基于IPP库图像处理技术在羊毛直径测试中的应用

杨 燕

(陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西 宝鸡 721013)

•检测仪器

基于IPP库图像处理技术在羊毛直径测试中的应用

杨 燕

(陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西 宝鸡 721013)

为快速、准确地检测羊毛纤维平均直径，介绍IPP库及其特点，分析基于IPP库图像处理技术检测羊毛纤维平均直径的流程和方法，并通过实验测试数据比较分析该检测方法与采用显微投影法、OFDA2000法、OFDA4000法等国内外常用毛纤维直径检测方法取得数据的差异。表明：基于IPP库图像法测试羊毛直径的测试结果与显微投影法、OFDA法测试结果趋势一致，修正值均满足行业标准要求，可用于毛绒纤维长度和平均直径的日常测试，应努力提升羊毛直径检测算法的精度。

IPP库；OFDA2000；OFDA4000；羊毛；图像；显微投影法；纤维；平均直径；平均直径CV

0 引言

羊毛直径的检测方法很多，科技进步使羊毛直径测试仪器及原理有了新的发展和应用。计算机技术、图像分析技术、气流测量技术、近红外和远红外方法、光的干涉、光的散射、机械和电场激振法、声波法和放射性同位素测定法等，在纤维检测仪器上均得到应用[1-2]。其中，以具有快速、直观、灵活性强、精度高及重现性好等优点的图像法，引导了羊毛检测方法的发展方向，其代表仪器有OFDA2000型、OFDA4000型等OFDA系列。然而OFDA系列检测仪图像处理系统也有不足之处，如软件设计过于复杂；因此，可以采取更为简便、有效的算法，以进一步加快测试速度[3]。针对软件设计过于复杂，笔者提出一种基于IPP库的图像处理技术，通过处理羊毛图片获取羊毛直径的方法，其处理速度、精度均有大幅提升，合理采用该技术对毛纤维测试仪器质量提升有积极作用。

1 IPP库及其特点

IPP是Integrated Performance Primitives的缩写，是由因特尔(Intel)公司提供的具有图像处理功能的强大函数库，由原来的IPL(Image Processing Library)和Opencv等集成而来，它以标准的DLL和静态链接库的形式提供了系列底层图像处理函数，并对不同的处理器进行特殊优化，在图像处理时能得到最优化的执行效率。IPP库函数可以对图像进行颜色转化、图像的形态学处理、图像滤波、阈值计算、图像像素的算术和逻辑运算，以及对线性图像进行快速傅立叶变换(FFT)和离散余弦变化(DCT)，它还支持对局部图像处理的功能，即所谓ROI(Region of Interest)，适应多种平台，如Windows和Linux[4]。

IPP库先进的软件与硬件优化技术，可轻松实现最佳应用程序性能。Intel IPP带来经过高度优化的函数库，可以在各种英特尔处理器的平台上实现最佳的应用程序性能。

2 基于IPP 库的图像处理系统

Microsoft的VC++是进行图像编程的首选利器，IPP则是处理图像的强大函数库，两者配合将达到事半功倍的效果。该图像处理系统采用VC++编程，搭建环境变量及工作平台，动态调用IPP库。

IPP库对于像素为1600 dpi×1200 dpi的羊毛图像处理流程见图1，各流程处理结果见图2：① 为了提高图像处理速度首先进行下采样运算，见图2a)；② 为了有效消除或降低羊毛图像中的背景噪声，完整保留羊毛主干边缘轮廓的细节信息，对羊毛图像进行适当预处理，见图2b)；③ 对预处理后的图像进行二值化处理，提取纤维线条轮廓，见图2c)；④ 在二值图像上进行细化操作，消除边界，提取出纤维的中心线骨架，见图2d)；⑤ 对图像进行滤波等后处理，去掉噪点和线条交叉点，见图2e)，得到多条不相交的线段，见图2f)；⑥ 在线段上选取合适位置和数量的点进行距离变换，得出中心点到最近背景点的距离，计算出纤维直径，见图2g)。

图1 基于IPP库的羊毛图片处理流程

a) 下采样

b) 预处理

c) 二值化

d) 细化

e) 交叉点

f) 取除交叉点

g) 计算直径

3 试验

3.1 设备及试样

获取羊毛图像的主要设备：打样器，载玻片，载物运动平台，分辨率为1600 dpi×1200 dpi的CCD相机和LED光源。

比对试样：1号、2号、3号的平均直径分别为15.20 μm、15.59 μm、16.05 μm的绒条，4号、5号、6号线密度分别为7.29 tex、8.83 tex、10.05 tex的毛条。所有规格的试样均由中国纤维检验局统一购买分发。

3.2 试验过程

将纤维试样切成长度约为2 mm的段，置于打样器中旋转，打样器的搅拌翼使短段纤维样被搅动、分离，并从其底部均布的筛孔中漏下，均匀散布在下方的载玻片上，然后在载玻片上加盖压玻片压平纤维。分别制作以上6种试样的载玻片，并将载玻片放在载物运动平台上。在电机带动下，相机对位于载玻片上制备好的散毛样品进行测试，在60 mm×60 mm的矩形范围内逐行扫描， 第一行相机沿从0 mm处以2.4 mm的间距获取纤维段图像25幅(纤维实际测试面积为1.128 mm×0.72 mm)，然后在垂直方向以2 mm的间距移动载玻片；第二行相机沿从1.2 mm处以2.4 mm的间距获取纤维段图像25幅，按此运动轨迹移动30行，获取750幅纤维图像；之后，对图像进行处理，求得纤维平均直径值。

