[发明专利]基于FPGA+DSP的嵌入式纸浆纤维形态参数快速测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于FPGA+DSP的嵌入式纸浆纤维形态参数快速测量系统，其特征是，它包括CCD摄像机，它与ADC转换芯片连接，ADC转换芯片与FPGA模块中的SDRAM模块连接，SDRAM模块与纤维图像预处理模块连接，同时在FPGA模块中还设有DSP读取数据控制模块和ADC时序控制模块，ADC时序控制模块与ADC转换芯片连接，DSP读取数据控制模块与DSP模块通信，同时DSP模块还与SDRAM模块和LCD显示器以及纤维图像、形态参数存储FLASH模块通信。

2.如权利要求1所述的基于FPGA+DSP的嵌入式纸浆纤维形态参数快速测量系统，其特征是，所述CCD摄像机光路上配置2个圆形检偏器。

3.一种采用权利要求1所述的基于FPGA+DSP的嵌入式纸浆纤维形态参数快速测量系统的测量方法，其特征是，具体步骤为：

（1）纸浆纤维样本制备，光照采用圆偏振光；

（2）利用CCD图像采集模块实现纤维图像的感知；

（3）利用ADC转换芯片，与CCD图像采集模块和FPGA模块相连，用于将CCD输出的模拟图像信号进行快速数字化，转换为数字图像；

（4）FPGA模块，与ADC转换芯片和DSP模块相连，用于控制ADC转换芯片的时序逻辑，同时控制帧存SDRAM模块，完成纤维图像的快速数字化、帧存、预处理，预处理完毕发送中断信号通知DSP模块读取数据；纤维图像预处理包括图像的去噪、增强、分割、去除非纤维区域；

（5）DSP模块，与FPGA模块和LCD显示器相连，用于启动控制图像的及采集到的纤维图像数据的读取与处理，对FPGA模块中纤维图像预处理模块预处理后的纤维图像进行多尺度处理，在粗分辨率下测量纤维的实际长度L、投影长度l、卷曲指数C_l，在高分辨率下计算纤维的宽度d、粗度Co、扭结指数K_l、细小纤维成分参数，分级计算纤维的形态参数，同时对测量的多根纤维参数进行统计分析，然后将结果通过LCD显示；

（6）对生成的纤维图像数据进行存储。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征是，所述步骤（1）中的圆偏振光，由于纤维素组成的植物纤维具有旋光性，在CCD摄像机光路上配置2个圆形检偏器。设待测植物纤维的旋光角为φ，光路上配置的2个圆形偏振器偏振轴的夹角为φ±5°范围内。

5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征是，所述步骤（5）中DSP模块用于对FPGA预处理后的纤维图像进行多尺度几何分析，分级计算纤维的形态参数；在低分辨率下即粗尺度下，对图像进行细化，计算纤维的长度和卷曲指数；在高分辨率下即细尺度下，对图像进行边缘检测、利用边缘点上曲率变化快慢来进行扭结点检测，曲率快速变化的点就是扭结点；然后根据扭结点处邻域斜率的变化差来计算扭结点处的扭结角；最后利用公式（2）计算扭结指数C_I；其中，卷曲指数指纤维逐渐连续的弯曲即曲率变化慢，见公式：

cI=Ll-1---(1)]]>

纤维卷曲指数增加,成纸的抗张强度、耐破度、环压强度下降,而纸的透气度、松厚度、过滤速度和光散射系数增加；

扭结是指由于纤维细胞壁受损而产生的生硬的转折即纤维曲率的快变，扭结程度高的纤维在纸张的抗张强度、撕裂强度性能方面会受到较大的削弱，扭结指数定义各扭结角范围内扭结数的加权和，见公式：

其中N_x为扭结角“x”范围内的扭结数，L_Total为总的纤维长度。