譚 敏 王 玉 譚皓曉

(珠海華倫造紙科技有限公司，廣東珠海，519002)

植物纖維形態(tài)對(duì)造紙?jiān)系倪x擇和產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響，其中纖維的長(zhǎng)度和寬度的影響最重要。但由于紙漿纖維形態(tài)不一、細(xì)小、柔軟且容易絮聚，它的測(cè)量需依靠專業(yè)儀器進(jìn)行。多年來(lái)造紙工作者為了快速準(zhǔn)確地獲得纖維長(zhǎng)度和寬度值進(jìn)行了不懈努力，從最初的將纖維放大后用直尺或線段進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，到借助光電技術(shù)在幾分鐘內(nèi)測(cè)量數(shù)千根纖維的自動(dòng)測(cè)量，新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用使纖維測(cè)量越來(lái)越便捷。近年來(lái)，纖維長(zhǎng)度和寬度的測(cè)量方法由直接測(cè)量方法發(fā)展到在獲取大量纖維圖像后，用計(jì)算機(jī)測(cè)量圖像中各個(gè)獨(dú)立圖形的面積和周長(zhǎng)，再計(jì)算長(zhǎng)度和寬度的間接測(cè)量方法。這種方法可批量處理成百上千根纖維，改變了以往由單根獲得纖維長(zhǎng)度再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算的做法。

珠海華倫造紙科技公司制造的XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x和芬蘭Kajaani電子技術(shù)公司制造的FS紙漿纖維分析儀屬直接法測(cè)量?jī)x器，即直接獲取纖維長(zhǎng)度測(cè)量值。但測(cè)量纖維長(zhǎng)度的方法不同，XWY纖維儀點(diǎn)擊測(cè)量［1］依靠人工用鼠標(biāo)分段點(diǎn)擊纖維的不同部位，計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算各點(diǎn)間線段的像素?cái)?shù)量自動(dòng)計(jì)算纖維長(zhǎng)度和寬度，然后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每像素代表的實(shí)際尺寸用測(cè)微尺校準(zhǔn)，該方法測(cè)量準(zhǔn)確，但測(cè)量速度較慢。Kajaani-FS系列紙漿纖維分析儀采用偏振光源照射通過(guò)毛細(xì)管中的纖維物體，根據(jù)光電管陣列接受透過(guò)毛細(xì)管的偏振光信號(hào)的光電管數(shù)量確定纖維的長(zhǎng)度，測(cè)量速度快但與傳統(tǒng)測(cè)量值吻合性不高［2］。加拿大制漿造紙研究所、哥倫比亞大學(xué)和Optest公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的FQA纖維質(zhì)量分析儀和瑞典Lorentzen＆Wettre公司生產(chǎn)的L＆W纖維分析儀屬于間接測(cè)量纖維長(zhǎng)度和寬度的儀器，該儀器用數(shù)碼攝像機(jī)拍攝流動(dòng)纖維懸浮液的圖像，依靠計(jì)算機(jī)圖像處理軟件識(shí)別和計(jì)算圖像中纖維的邊長(zhǎng)和面積，再計(jì)算出其長(zhǎng)度和寬度，最后用儀器制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)漿校準(zhǔn)。XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x增加的纖維長(zhǎng)度和寬度自動(dòng)測(cè)量功能屬于間接法測(cè)量，但樣品采集方式為用數(shù)碼攝像機(jī)逐幅拍攝，經(jīng)顯微鏡放大纖維樣品圖像后測(cè)量其長(zhǎng)度和寬度。用儀器自身點(diǎn)擊法的測(cè)量結(jié)果校核自動(dòng)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文就XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x (見(jiàn)圖1)應(yīng)用圖像處理技術(shù)自動(dòng)測(cè)量紙漿纖維的長(zhǎng)度和寬度進(jìn)行探討，文中所稱的纖維包括紙漿中的纖維細(xì)胞和非纖維細(xì)胞等。

