纺织材料纤维取向度与直径测量方法研究

摘要

纤维的取向度和纤维直径是纺织材料的重要参数。纤维的取向分布决定了纺织材料的力学各向异性，进而影响纺织材料的性能，取向度一致的纳米纤维材料在燃料电池、生物医学等领域有重要的应用。纤维直径的大小不仅对纤维强度、伸长度、刚性、弹性有很大影响，而且与纺织品的手感、风格以及纱线和织物的加工过程有密切关系。快速、准确地测量纤维取向度和纤维直径，对评价产品性能、指导改进制造工艺都具有重要意义。
　　本文基于扫描电子显微镜采集的纤维图像进行研究，主要包括两方面工作。第一，提出了一种基于短时傅里叶变换的纺织材料纤维取向度测量方法，把纤维图像看作总体非平稳、局部平稳的信号，采用中间平坦、四周衰减的窗函数对局部平稳区域加窗并进行短时傅里叶变换，通过频谱分析测量纤维的取向度。本方法既可以改善频谱图的边界效应，也可以避免对全局图像直接处理而忽略细节的问题。其次，提出了基于相位信息的纺织材料纤维直径测量方法。首先利用改进的Kuwahara滤波器对纤维图像进行滤波并增强前景目标;然后利用相位一致性方法检测纤维边缘，并对边缘进行修复，包括删除交叉点、短线与毛刺并进行边缘补断连接，在此基础上识别单根纤维;接着确定单根纤维中轴线上每一像素点的空间位置以及方向信息，并沿中轴线垂直方向进行扫描找到边界像素点;最后根据扫描得到的边界像素点位置计算纤维直径。实验结果表明，本文提出的纤维取向度和纤维直径测量方法能够实现准确、有效的参数测量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 纤维取向度测量方法国内外研究现状

1．2．2 纤维直径测量方法国内外研究现状

1．3 论文的组织结构

第二章 基于短时傅里叶变换的纺织材料纤维取向度测量方法

2．1 傅里叶变换

2．1．1 图像的傅里叶变换

2．1．2 短时傅里叶变换

2．2 方法的整体流程

2．3 方法的主要步骤及主要参数

2．3．1 纤维图像预处理

2．3．2 利用STFT获得纤维图像的频谱

2．3．3 确定子窗口中纤维的主方向

2．3．4 子块的大小及重叠量的确定

2．4 本章小结

第三章 基于相位信息的纺织材料纤维直径测量方法

3．1 方法的整体流程

3．2 图像预处理

3．2．1 Kuwahara滤波

3．2．2 基于高低帽变换的前景目标增强

3．3 边缘检测与修复

3．3．1 纤维图像边缘处理流程

3．3．2 基于相位一致性的边缘检测与细化

3．3．3 边缘修复

3．4 纤维识别

3．5 纤维直径测量

3．6 本章小结

第四章 实验结果分析

4．1 纺织材料纤维取向度测量实验结果分析

4．1．1 模拟纤维图像实验结果分析

4．1．2 真实纤维图像实验结果分析

4．2 纤维直径测量实验结果分析

4．2．1 纤维直径测量精度分析

4．2．2 纤维直径均匀度分析

4．2．3 纤维漏检情况分析

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