应用空间灰度共生矩阵定量分析木材表面纹理特征

引入空间灰度共生矩阵对木材表面纹理进行定量分析 ,在对国内 5 0个树种径弦向纹理计算、分析的基础上得出结论 :像素点对间距d取 3,像素点对角度θ在径向纹理时取 0°,在弦向纹理时取 0°、4 5°和 135°的平均值对于反映木材纹理的特点较适宜。在 11种纹理特征参数的基础上归纳出 4个纹理主成分因子 ;讨论了主成分上木材纹理的分布规律和特点 ,并具体对木材的径、弦向纹理分别进行了分析 ,得出了各自的变化特点 ;提出了纹理综合值的计算方法 ,以及通过纹理综合值判定 2种纹理间相似性的方法。     

基于分形理论的木材纹理特征研究

介绍了一种利用自相关函数来估算图像分形维数的方法，并将其应用到木材的纹理分类检测中。实验表明，分形维数值直接反映了木材纹理的粗糙程度，可定性地作为描述木材纹理粗糙度的一种度量。     

基于小波的木材纹理分频信息提取与分析

通过引入小波方法 ,对木材纹理进行了多尺度的频谱分解 ,并利用所得到的特征向量分析了水平、垂直和对角方向上的木材纹理频率分布特点 ,比较了针叶树材与阔叶树材、径向切面与弦向切面木材纹理的统计差异。并在试验基础上 ,提出了以小波分解子图像能量值的标准差进行木材纹理最佳分解尺度的筛选 ,探索出滤波长度取 8、分解尺度取 2对充分表现木材纹理特征最为适宜。同时还发现可将垂直中高频分量HL和低频分量LL的能量值作为木材纹理区别与归类的重要参数 ,将EHL ELH值作为木材纹理的方向性量度     

基于图像纹理的板材纹理模拟再现方法研究

纹理是木材的重要特征,模拟纹理具有极高的工业价值。对视频采集到的板材纹理图像进行灰度化、中值滤波去噪、二值化、腐蚀、膨胀等处理,得到仅包含目标纹理的图像后检测纹理边缘。对板材纹理横断面通过数学描述结果进行模拟,切面通过在图像上选择合适的边缘点进行模拟,以实现板材纹理的模拟再现,并以水曲柳为例分析模拟纹理。     

基于纹理特征的木材年轮图像检测方法研究

针对树木年轮人工检测效率低、劳动负担重的问题,提高木材年轮检测自动化程度显得尤为重要。通过钻孔获取木芯并用电荷耦合器件CCD采集云杉(Picea)年轮扫描图像,提出一种基于纹理特征的木材年轮图像检测算法。首先,将RGB彩色图像转换到HSV空间,利用V分量的梯度值生成结构张量,并构成图像的纹理特征集,并用全变差(Total Variation,TV)模型进行灰度图像去噪,用模糊区域竞争(Fuzzy Region Competition,FRC)模型进行图像分割。最后,对二值图像进行形态学滤波,并利用长宽比和面积特征识别出年轮线。试验结果表明,提出的算法去噪能力强,分割效果好,边界数正确率100%,能很好地提取云杉木材年轮边界。该方法有助于提高木材年轮的自动化检测水平,可拓展应用于其它树种,在林业科学研究和林木生长监测等方面有很好的应用前景。     

基于多角度高光谱CHRIS影像的隆宝滩湿地遥感分类方法研究

采用青海省隆宝滩地区的多角度高光谱CHRIS遥感数据,通过研究+36°、0°和-36°三个角度影像的组合变换,提出影像变换+不同角度波段组合的方法,用以获取地物的分类信息。该方法首先对0°影像进行穗帽变换,选择其湿度图像,再与+36°和-36°影像的第4波段(0.461 μm)进行RGB组合,生成新的彩色合成影像,然后再进行支持向量机(SVM)的监督分类。结果显示,利用该方法对隆宝滩湿地分类的精度可达到90.02％;而利用传统的监督分类对0°影像直接进行分类,其精度为75.46%。由此可见,利用不同角度信息进行波段组合的方法,大大提高了高光谱影像进行湿地信息提取的精度,为湿地信息提取提供了一个有效的方法。     

