[发明专利]一种非织造布微观结构的三维重建方法

说明书

本发明涉及一种非织造布微观结构的三维重建方法，具体包括以下步骤：S1、采集非织造布样本的多焦面序列图像；S2、多焦面序列图像经数据处理得到纤维结构的深度图；S3、深度图经数据处理后分割出多个单根纤维，并对单根纤维中因遮挡而导致的缺失部分进行修复；S4、根据修复后的单根纤维，提取纤维结构在三维空间中的纤维中轴和纤维边缘，计算纤维中轴与纤维边缘的距离作为纤维半径；S5、绘制半径大小为纤维半径的球面，使球面沿着纤维中轴线滚动，球面包络成管状纤维的三维模型。与现有技术相比，本发明具有通过单视角的图像重建出非织造布纤维的三维结构、最大限度地还原微观样貌、提高非织造布微观结构的三维模型的完整性和准确性等优点。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是涉及一种非织造布微观结构的三维重建方法。

背景技术

不同于传统纺织品以纱线的排列组合形成的织物，非织造布是由纤维直接构成的纤维集合体。非织造布的过滤性能主要取决于其结构，即纤维的堆砌方式和排列分布。纤维直径会影响纤维之间的空隙及堆积密度，从而影响材料的过滤效率和压阻；纤网内的孔径大小会影响可拦截颗粒物的尺寸；纤维集合体内的纤维取向排列影响过滤效率，因此，准确获取纤维的上述信息具有极其重要的意义。

传统的分析非织造布性能的方法主要是物理方法和图像处理的方法，物理方法操作复杂并且速度慢；图像处理的方法目前主要基于二维图像，虽然速度快，但是无法获得非织造布的纤维在纵向上的深度信息。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非织造布微观结构的三维重建方法，准确、有效地还原出非织造布的微观结构样貌。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种非织造布微观结构的三维重建方法，具体包括以下步骤：

S1、采集非织造布样本的多焦面序列图像；

S2、所述多焦面序列图像经数据处理得到纤维结构的深度图；

S3、所述深度图经数据处理后分割出多个单根纤维，并对单根纤维中因遮挡而导致的缺失部分进行修复；

S4、根据修复后的单根纤维，提取纤维结构在三维空间中的纤维中轴和纤维边缘，计算纤维中轴与纤维边缘的距离作为纤维半径；

S5、绘制半径大小为所述纤维半径的球面，使所述球面沿着所述纤维中轴线滚动，球面包络成管状纤维的三维模型。

所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、获取原始非织造布信息，根据所述原始非织造布信息裁剪出目标尺寸的非织造布样本；

S12、通过光学显微镜采集所述非织造布样本的多焦面序列图像。

进一步地，所述光学显微镜连接有数码相机、步进电机和计算机。

所述步骤S2采用聚焦深度算法对所述多焦面序列图像进行数据处理得到纤维结构的深度图，具体包括以下步骤：

S21、计算多焦面序列图像中每一个像素点的清晰度；

S22、通过阈值分割提取满足预设的清晰度阈值的纤维结构，去除无法聚焦的背景；

S23、比较每帧图像的同一个坐标位置的像素点的清晰度，记录清晰度最大的像素点所在图层号、该帧图像前后的图像的图层号及对应像素点的清晰度；

S24、通过高斯插值算法估计像素最佳聚焦位置，根据像素最佳聚焦位置计算得到纤维结构的深度图。

进一步地，所述步骤S21中通过将Sobel算子作为清晰度评价函数来计算清晰度，具体公式如下所示：