圖1 XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x

1 XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x測(cè)量原理

先用數(shù)碼攝像機(jī)拍攝顯微鏡下紙漿纖維樣品的圖像，由計(jì)算機(jī)測(cè)量圖像中各個(gè)纖維的邊長(zhǎng)和面積，不考慮纖維端頭形狀，所有纖維皆視為矩形，根據(jù)二元一次方程:①矩形圖形邊長(zhǎng)=2×(長(zhǎng)度+寬度)和②面積=長(zhǎng)度×寬度，由計(jì)算機(jī)求解纖維的長(zhǎng)度和寬度。纖維的長(zhǎng)度和寬度是成百上千根纖維測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，測(cè)量纖維數(shù)量越多，統(tǒng)計(jì)結(jié)果越準(zhǔn)確。我國(guó)造紙纖維長(zhǎng)度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求，每個(gè)樣品測(cè)量的纖維不少于200根［3］。在XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x的自動(dòng)測(cè)量中，測(cè)量纖維數(shù)量遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求。

數(shù)碼攝像機(jī)拍攝顯微鏡下紙漿纖維樣品的圖像時(shí)，盡可能固定攝像燈光強(qiáng)度和曝光時(shí)間，避免圖像亮度的變化所造成的測(cè)量誤差。由計(jì)算機(jī)對(duì)彩色圖像的每個(gè)像素進(jìn)行二值化處理［4］，把0～255共256個(gè)數(shù)值表示的像素變?yōu)閮H用黑白兩個(gè)數(shù)值表示，把圖像變成黑白兩色，其中背景為黑色，纖維等物體為白色。圖像二值化的分離值稱閾值，選定的閾值需確保圖像二值化時(shí)纖維圖像不失真，如閾值大了圖像中纖維變細(xì)，淺顏色的纖維被丟失;閾值小了纖維變粗，相鄰的纖維黏連在一起。二值化后的巨尾桉漿纖維圖像見(jiàn)圖2。

圖2 巨尾桉漿纖維長(zhǎng)度和寬度二值化圖

纖維圖形面積的計(jì)算方法［5］是:圖像中每一白色物體代表一根纖維或一個(gè)非纖維物體，計(jì)算機(jī)由左到右、從上到下自動(dòng)掃描圖像，自動(dòng)記錄每一白色物體的總像素并用不同的顏色分別標(biāo)識(shí)。經(jīng)過(guò)反復(fù)掃描和標(biāo)識(shí)，直到圖像中所有的白色物體都用不同的顏色標(biāo)識(shí)完畢，圖像中顏色的總數(shù)是該圖像的纖維總數(shù)，每一顏色物體的像素值是該顏色纖維的面積大小，根據(jù)每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的面積值就可計(jì)算每根纖維的實(shí)際面積值。

纖維圖形邊長(zhǎng)的計(jì)算方法是:計(jì)算機(jī)把白色的纖維和非纖維物體的內(nèi)部白色像素點(diǎn)變換成黑色像素點(diǎn)，僅留下單像素的白色封閉邊框后，用上述測(cè)量面積的掃描方法，掃描和計(jì)算每一物體的白色封閉邊框的總像素并標(biāo)識(shí)不同的顏色，直到所有的白色封閉邊框用不同的顏色標(biāo)識(shí)完畢。圖像中顏色的總數(shù)是該圖像的纖維總數(shù)，每個(gè)顏色封閉邊框的像素值是該纖維的邊長(zhǎng)，根據(jù)每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度值計(jì)算每根纖維的實(shí)際邊長(zhǎng)。

從圖2看到，雜質(zhì)和纖維的大小差別明顯。如把長(zhǎng)度小于0.2 mm的物質(zhì)認(rèn)定為雜質(zhì)，大于數(shù)均長(zhǎng)度或數(shù)均寬度數(shù)倍的物質(zhì)認(rèn)定為交叉或纏繞結(jié)團(tuán)纖維，在計(jì)算中予以舍棄。對(duì)長(zhǎng)度大于0.2 mm及長(zhǎng)度和寬度小于某確定值的物質(zhì)確定為纖維，統(tǒng)計(jì)后得出該纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)量結(jié)果。