小波变换的木材纹理在线分选

以180幅木材样本图片为对象,研究以小波变换方法提取特征参数,分析几种小波基的特点和性质,最终以对称性为依据,选择使用sym4小波对图像进行二级小波分解,可以得到一级水平细节HL1、垂直细节LH1、对角细节HH1,二级的近似LL2、水平细节HL2、垂直细节LH2、对角细节HH2共7个子图,提取整幅图像的熵和每个子图小波系数的均值及标准差作为特征参数。将木材纹理按照直纹、抛物线和乱纹3种纹理的分类标准,以BP神经网络作为分类器进行了木材纹理分类的验证,并与灰度共生矩阵的方法进行了对比。试验表明:采用小波变换的方法对木材纹理特征进行描述,不但提高了分类的准确率,重要的是缩短了运算时间,可以达到在线监测的要求。     

板材端面细胞实体检测图像的切片化处理研究

针对无损检测板材材种这个木材行业亟待解决的问题,根据木材端面细胞图像显现方便和易于检测的特点,利用计算机图像处理技术,研究并提出了依靠木材端面细胞实体检测图像进行板材材种识别的新方法和研究方向,为建立木材几何参数识别的数学模型提供了理论依据,为科学化和工业化鉴定检测板材材种提供了新的理论研究方向。     

基于扇形X射线束的立木CT成像系统

【目的】研制一套基于扇形X射线束的立木CT成像系统,将计算机层析成像技术应用于对立木的扫描,实现立木的高分辨率断层成像,便于科研人员全面、准确了解木材的内部结构与缺陷特征,为木材科学研究提供技术支撑。【方法】立木CT成像是根据木材不同构造对X射线的吸收程度不同,通过测定X射线在木材内的衰减系数,求解衰减系数值在立木断层上的二维分布矩阵,并将其变换为人眼可见的灰度图像,实现立木断层图像的成像。立木CT成像系统包括X射线源、X射线探测器、电动旋转台和中控计算机等,中控计算机作为控制处理单元对系统进行整体控制。在对立木进行扫描的过程中,X射线源与X射线探测器保持静止,被测立木置于电动旋转台的旋转中心,并随电动旋转台旋转;X射线源向被测立木投射出扇形X射线束,X射线探测器采集立木在不同旋转角度时透过立木的X射线强度;控制计算机通过USB总线向探测器下发数据采集命令,探测器将采集到的X射线强度数据转化为数字电信号上传给控制计算机,保存为数据库文件。为使探测器采集的X射线强度数据满足计算机层析图像重建的要求,需对采集的数据进行预处理,包括探测器的暗场去除、探测器中响应异常坏道的补偿、通道响应一致性的校正以及立木断层线积分投影值的求取。立木CT成像系统采用的图像重建算法是基于扇形束等距离探测器的滤波反投影重建算法。【结果】立木CT成像系统的空间分辨率为0.4 mm,能够检测立木的最大直径为29.5 cm。采用扇形X射线束分别对崖柏、红松和胶合板立木进行360°扫描试验,试验一验证了立木断层各角度下投影数据的有效性以及CT重建图像的合理性,试验二将立木横断面的实际图像与立木断层的重建图像进行对比,验证了立木断层重建图像的正确性。【结论】立木断层重建图像可清晰反映出立木断层的形状、内裂、年轮以及髓心等结构特征,图像质量能够满足科研人员对木材内部构造检测的要求。     

基于优化卷积神经网络的木材缺陷检测

针对深度学习中的卷积神经网络算法,在木材无损检测过程中存在缺陷定位不准确、缺陷轮廓和边界信息不完整、识别精度需进一步提高等问题,利用非下采样剪切波变换最优稀疏表示特性,以及简单线性迭代聚类算法能很好地保持像素紧凑度和图像边界轮廓的优点,设计了一种优化的卷积神经网络算法,以提高木材无损检测的准确率。首先采用非下采样剪切波变换对采集的木材图像进行简单预处理,保留木材图像的缺陷特征不丢失,降低图像处理的复杂度以及运算量;然后利用卷积神经网络对木材图像实现深层次的算法设计,同时应用简单线性迭代聚类算法对初步模型进行增强改进,提取出相对准确的木材缺陷轮廓;最后通过反复调整参数和调试优化器,优化卷积神经网络算法的收敛速度,提高学习和运算效率,完善卷积神经网络对木材缺陷轮廓的提取,在降低运算复杂度的同时,提高其精度,具有良好的鲁棒性。相比径向基函数(RBF)神经网络、向后反馈-径向基函数(BP-RBF)混合神经网络和卷积神经网络,本算法对木材缺陷具有更好的识别效果,其识别准确率达到98.6%左右,且识别时间相对更短。     

