號(hào)27.5028.06-0.5628.05-0.010.4

4 結(jié)語

羊毛平均直徑檢測基本以國外發(fā)明和創(chuàng)新為主線，形成了較為完整、實(shí)用、科學(xué)的測量體系、方法及標(biāo)準(zhǔn)，OFDA系列儀器的研制引領(lǐng)了圖像檢測法的快速發(fā)展?；贗PP庫的圖像處理法是圖像法測試羊毛直徑技術(shù)的進(jìn)一步提高，處理精度能夠達(dá)到顯微投影法甚至超越OFDA法，試驗(yàn)結(jié)果表明該方法可用于羊毛纖維的收購、加工、紡織及檢驗(yàn)等各類部門對(duì)毛絨纖維線密度的快速測量。在商業(yè)貿(mào)易中，羊毛纖維的平均直徑直接決定了羊毛的價(jià)格(如17 μm～20 μm的細(xì)羊毛，以0.1 μm的變化計(jì)價(jià))。因此，提升羊毛直徑檢測算法的精度，仍然是行業(yè)努力的方向。

表4IPP庫圖像法與江蘇陽光集團(tuán)OFDA4000法(K)測值對(duì)比

試樣AK差異修正(k=0.9940,d=0.0783)修正后差異行標(biāo)要求誤差1號(hào)15.1615.030.1315.150.120.22號(hào)15.3815.40-0.0215.37-0.030.23號(hào)15.9015.860.0415.880.020.24號(hào)18.7018.88-0.1818.67-0.210.35號(hào)21.4121.270.1421.360.090.26號(hào)27.5027.400.1027.410.010.4

[1] 姚穆.國內(nèi)外纖維檢驗(yàn)及其儀器研究的進(jìn)展與展望[J].中國纖檢，1994 (2)：4-8.

[2] 王麗萍.兩種取樣方法對(duì)羊毛細(xì)度測定結(jié)果的影響[J].中國纖檢，1997 (3)：27-28,30.

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[4] 盧義剛，雷躍明，李殿赟.Intel IPP 的圖像處理應(yīng)用與研究[C]//中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.北京：2004：419-425.

[5] FZ/T 20026—2013，毛條纖維長度和直徑測試方法 光學(xué)分析儀法[S].

ApplicationofIPPLibrary-basedImageProcessingTechnologyonDiameterDetectionofWool

YANG Yan

(Shaanxi Changling Textile Mechanical amp; Electronic Technological Co.,Ltd.,Baoji 721013,China)

For the rapid and accurate detection of average diameter of wool fiber,the IPP library with the characteristics is introduced,and analysis is done of process and method of the detection of the average diameter of wool fiber using IPP library-based image processing technology and the experimental data from the contrast with the methods of micro projection method，OFDA2000 method，and OFDA4000 method，commonly used at home and abroad the wool fiber data finds the difference one another.The test results show that the IPP library-based image processing technology is close to the micro projection method and OFDA method in test result,and the correction value satisfies the requirements of industry standards,can be used for routine test of length and average diameter of wool fiber,yet something must be done to further improve the precision of diameter detection algorithm of wool.

IPP library;OFDA2000;OFDA4000;wool;image;micro projection method;fiber;average diameter;average diameterCV

TS131.9

B

1001-9634(2017)06-0063-04

2017-03-15

楊 燕(1983—)，女，甘肅莊浪人，工程師，主要從事纖維測試儀器相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)工作。