超出視野的纖維稱為壓邊纖維，即該纖維在圖像邊緣被分成兩段，僅圖像中的一段能被觀察和測(cè)量到，該部分纖維的處理方法是把它與不可見(jiàn)的黑外框連成一體，形成一個(gè)很大的物體。統(tǒng)計(jì)時(shí)，計(jì)算機(jī)把該物體的測(cè)量值刪除，避免該纖維部分造成的測(cè)量誤差;區(qū)分圖像中的纖維和非纖維物體也可通過(guò)確定物體面積大小的方法完成。

2 實(shí)驗(yàn)方法

用數(shù)碼顯微鏡獲取的紙漿纖維圖像顯示在計(jì)算機(jī)屏幕中，數(shù)碼顯微鏡選用放大倍數(shù)最小的物鏡觀察樣品，該物鏡對(duì)應(yīng)的視野范圍是7.3 mm×9.3 mm，視野中容納的最長(zhǎng)纖維可達(dá)10 mm以上，纖維圖形幾乎為矩形或類似矩形。

原料選擇:選擇纖維平均長(zhǎng)度約0.8 mm的巨尾桉漿和纖維平均長(zhǎng)度約1.9 mm的濕地松漿分別代表短纖維漿和長(zhǎng)纖維漿，選擇纖維平均長(zhǎng)度0.69 mm麥草漿代表草類漿進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)。巨尾桉漿纖維長(zhǎng)度分布為0.2～1.7 mm，濕地松漿纖維長(zhǎng)度分布為0.2～6.1 mm，麥草漿纖維長(zhǎng)度分布為0.2～2.8 mm。實(shí)驗(yàn)比較XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x自動(dòng)測(cè)量不同長(zhǎng)度和寬度纖維的效果及影響。

凝膠制樣方法:先將漿樣染成深黑色，以幫助計(jì)算機(jī)分辨每一根纖維，洗去多余染料后加水制成水懸浮液，再加入海藻凝膠制成凝膠纖維懸浮液。溫度低于30℃左右時(shí)，凝膠纖維懸浮液呈膠狀，加熱后變成水狀液體，纖維在海藻凝膠中分散很好，不交織絮凝。將加熱的液態(tài)凝膠纖維懸浮液攪拌均勻后，涂布到無(wú)色玻璃載玻片上，玻璃載玻片尺寸100 mm×120 mm左右。凝膠纖維懸浮液涂布到玻璃片后，很快冷卻變成凝膠狀，纖維固定在凝膠體內(nèi)，既保留其分散狀態(tài)，也不會(huì)造成凝膠體內(nèi)的纖維跑失。凝膠體干燥后，形成的薄薄透明膜緊貼載玻片，纖維包裹在薄膜里，不僅能獲取清晰的纖維圖像，還可使纖維的彎曲限定在一個(gè)平面上，避免因顯微鏡的觀測(cè)角度與纖維的彎曲角度不同對(duì)纖維長(zhǎng)度造成觀測(cè)誤差。一塊載玻片構(gòu)成100多個(gè)觀察視野，可測(cè)量上千根濕地松漿纖維和巨尾桉漿纖維。

隨著顯微鏡載物臺(tái)的移動(dòng)，顯微鏡看到的樣品圖像動(dòng)態(tài)地顯示在顯示器上，確定測(cè)量視野后，由彩色數(shù)碼攝像機(jī)獲取當(dāng)前纖維圖像，彩色數(shù)碼攝像機(jī)拍攝時(shí)由纖維測(cè)量操作軟件控制固定曝光時(shí)間，每幅測(cè)量圖像的曝光量相同。確定測(cè)量圖像后可人工處理交叉和纏繞的纖維，通過(guò)儀器軟件中提供的纖維分離、連接工具，將纖維交叉或纏繞部位的黑像素擦去，使纖維分離，也可把斷開(kāi)的纖維用黑線連接。完成一個(gè)視野的自動(dòng)測(cè)量后移動(dòng)載物臺(tái)獲取另一幅圖像進(jìn)行同樣自動(dòng)測(cè)量，最終測(cè)量鏡頭按“弓”字形走向測(cè)完整個(gè)試片。