测试原理如图3所示。

图3 测试原理

3.3 试验结果

以上6个试验样品应用不同检测方法获得的试样平均直径、平均直径CV值结果见表1。表1中A、B、C、D、E、F、G、H、I、J和K分别代表IPP库图像法，国家纺织产品质量监督检验中心显微投影法，国家毛绒纤维质量监督检验中心显微投影法，农业部种羊与羊毛羊绒质量监督检验测试中心显微投影法，江苏省出入境检验检疫局显微投影法，江苏华东纺织检测有限公司即江苏阳光集团显微投影法，国家毛绒纤维质量监督检验中心OFDA2000法，农业部种羊与羊毛羊绒质量监督检验测试中心OFDA2000法，国家纺织产品质量监督检验中心OFDA4000法，江苏省出入境检验检疫局OFDA4000法和江苏华东纺织检测有限公司即江苏阳光集团OFDA4000法。

3.4 试验结果分析

由表1可知，IPP库图像法测试的各试样平均直径、平均直径CV值均在测试范围内，且测试结果趋势一致、相符性较好。

为了进一步分析IPP库图像法测试结果的正确性与可行性，对于显微投影法，选其与检测方法C、方法H及方法K测试值进行对比，结果分别见表2、表3及表4。

综上所述，基于IPP库图像法测试羊毛直径的结果与显微投影法、OFDA法趋势一致，经修正后的值均满足FZ/T 20026—2013《毛条纤维长度和直径测试方法 光学分析仪法》要求，完全能用于毛绒纤维的收购、加工、纺织、检验等各部门对毛绒纤维长度和平均直径的日常测试。

表1 不同测试方法测试结果对比

检测方法1号2号3号4号5号6号平均直径/μm平均直径CV/%平均直径/μm平均直径CV/%平均直径/μm平均直径CV/%平均直径/μm平均直径CV/%平均直径/μm平均直径CV/%平均直径/μm平均直径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库图像法与国家毛绒纤维质量监督检验中心显微投影法(C)测值对比

试样AC差异修正后(k=0.9765,d=0.4322)修正后差异行标要求误差[5]1号15.1615.130.0315.240.110.22号15.3815.51-0.1315.45-0.060.23号15.9016.10-0.2015.96-0.140.24号18.7018.660.0418.690.030.35号21.4121.210.2021.340.130.26号27.5027.350.1527.29-0.060.4

表3IPP库图像法与农业部种羊与羊毛羊绒质量监督检验测试中心OFDA2000法(H)测值对比

试样AH差异修正(k=1.0430,d=-0.6268)修正后差异行标要求误差1号15.1615.100.0615.190.090.22号15.3815.46-0.0815.41-0.050.23号15.9015.96-0.0615.9600.24号18.7019.02-0.3218.88-0.140.35号21.4121.68-0.2721.700.020.26号27.5028.06-0.5628.05-0.010.4

4 结语

羊毛平均直径检测基本以国外发明和创新为主线，形成了较为完整、实用、科学的测量体系、方法及标准，OFDA系列仪器的研制引领了图像检测法的快速发展。基于IPP库的图像处理法是图像法测试羊毛直径技术的进一步提高，处理精度能够达到显微投影法甚至超越OFDA法，试验结果表明该方法可用于羊毛纤维的收购、加工、纺织及检验等各类部门对毛绒纤维线密度的快速测量。在商业贸易中，羊毛纤维的平均直径直接决定了羊毛的价格(如17 μm～20 μm的细羊毛，以0.1 μm的变化计价)。因此，提升羊毛直径检测算法的精度，仍然是行业努力的方向。

表4IPP库图像法与江苏阳光集团OFDA4000法(K)测值对比

试样AK差异修正(k=0.9940,d=0.0783)修正后差异行标要求误差1号15.1615.030.1315.150.120.22号15.3815.40-0.0215.37-0.030.23号15.9015.860.0415.880.020.24号18.7018.88-0.1818.67-0.210.35号21.4121.270.1421.360.090.26号27.5027.400.1027.410.010.4

[1] 姚穆.国内外纤维检验及其仪器研究的进展与展望[J].中国纤检，1994 (2)：4-8.

[2] 王丽萍.两种取样方法对羊毛细度测定结果的影响[J].中国纤检，1997 (3)：27-28,30.

[3] 高军，吴成进，陈跃华.羊毛直径的图像法测试技术[J].毛纺科技，2001 (1)：9-11.

[4] 卢义刚，雷跃明，李殿赟.Intel IPP 的图像处理应用与研究[C]//中国自动化学会青年学术会议论文集.北京：2004：419-425.

[5] FZ/T 20026—2013，毛条纤维长度和直径测试方法 光学分析仪法[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

杨 燕(1983—)，女，甘肃庄浪人，工程师，主要从事纤维测试仪器相关软件的设计工作。