FMA系列纤维图像仪整体轮廓测量技术

FMA系列纤维细度仪整体轮廓测量技术

  FMA系列纤维细度测量仪的检测软件DMA（Diameter Micro Analyzer）所使用的测量方法及装置, 属显微测量技术领域。该系列产品由清华大学教师开发研制，采用了整体轮廓测量技术。2001年通过国家部级技术鉴定，获得纺织工业协会2005年科技奖，后交由北京华宜卓科技有限公司经营管理。该仪器在国内采用国际标准,符合国家七部委[2002]209号文件关于积极采用国际标准的要求。对纤维检测行业的技术进步、扩大对外开放、加快与国际惯例接轨具有推动作用。

纤维直径等参数是衡量其产品质量的重要标志，且这些参数已被国际羊毛纤维组织（IWTO）列为国际标准。为了测量纤维直径及相关的参数，国际上出现了一系列方法。其中比较成熟和广泛应用的方法有投影显微法和基于计算机图像分析的方法。

投影显微法

   投影显微法发展相对较为成熟，上世纪在我国被广泛采用，但它存在许多本身不可克服的缺点，例如

（一）测量速度慢、工作效率低。投影显微法的纤维直径测量是由人工在暗室中一根一根进行的，因此其测量速度非常慢，工作效率低。

（二）费用高。投影显微法测量速度慢且劳动强度大，在实际测量中，需要雇佣较多的人和购置较多台仪器，这无形中增加了成本。

（三）测量精度低。人工手动测量结果会受到较大的人为因素干扰，从而降低了测量精度和可信度，使得测量结果差异很大。在激烈的国际竞争环境下，这种测量方法测量的结果很难被国际相关厂商所承认。

随着技术的发展，尤其是计算机和图像处理技术的发展，利用计算机进行纤维直径及相关参数的测量越来越可行。由澳大利亚厂商提供的光学纤维直径分析仪（OFDA）曾被一些单位使用，从其使用状况来说，它比投影法要方便和快速得多。它的基本原理是对纤维图像进行显微放大并对显微放大图像进行处理和纤维尺寸测量。该仪器虽效率较高，但同样存在一些不足：

1) 该仪器的图像采集卡是一种高速图像卡，制作成本昂贵，因此通用性大大下降；

      2)光源为可切换光源，目的是满足不同的需要,但造成了光源制造和控制的复杂性；

      3)软件平台的数据文件不能同其它软件共享，没有管理功能；

      4)价格昂贵，在我国只有少数单位买得起, 极大地限制了它的广泛应用。

  计算机图像分析法

FMA系列仪器使用一种独特的纤维尺寸测量方法及专用的显微装置。将计算机、控制、显微和图像处理技术相结合，开发了基于纤维整体形状特征（不是几个点）的纤维尺寸测量方法和装置。由于采用了独特技术，使得其具有明显的技术先进性。

   1、纤维尺寸测量方法：

（1）  纤维样品制作

   纤维经过专用工具切割形成长约1毫米的纤维，将切断后的纤维均匀撒布在制样玻璃上。按照国家有关标准执行。

(2)   纤维图像采集

  将纤维样品由显微镜放大后的图像经摄像头、图像采集成数字信号传输到到计算机内存中。

(3)  纤维图像背景分离

  将纤维图像中纤维成像部分同其它部分剥离开。其分离的原理是根据纤维图像部分同其它部分在灰度上存在明显的差别，这种差别主要为纤维图像部分的灰度值较大，而其它部分较小，因此可通过选择一个中界值来将纤维和其它部分分离开来。

(4)  纤维跟踪识别整体测量

    纤维尺寸主要是由其整体轮廓信息所决定的，因此提取其轮廓信息是非常关键的。这里采用的方法为边界链码跟踪方法来实现的，在跟踪过程中，将识别到的边界用特定颜色标识，并将其坐标值记录在计算机内存中，以便后续处理。因此本仪器采用的是整体轮廓测量技术, 这不同于其它厂商采用的设置测量点技术。设置测量点技术为了提高精度，采用多选点（3个点以上）取平均值方法。但是选点再多, 也无法做到无数根, 无法做到本方法的整体轮廓测量。这是本仪器与其它厂商仪器的根本区别。

(5) 纤维尺寸测量

纤维尺寸测量参数都是从纤维边界中计算出来的，这些参数是：

纤维直径：纤维中点沿纤维垂直方向测量纤维两边轮廓线间的距离；

纤维弯曲率：纤维中点处的纤维弯曲曲率。

单位长度上突起数：

突起面积：

(6)   纤维尺寸统计计算

纤维样品中的单个纤维尺寸存在很大的随机性，因此只有其统计参数和分布才能更好地反映其质量。该方法所给的统计参数和分布为

（a）统计参数

平均值（所有测量参数）：

标准方差（所有测量参数）：

     E为数学期望

刺痛因素：

纤维直径大于规定尺寸的根数 除以 测量纤维根数

5%最粗纤维与纤维平均直径差：5%最粗毛纤维平均直径 - 纤维平均直径

5%最细纤维与纤维平均直径差：纤维平均直径 - 5%最细毛纤维平均直径

（b）分布

纤维直径分布：纤维数量随纤维直径变化的概率分布

纤维弯曲率分布：纤维数量随纤维曲率变化的概率分布

突起大小分布：纤维数量随纤维突起大小的概率分布

单位长度上突起数量分布：纤维数量随单位长度上突起数量的概率分布

2、纤维尺寸测量专用装置

商用微机，显微镜，摄像头等，数码摄像头通过USB接口与微机相连。

   由于本仪器使用了先进的纤维测量方法和合理的专用显微测量装置，使得纤维尺寸测量快速、准确。所测的纤维尺寸几乎包括了所有关于纤维的轮廓特征。也由于采用先进的测量方法和合理的装置，使得其成本相对同类进口产品要低得多；同时本仪器操作简单、维护容易，测量误差低，使用寿命长。