纖維長(zhǎng)度和寬度自動(dòng)測(cè)量值的校正方法是:分別用自動(dòng)測(cè)量法和鼠標(biāo)點(diǎn)擊法測(cè)量同一載玻片的纖維，所得的測(cè)量結(jié)果，以鼠標(biāo)點(diǎn)擊法的為準(zhǔn)，逐段修正自動(dòng)測(cè)量法的測(cè)量結(jié)果，使兩者盡量接近或相同。此方法比進(jìn)口纖維儀采用的儀器制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度纖維漿樣校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果更直觀、可靠。

巨尾桉漿纖維相對(duì)較短，試樣中，顯微鏡一個(gè)觀察和測(cè)量圖中有60～80根纖維，纖維分散良好，少量纖維存在相互交叉現(xiàn)象，極少纖維相互纏繞，見(jiàn)圖3。

圖3 巨尾桉漿纖維測(cè)量圖

濕地松漿纖維一個(gè)測(cè)量圖中約有20根纖維，長(zhǎng)纖維不易均勻分散，纖維不僅相互交叉，還會(huì)纏繞構(gòu)成封閉的圖形，超出測(cè)量視野的壓邊纖維占測(cè)量視野纖維的比例也高，見(jiàn)圖4。

圖4 濕地松漿纖維測(cè)量圖

在圖像自動(dòng)測(cè)量中，計(jì)算機(jī)把交叉或纏繞相連的多根纖維當(dāng)成一根進(jìn)行計(jì)算，它不僅不能準(zhǔn)確反映圖像中纖維的數(shù)量，還會(huì)增加纖維的測(cè)量誤差，影響測(cè)量結(jié)果。為此課題組采取以下措施改善這一問(wèn)題:①用凝膠法制片分散纖維，阻止纖維絮聚;②儀器軟件中提供纖維分離、連接工具，對(duì)纖維交叉和纏繞進(jìn)行人工處理，但這種人工處理降低了測(cè)量速度;③刪除超出視野的壓邊纖維，避免該部分纖維造成的測(cè)量誤差;④優(yōu)化測(cè)量軟件，由軟件刪除交叉纖維形成的纖維長(zhǎng)度和寬度過(guò)大的數(shù)值，不考慮壓邊纖維的影響。

統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果時(shí)，XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x提供不同纖維長(zhǎng)度和寬度的分布頻率，本實(shí)驗(yàn)對(duì)不同的漿種選用不同長(zhǎng)度和寬度的分布頻率統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果。

3 測(cè)量結(jié)果

分別用鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法、人工分離交叉纖維后圖像自動(dòng)測(cè)量法、直接圖像自動(dòng)測(cè)量法和直接圖像自動(dòng)測(cè)量后對(duì)測(cè)量值進(jìn)行優(yōu)化等4種方法來(lái)測(cè)量巨尾桉漿纖維和濕地松漿纖維長(zhǎng)度和寬度。

3.1 巨尾桉漿纖維長(zhǎng)度和寬度的測(cè)量

巨尾桉漿圖像中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法和圖像自動(dòng)測(cè)量法測(cè)得的纖維長(zhǎng)度和寬度的結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，紙漿纖維的長(zhǎng)度和寬度是許多根纖維測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。各纖維的長(zhǎng)度和寬度差異很大，測(cè)量的纖維數(shù)量越大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果越準(zhǔn)確。根據(jù)紙漿纖維的投影類似細(xì)長(zhǎng)的矩形這一特點(diǎn)，使用數(shù)碼顯微攝像機(jī)獲取圖像后，經(jīng)計(jì)算機(jī)對(duì)樣品圖像進(jìn)行處理并計(jì)算纖維圖形的面積和周長(zhǎng)，然后計(jì)算纖維的長(zhǎng)度和寬度的間接測(cè)量方法，大大加快了測(cè)量速度。最新的XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x圖像自動(dòng)測(cè)量與L＆W纖維分析儀測(cè)量原理相似，都可在短時(shí)間內(nèi)快速測(cè)量大量纖維。XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x圖像自動(dòng)測(cè)量法的測(cè)量速度較鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法大大提高。