基于不变矩特征木材纹理的研究

不变矩是模式识别中的一种重要方法,它具有平移不变性、比例不变性和旋转不变性等优点。本文将其引入到木材纹理的计算机视觉研究领域,提取了木材纹理的不变矩参数,并用提取的特征参数对木材纹理进行了分类研究,最近邻分类器的正确率为86.67%,获得了较高的分类正确率,从而验证了不变矩参数对木材纹理描述的有效性。     

微坑型微织构硬质合金表面对木材摩擦特性的影响

【目的】探讨木材含水率、木材切面和纤维方向以及运动速度等因素对木材表面摩擦系数的影响规律,为设计更加合理的木材切削刀具表面织构形式提供参考和指导。【方法】以水曲柳和樟子松为研究对象,在具有不同微坑直径硬质合金表面条件下,研究木材含水率、木材切面和纤维方向以及运动速度等因素对木材表面摩擦系数的影响。【结果】与无微坑表面相比,当微坑直径为60μm、含水率为67%±3%时,在水曲柳表面产生的摩擦系数由0. 151降低到0. 091,降幅为39. 7%,在樟子松表面产生的摩擦系数由0. 241降低到0. 164,降幅为32. 0%。木材径切面上纤维方向差异对表面摩擦系数的影响不大,但在横切面上,微坑直径越小,其表现出的摩擦系数越高。摩擦过程中运动速度对表面摩擦系数的影响与木材中的水分有较大关系,当含水率处于生材状态时,表面摩擦系数随运动速度增大而降低,且微坑型结构表面产生的摩擦系数降幅明显高于无微坑表面,无微坑表面产生的摩擦系数由0. 160降低到0. 134,降幅为16. 3%,微坑直径为60μm时的摩擦系数由0. 124降低到0. 071,降幅为42. 7%。【结论】木材含水率状态对微坑型表面微织构与木材之间的摩擦系数影响较大,木材中自由水的存在有利于降低硬质合金与木材表面之间的摩擦系数。微织构直径越小,其接触角平均变化率越大,表面铺展速度越大,越有利于改善木材/硬质合金摩擦副的状态,使表面间的摩擦系数减小。     

Structure and function of flexure wood in Abies fraseri

Wood produced during flexure in one-year-old leaders of Abies fraseri (Pursh) Poir. (Fraser fir) was analyzed anatomically and radio-densitometrically. More xylem cells were produced in stems subjected to flexing than in stems that were not flexed. The lumens of tracheids produced in response to flexure were smaller than the lumens of tracheids in normal wood. This was manifest as an increase in the cell wall area/cell lumen area ratio. Microfibril orientation in flexure-induced wood approached the less extreme values found in compression wood. The growth ring composed of flexure-induced wood also had a greater density than normal wood. Compression wood, as defined by cellular characteristics observed in transverse section, was absent in flexed stems. Detailed analysis of the anatomical structure, wood density and biomechanical properties of flexure-induced wood indicated that it has more in common with compression wood than with normal wood.     

木材真菌染色研究现状及发展趋势

木材真菌染色是由于真菌侵染而导致材色改变,包括菌纹线、白腐和染色。木材真菌染色可形成特殊肌理和色泽,改善木材的装饰特性,为木质产品的设计带来多样化的塑造空间。作为一种全新、天然的染色方式,真菌染色技术对于木材的美学价值和综合利用率都有较大提高。目前,分析木材真菌染色机理及染色工艺改进是开发真菌染色木材的关键。菌纹线是由于真菌的种间或种内的对抗形成,染色是由于真菌在细胞外部分泌色素或是伴随真菌自身在木材内部的生长形成。笔者从木材真菌染色机理、染色方法、染色条件、真菌染色木材性能等方面综述了木材真菌染色的研究进展。重点介绍了针对不同表现形式的不同染色方法,并对存在的问题进行了分析,提出了后续研究的方向为采用多种真菌的组合运用、环保色素溶剂的筛选、探寻更多的真菌色相用于色素提取方法染色、结合染料渗透机理改进染色工艺等。     

