蓋磊

昌吉州纖維檢驗所 新疆昌吉 831100

棉花作為主要經(jīng)濟作物，用途廣泛。棉花中的白色異性纖維的存在會嚴重影響纖維的使用質量，在之前技術比較落后的時候，通常使用工人來挑揀這些白色異性纖維的方法，非常費時費力。隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在很多人使用光譜成像的技術手段來檢測，但是這樣的機器設備普遍價格比較高，檢測成本高昂，不適合使用。目前，運用線激光截面成像的設備手段檢測性能優(yōu)良[1]。

1 激光光學理論分析

隨著科技的發(fā)展，之前我們使用廣泛的利用紅外光檢測的手段檢測棉花中的白色異性纖維檢的過程中出現(xiàn)了很多缺點。經(jīng)過科學家的研究發(fā)現(xiàn)，紅外波段對于纖維中的面，羊毛，棉花光部分的檢測差別較大，我們在最早提出的利用紅外光譜檢測主要是為區(qū)分存在白色異性纖維的羊毛和棉花。經(jīng)過科學家的不懈努力，實驗探究出了棉花中具有的熒光色的異性纖維進行了光譜分析，發(fā)現(xiàn)異形纖維可以檢測出熒光，并且科學家還利用可見紫外光譜成像[2]，對具有熒光特性的白色纖維使用機器進行視覺檢測實驗，但是使用熒光手段檢測那些對于棉花顏色接近，且不激發(fā)熒光的白色雜質不容易識別。

1.1 線激光光學特征

激光具有方向性較好，亮度較高，單色性強，并且抗干擾能力強，而且目前市場上的半導體激光器售賣價錢比較低，而且非常方便攜帶，實用性很高。除此之外，激光技術近年來在各種檢測技術中得到了廣泛應用。相比起其他普通光源，特德優(yōu)點在于，其他光源一般都是全方位發(fā)光，但激光束的發(fā)散角度一般都是毫弧度，數(shù)量級比較，所以激光比起其他光源的方向性更好，而且亮度很高。所謂光亮度值，是指在單位面積的光源表面，法向單位立體角內發(fā)散的光功率，發(fā)散角和頻帶寬度變化趨勢相反，因為激光的發(fā)散角和頻帶寬度相比普通光源更小，所以激光的單色亮度高得多[3]。

1.2 激光檢測優(yōu)點

光線的單色性一般是用光譜線的頻帶寬度來衡量的。而且它與光譜線的頻帶寬度成反比，因為相比普通光源的光譜線，激光光譜線的線寬比較長，所以激光單色性能明顯比較好，而線激光又是激光檢測中最具有代表性的?？梢赃\用線激光，將其投射到物質表面，使用相機采集所有經(jīng)過物體引起表面形態(tài)調整的結構光條圖像，然后對采集到的數(shù)據(jù)進行圖像處理，獲得物體表面的反光特性，形狀信息等，這種檢測技術具有不用接觸而且檢測速度快等優(yōu)點。

1.3 激光檢測的手段

纖維的光學性能是指在光照射下纖維反射光線的能力，它主要由以下3個部分構成：正反射光面上的表面散射光，來自內部的散射光和透射光，纖維的光學性能強弱與光線照入的入射角，待測物質的纖維直徑，纖維密度，表面形態(tài)和內部結構等都息息相關。光線照入布料時，入射光中的大部分被纖維表面所反射，部分光線被折射，還有部分光線透過纖維被吸收，還有一小部分轉變?yōu)槔w維的內能，剩余的一小部分以散射光的形式向外發(fā)散。棉花纖維的特點是形狀細小，長度位于23-45毫米，直徑大約為26mm，形貌呈云霧狀，結構松散，具有輕微彈力。在纖維內部和纖維之間存在很多孔隙，表面也非常不平整，當平行入射光傾斜照入纖維內部時，反射出漫反射光。棉花纖維由于其本身的光學特性，它的反射率小，光學性能差，而棉纖維中常見的異性纖維形狀粗大，多為長線條形，而且其表面致密平整，屬于光密物質。當線激光入射存在異形纖維的棉纖維時，產(chǎn)生鏡面反射，平行光反射率比較大，光學性能優(yōu)，兩者產(chǎn)生光學性能差異，以此區(qū)分棉花中存在的白色異性纖維。

2 實驗設備和過程

2.1 成像系統(tǒng)

成像系統(tǒng)的主要成分為：線掃描相機，線激光光源和速度可調節(jié)的裝置線，實驗中將激光以90度垂直照射在待測樣品表面，激光頭道皮棉表面距離控制在195毫米，相機鏡頭到待測樣品的距離控制為205毫米，實驗過程中為了保證成像效果，控制棉花表面的線激光頭的寬度在2毫米，實驗中成像曝光時間的調節(jié)范圍區(qū)間很寬。為了提高采集到的圖像的清晰度，將傳送帶速度控制在一個合適的范圍，使其勻速運行。

2.2 實驗方法與結果分析

實驗中選用的主要材料為皮棉，處理后形成寬度和厚度固定的不間斷均勻粘層，并且選用其他材料來作對比，選用白色塑料繩，白紙，白色化纖布條，白色棉布條，白色透明塑料薄膜?？刂葡嗤瑮l件進行試驗，在激光照明條件下獲取棉花及其表面的白色異性纖維圖像。最終，經(jīng)過我們的研究發(fā)現(xiàn)，皮棉表面的白色異性纖維和棉纖維特征相近，不易區(qū)分。通過我們對比其他材料研究發(fā)現(xiàn)，白紙，白色塑料繩，白色化纖布條，白色棉布條和白色塑料袋中異性纖維的檢出率比較高，透明塑料薄膜的檢出率則比較低。

2.3 圖像識別算法

在激光圖像中異性纖維和密度較大的棉花團，呈現(xiàn)亮斑狀。散亂的棉花絨毛在激光照射下呈現(xiàn)透射高亮度狀態(tài)，形狀位散點狀，一些異形纖維的灰度明顯高于棉纖維的背景，可以通過算法二值化輕松分割出來，圖像二值化后，貼標簽計算出每一個連通區(qū)域的像素數(shù)，設計檢測標準，對實驗條件進行統(tǒng)計分析，算出需要識別去除的一項纖維最小面積和最多像素點數(shù)。把所有數(shù)據(jù)中大于像素聯(lián)通區(qū)最小面積作為可疑亮斑。實驗中為了更好的觀察異性纖維和棉花的差異，將亮斑向水平方向移動。如果系統(tǒng)檢測亮斑投影區(qū)域內沒有出現(xiàn)散點及可判定量，確定為為一項纖維。如果出現(xiàn)三點，則要進行進一步的判斷，當亮斑投影區(qū)內相鄰散點的水平間距大于l上時判定為異性纖維，其余認為是棉纖維。

3 結語

我們了解了激光的發(fā)射原理和工作原理，并且根據(jù)由于棉纖維和棉花纖維內部的結構差異造成的光學性質的差異，設計線激光的實驗方法和運行算法。最終得出了實用的線激光檢測棉纖維中異性纖維的方法。