良好分離的巨尾桉漿圖像自動(dòng)測(cè)量法測(cè)量值與鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法結(jié)果相比，兩者的長(zhǎng)度平均值基本吻合，數(shù)均長(zhǎng)度相差0.03 mm，質(zhì)均長(zhǎng)度相差0.06 mm，二重質(zhì)均長(zhǎng)度相差0.08 mm。圖像自動(dòng)法測(cè)量時(shí)把寬度大于90 μm的巨尾桉漿管細(xì)胞包含在內(nèi)，寬度大于45 μm的纖維占3.8%，鼠標(biāo)點(diǎn)擊法測(cè)量中，未見(jiàn)寬度大于45 μm的纖維。兩種方法的測(cè)量結(jié)果，數(shù)均寬度差1 μm，質(zhì)均寬度和二重質(zhì)均寬度相差4 μm和13 μm，相互差別2%和56%。寬度較大的雜細(xì)胞增大了二重質(zhì)均寬度值，這是造成兩者測(cè)量差別明顯變大的主要原因。

實(shí)驗(yàn)中，巨尾桉漿纖維雖然能分散良好，但仍存在少量纖維交叉的情況，纖維交叉影響纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)量的準(zhǔn)確性。不進(jìn)行分離的巨尾桉漿圖像用鼠標(biāo)點(diǎn)擊法和圖像自動(dòng)法測(cè)量其長(zhǎng)度和寬度，結(jié)果相差值是:數(shù)均長(zhǎng)度相差0.12 mm，質(zhì)均長(zhǎng)度相差0.27 mm，二重質(zhì)均長(zhǎng)度相差0.62 mm;數(shù)均寬度差1 μm，質(zhì)均寬度和二重質(zhì)均寬度分別差9 μm和20 μm。圖像中纖維相互交叉的現(xiàn)象，不僅加大纖維的長(zhǎng)度測(cè)量值，也加大纖維的寬度測(cè)量值。

表1 巨尾桉漿纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)量結(jié)果

巨尾桉漿纖維長(zhǎng)度和寬度的自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，去除數(shù)值大于數(shù)均值3倍的纖維，以除去交叉纖維的測(cè)量值，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊法的測(cè)量結(jié)果調(diào)整自動(dòng)測(cè)量的像素長(zhǎng)度系數(shù)，經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化處理后，直接自動(dòng)測(cè)量結(jié)果接近人工分離處理的巨尾桉漿圖像中的纖維測(cè)量結(jié)果，這樣可減少人工分離交叉纖維的時(shí)間。

把測(cè)量圖像中的交叉纖維和纏繞纖維分離后，鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法和圖像自動(dòng)測(cè)量法獲得的纖維平均長(zhǎng)度相近，但不同纖維長(zhǎng)度的分布頻率不同。表1結(jié)果表明，巨尾桉漿纖維長(zhǎng)度小于0.6 mm時(shí)，兩種方法測(cè)得到纖維所占比例幾乎相同;0.6～1.0 mm部分纖維，鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法測(cè)得的大部分纖維的比例大于圖像自動(dòng)測(cè)量法的;大于1.0 mm部分的纖維，圖像自動(dòng)測(cè)量法的纖維比例大于鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法的。對(duì)于纖維平均寬度，圖像自動(dòng)測(cè)量法測(cè)得小于20 μm部分的巨尾桉漿的比例大于鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法的;20～30 μm部分，鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法測(cè)得的纖維比例大于圖像自動(dòng)測(cè)量法的;大于30 μm部分，圖像自動(dòng)測(cè)量法的纖維比例大于鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法的。

3.2 濕地松漿纖維長(zhǎng)度和寬度的測(cè)量

濕地松漿纖維細(xì)長(zhǎng)、柔軟，容易相互交叉和纏繞。打漿后，纖維交叉和纏繞的情況更為明顯，需人工將交叉和纏繞的纖維分離以獲得準(zhǔn)確的長(zhǎng)度和寬度測(cè)量結(jié)果。鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法和圖像自動(dòng)測(cè)量法測(cè)得的濕地松漿纖維長(zhǎng)度和寬度的結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 濕地松漿纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)量結(jié)果