不同织构形式硬质合金表面与木材径切面的摩擦性能

合理的微坑型微织构已被证明具有改善木材和硬质合金表面间的摩擦特性。采用微凹坑型织构、微凹槽织构和微网格型织构3种织构形式,在相同织构面积占有率条件下,通过摩擦特性试验与理论分析相结合,研究不同织构形式对木材表面摩擦系数的影响。研究表明:在相同织构面积占有率条件下,不同织构的类型和表面形貌对硬质合金试样与木材表面摩擦的摩擦系数有不同的影响,受摩擦长度、凹槽微织构宽度、微织构角度等织构参数的影响。当微织构与木材发生摩擦时,摩擦区域织构面积越大说明两者间实际接触面积越小,且面积越大,捕捉磨屑和硬质点的能力越强;而主制动力越小,其产生的摩擦系数越小。在相同压力和织构面积占有率条件下,不同类型的织构试件与木材表面产生的摩擦系数均小于非织构(平面)型表面产生的摩擦系数。其中:微坑型织构产生的表面摩擦系数最小,为0.116;凹槽型织构产生的表面摩擦系数最大,为0.182;网格型织构随着织构角度的减小,其产生摩擦系数越小。     

基于图像纹理特征的木材树种识别

利用木材图像的颜色、灰度、纹理等内容实现树种的相似性匹配检索,提取色调、饱和度、亮度、对比度、二阶角矩、方差和、长行程加重因子、分形维数、小波水平能量比重共9个特征参数,依据最大相似性数学原理,基于最小差值参数判别法和综合特征阈值法来检索样本.结果显示:基于图像纹理特征能够实现木材树种的检索和识别,综合特征阈值法的检索正确率与唯一性通常要好于最小差值判别法;但当被检索样本图像的纹理较弱或不呈现纹理特征时,检索结果的唯一性并不理想.综合而言,基于图像纹理特征最大相似性的木材树种检索识别较易实现,是一种值得继续发展和应用推广的木材树种识别方法.     

基于空间灰度共生矩阵木材纹理分类识别的研究

以10种木材纹理样本为对象,研究了木材纹理参数体系的建立方法,并进行了分类识别的仿真实验。首先,针对木材纹理特点并结合类别可分性判据,构造了适于描述木材的空间灰度共生矩阵,并在此基础上提取了木材的11个纹理特征参数。其次,借助相关性分析对参数进行了特征选择,进而建立了能直接与人的感官对应的木材纹理参数体系。最后,利用 BP 神经网络分类器对木材样本进行了分类识别研究,识别率为87.50%,验证了参数体系的有效性,表明用本文提出的纹理参数体系对木材进行分类识别是可行的。     

Three-dimensional modelling of wood fracture in mode I, perpendicular to the grain direction at fibre level

A coupled experimental and numerical modelling approach was used to investigate the mechanism of softwood fracture at the fibre level. First, a three-dimensional mixed lattice-continuum fracture model was developed to investigate the mechanism of wood fracture, taking into account the porosity of its structure and its heterogeneities at the fibre level. The critical volumes in the specimen where crack propagation was more probable were modelled by a lattice that could show the alternation of earlywood and latewood fibres, and the other regions were considered as the continuum medium. The proposed model was used to investigate the mode I fracture of a small softwood sample in RL orientation. Secondly, a method was developed for microscopic observation of the crack trajectory and investigating the mechanism of initiation and propagation of cracks. This approach was used for microscopic investigation of the fracture behaviour of spruce specimens in mode I and RL orientation. The results of the numerical study were compared with the experimental results. The prepeak and postpeak behaviour of the obtained stress-displacement curve and also the crack opening trajectory in cross-section and longitudinal section in the model and experiments were in good agreement. Both the model and the microscopic observation showed that in mode I fracture and RL orientation, the main trajectory of the crack propagates in the earlywood ring.