[發明專利]一種非織造布微觀結構的三維重建方法

在審

• 申請號: 202110258327.9
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112991518A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 賀炎;鄧娜;劉露露
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/55;G06T7/194;G06T7/136;G06T7/11;G06T7/187;G06T7/181;G06T7/68;G06T7/62;G06T7/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發明涉及一種非織造布微觀結構的三維重建方法，具體包括以下步驟：S1、采集非織造布樣本的多焦面序列圖像；S2、多焦面序列圖像經數據處理得到纖維結構的深度圖；S3、深度圖經數據處理后分割出多個單根纖維，并對單根纖維中因遮擋而導致的缺失部分進行修復；S4、根據修復后的單根纖維，提取纖維結構在三維空間中的纖維中軸和纖維邊緣，計算纖維中軸與纖維邊緣的距離作為纖維半徑；S5、繪制半徑大小為纖維半徑的球面，使球面沿著纖維中軸線滾動，球面包絡成管狀纖維的三維模型。與現有技術相比，本發明具有通過單視角的圖像重建出非織造布纖維的三維結構、最大限度地還原微觀樣貌、提高非織造布微觀結構的三維模型的完整性和準確性等優點。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，尤其是涉及一種非織造布微觀結構的三維重建方法。

背景技術

不同于傳統紡織品以紗線的排列組合形成的織物，非織造布是由纖維直接構成的纖維集合體。非織造布的過濾性能主要取決于其結構，即纖維的堆砌方式和排列分布。纖維直徑會影響纖維之間的空隙及堆積密度，從而影響材料的過濾效率和壓阻；纖網內的孔徑大小會影響可攔截顆粒物的尺寸；纖維集合體內的纖維取向排列影響過濾效率，因此，準確獲取纖維的上述信息具有極其重要的意義。

傳統的分析非織造布性能的方法主要是物理方法和圖像處理的方法，物理方法操作復雜并且速度慢；圖像處理的方法目前主要基于二維圖像，雖然速度快，但是無法獲得非織造布的纖維在縱向上的深度信息。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種非織造布微觀結構的三維重建方法，準確、有效地還原出非織造布的微觀結構樣貌。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種非織造布微觀結構的三維重建方法，具體包括以下步驟：

S1、采集非織造布樣本的多焦面序列圖像；

S2、所述多焦面序列圖像經數據處理得到纖維結構的深度圖；

S3、所述深度圖經數據處理后分割出多個單根纖維，并對單根纖維中因遮擋而導致的缺失部分進行修復；

S4、根據修復后的單根纖維，提取纖維結構在三維空間中的纖維中軸和纖維邊緣，計算纖維中軸與纖維邊緣的距離作為纖維半徑；

S5、繪制半徑大小為所述纖維半徑的球面，使所述球面沿著所述纖維中軸線滾動，球面包絡成管狀纖維的三維模型。

所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11、獲取原始非織造布信息，根據所述原始非織造布信息裁剪出目標尺寸的非織造布樣本；

S12、通過光學顯微鏡采集所述非織造布樣本的多焦面序列圖像。

進一步地，所述光學顯微鏡連接有數碼相機、步進電機和計算機。

所述步驟S2采用聚焦深度算法對所述多焦面序列圖像進行數據處理得到纖維結構的深度圖，具體包括以下步驟：

S21、計算多焦面序列圖像中每一個像素點的清晰度；

S22、通過閾值分割提取滿足預設的清晰度閾值的纖維結構，去除無法聚焦的背景；

S23、比較每幀圖像的同一個坐標位置的像素點的清晰度，記錄清晰度最大的像素點所在圖層號、該幀圖像前后的圖像的圖層號及對應像素點的清晰度；

S24、通過高斯插值算法估計像素最佳聚焦位置，根據像素最佳聚焦位置計算得到纖維結構的深度圖。

進一步地，所述步驟S21中通過將Sobel算子作為清晰度評價函數來計算清晰度，具體公式如下所示：