表3 相互纏繞的濕地松漿纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)量結(jié)果

由表2可見(jiàn)，圖像自動(dòng)測(cè)量法與鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法相比，良好分離的濕地松漿的長(zhǎng)度測(cè)量值差別不大，前者的數(shù)均長(zhǎng)度比后者的小 0.02 mm，質(zhì)均長(zhǎng)度小0.16 mm，二重質(zhì)均長(zhǎng)度小0.22 mm，相對(duì)差別分別為1%、6%和7%;數(shù)均寬度差2 μm，質(zhì)均寬度和二重質(zhì)均寬度差13 μm和23 μm，相對(duì)差別分別為5%、32%和52%。

與鼠標(biāo)點(diǎn)擊法測(cè)量結(jié)果相比，測(cè)量時(shí)對(duì)圖像中交叉和纏繞的纖維不進(jìn)行人工分離，圖像自動(dòng)測(cè)量法的纖維長(zhǎng)度的最大值及平均長(zhǎng)度值差別大;纖維寬度值差別較小，測(cè)量時(shí)無(wú)論是否對(duì)圖像中的纖維進(jìn)行人工分離，其測(cè)得的纖維寬度值基本相同。

比較表1和表2的結(jié)果可知，纖維長(zhǎng)度越大，纖維交叉和纏繞的情況越多，其造成測(cè)量的誤差也越大。

表3是濕地松漿交叉和纏繞纖維的測(cè)量結(jié)果。由表3可知，纖維相互纏繞，數(shù)根纖維纏繞后結(jié)團(tuán)對(duì)纖維長(zhǎng)度的測(cè)量結(jié)果影響最大，不僅測(cè)得的纖維數(shù)量減少，纖維長(zhǎng)度和寬度的最大值和平均值也減少。

表2結(jié)果表明，在濕地松漿纖維測(cè)量中，對(duì)于長(zhǎng)度小于1.4 mm的纖維，鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法測(cè)得的纖維比例小于圖像自動(dòng)測(cè)量法的;長(zhǎng)度1.4～2.6 mm的纖維，鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法測(cè)得的纖維比例大于圖像自動(dòng)測(cè)量法的;大于2.6 mm的纖維，鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法測(cè)得的纖維比例小于圖像自動(dòng)測(cè)量法的。鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法和圖像自動(dòng)測(cè)量法測(cè)得的濕地松漿纖維寬度的分布頻率也不相同。

巨尾桉漿纖維短，相同大小視野面積且適合測(cè)量的圖像，容納的纖維數(shù)量最多可達(dá)60～80根，計(jì)算機(jī)測(cè)量計(jì)算每一圖像的纖維耗時(shí)約5 s，換言之，測(cè)量相同量的纖維，短纖維漿的測(cè)量速度遠(yuǎn)快于長(zhǎng)纖維的。

3.3 麥草漿纖維長(zhǎng)度和寬度的測(cè)量

麥草漿纖維長(zhǎng)度差別大，含有寬的薄壁細(xì)胞等非纖維細(xì)胞，數(shù)均長(zhǎng)度比巨尾桉漿纖維短，但纖維長(zhǎng)度和寬度分布范圍較巨尾桉漿纖維的寬。麥草漿纖維測(cè)量圖像見(jiàn)圖5。每個(gè)測(cè)量視野的纖維不少于巨尾桉漿纖維的數(shù)量，分別用鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法和各長(zhǎng)度區(qū)間數(shù)值優(yōu)化計(jì)算的纖維圖像自動(dòng)測(cè)量法測(cè)量麥草漿纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。由圖5可知，在麥草漿測(cè)量圖像中，纖維雖然存在交叉現(xiàn)象，但未見(jiàn)纖維纏繞。在測(cè)量時(shí)不分離交叉的纖維，在統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果時(shí)刪除大于數(shù)均長(zhǎng)度3倍以上的纖維，并忽略壓邊纖維的影響，纖維長(zhǎng)度和寬度的圖像自動(dòng)測(cè)量結(jié)果與鼠標(biāo)點(diǎn)擊法的測(cè)量結(jié)果基本相符，一個(gè)樣品的測(cè)量時(shí)間小于5 min。

圖5 麥草漿纖維測(cè)量圖

表4 麥草漿纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)量結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x用顯微鏡攝像獲取載玻片上的纖維圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理各纖維圖形后自動(dòng)測(cè)量面積和邊長(zhǎng)，將各纖維圖形假設(shè)為矩形，然后計(jì)算該纖維的長(zhǎng)度和寬度。該方法與鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法相比，纖維長(zhǎng)度和寬度的測(cè)量結(jié)果基本吻合，測(cè)量速度明顯提高，操作便捷。測(cè)量2000根巨尾桉漿纖維和麥草漿纖維耗時(shí)約5 min，濕地松漿纖維耗時(shí)約10 min即可完成。

4.2 XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x是經(jīng)顯微鏡放大纖維試片后進(jìn)行拍攝采樣的，在具有快速自動(dòng)圖像測(cè)量的同時(shí)，還具有很好的纖維觀察功能。自動(dòng)測(cè)量值采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法進(jìn)行校準(zhǔn)。鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量值又用測(cè)微尺校準(zhǔn)，不受圖像顏色深淺的影響，測(cè)量準(zhǔn)確。與進(jìn)口的L＆W纖維分析儀測(cè)量原理相似，但圖像采集方法和測(cè)量值的校準(zhǔn)方式不同。

4.3 XWY造紙纖維測(cè)量?jī)x的自動(dòng)測(cè)量對(duì)纖維試片的制片要求較高，必須減少纖維交叉現(xiàn)象和纏繞現(xiàn)象，以免計(jì)算機(jī)將多根纖維識(shí)別成一根纖維。采用大尺寸載玻片和凝膠法制成的觀測(cè)玻片，不僅很好地分散纖維，還保證在一個(gè)觀測(cè)玻片中完成一個(gè)樣品數(shù)千根纖維的測(cè)量。凝膠法制樣使觀測(cè)纖維緊貼觀測(cè)玻片與觀測(cè)角度垂直，可避免纖維的彎曲平面與觀測(cè)角度不垂直，造成纖維投影長(zhǎng)度小于實(shí)際長(zhǎng)度的誤差。

4.4 由于測(cè)量圖像中交叉和纏繞纖維的影響，該纖維長(zhǎng)度和寬度自動(dòng)測(cè)量方法不適合細(xì)長(zhǎng)、柔軟、容易出現(xiàn)較多交叉和纏繞現(xiàn)象的纖維，如棉、韌皮纖維等，這類纖維用鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)量法為宜。與長(zhǎng)纖維漿相比，較短纖維漿用凝膠法制片后的纖維圖像交叉和纏繞現(xiàn)象較少，因此長(zhǎng)度和寬度的自動(dòng)測(cè)量速度快，結(jié)果更準(zhǔn)確。

［1］ WANG Yu，TAN Min．The Application of Modern Electron Technology in Papermaking Fiber Analyzer［J］．China Pulp ＆ Paper，2008，27(5):69．王 玉，譚 敏．現(xiàn)代電子技術(shù)在造紙纖維測(cè)量?jī)x的應(yīng)用［J］．中國(guó)造紙，2008，27(5):69．

［2］ Wang Juhua．Papermaking Raw Materials of China an Atlas of Micrographs and the Characteristics of Fibers［M］．Beijing:China Light Industry Press，1999．王菊華．中國(guó)造紙?jiān)侠w維特性及顯微圖譜［M］．北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999．

［3］ GB/T 28218—2011 Pulps-Determination of Fiber Length by Automated Optical Analysis-Image Analysis Method［S］．GB/T 28218—2011紙漿纖維長(zhǎng)度的測(cè)定 (圖像分析法)［S］．

［4］ 劉 駿．Delphi數(shù)字圖像處理及高級(jí)應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，2003．

［5］ 蔣先剛．基于Delphi的數(shù)字圖像處理工程軟件設(shè)計(jì)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2006．