CC BY
13
УДК 637.623.3/5.53.086 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОНИНЫ ШЕРСТИ НА БАЗЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Н.Т. Разгонов ФГБНУ ВНИИОК
UDC 637.623.3/5.53.086 THE METHODOLOGY OF ASSESSMENT OF WOOL FINENESS INDICATORS BASED ON COMPUTER TECHNOLOGIES Razgonov N. T. FGBNU VNIIOK
В настоящее время общепризнанным оптическим методом оценки тонины (среднего диаметра) мытой шерсти является метод по Гост 17514-93. В статье дан обзор оптического метода оценки тонины применением технологий, хорошо
кореллирующего с действующим стандартным оптическим методом и позволяющего коренным образом улучшить условия труда, повысить производительность, снизить тру-дозатраты не менее чем в два раза.
Ключевые слова: тонина, диаметр, методика, программный продукт, оптическая приставка, сопоставительные испытания, трудозатраты, условия труда,
Currently, the recognized optical method for fineness evaluation (average diameter) of scoured wool is the method in accordance with GOST 17514-93.
The article provides an overview of the optical method for шерсти с wool fineness assessment with the компьютерных use of computer technologies allowing to correlate well with the current standard optical method and to improve radically working conditions, increase productivity, and reduce labor costs at least twice.
Key words: fineness, diameter, method, software product, optical console, comparative tests, labor costs, labor conditions, high correlation
высокая корреляция
Тонина (диаметр) волокон шерсти является одной из основных характеристик при определении качества шерсти [1]. Чем меньше среднее значение и дисперсия диаметра волокон, тем больше цена шерсти. Эта информация необходима как потребителю, так и производителю шерсти. Обычно измерение этих параметров осуществляется оптическим методом. Существуют автоматические приборы австралийского производства - Ofda и LaserScan. Значительная цена (~$ 70 тыс.) препятствует их широкому распространению в нашей стране. В этой связи проведены расчётно-теоретическое и экспериментальное сравнения двух основных методов измерения - оптического метода по Гост17514-93, раздел 2 и с использованием компьютерных технологий.
Объектом исследования явилась методика [7,9,10] измерения средней тонины (диаметра) шерсти как для мытой шерсти (заготовительно-промышленные сорта), так и для немытой (промышленные сорта, выпускаемые из производства).
По результатам модельного эксперимента, подобраны технические характеристики цифровой камеры микрокопирования (видеоматрица - 1,3-2 Мпикс, с оптическим разрешением 1780□ 1260 пике), и на основе проведенных исследований была создана оптическая приставка, включающая в себя координатный столик для перемещения в поле зрения препарата шерсти, оптическую систему для его освещения и построения изображения волокон, камеру с цифровым интерфейсом и персональный компьютер для обработки результатов испытания. Обработка полученных результатов осуществляется с помощью специально разработанной [2,3,4,5] программы IDVS_20140919 [6].
Приставка на базе биологического микроскопа МБУ- 6 с цифровой видеокамерой, совмещенная с ПК, позволяет производить управление в реальном времени основными параметрами изображения шерстяных волокон: яркостью, контрастом, размерами, резкостью - и осуществлять замеры поперечников шерстяных волокон, проводить расчет тонины (среднего диаметра) (d), среднего квадратического отклонения (±о) и коэффициента вариации (CV).
Найденный алгоритм обработки был реализован в виде приставки микроскопа с встроенной цифровой видеокамерой, сопряженной с внешним компьютером, USB-портом различного уровня сложности. Это позволяет отказаться от окуляров и избежать утомляемости глаз во время рутинных замеров тонины шерсти в соответствии с действующей методикой.
Современные микропроцессорные системы обеспечивают управление основными параметрами изображения, включая настройку цветопередачи, контраста и резкости картинки с помощью манипулятора «мышь» через системное меню. Полученные изображения волокон возможно пересылать в компьютер через USB - порт, сохранять в именуемом файле, что важно для формирования статистики, и проводить в последующем необходимые замеры.
Структурная схема приставки к ПК представлена на рисунке 1. Приставка проходящего света представляет собой новое поколение приборов для изучения микромира. Подобные приставки сочетают в себе достоинства классических микроскопов с удобством визуализации изображения на мониторе ПК, цифровой обработкой в режиме «on-line» и преимуществами системы освещения на основе светодиодных источников.
Встроенная цифровая видеокамера, специализированное программное обеспечение, совмещенное с ПК, делают систему функционально законченной для наблюдения, регистрации и обработки
микрообъектов, и с уверенностью можно сформулировать основной результат выполненной работы - «увидеть, сохранить, воспроизвести и произвести расчет основных характеристик шерсти (йср (мкм), ±а (мкм) и С (%))».
н
ЦВМ
БМ
ПК
ОБ ИО ИС
кс
н
Рис. 1.- Структурная схема приставки к ПК для измерения тонины шерсти:
нн - оптическая ось, ИС - встроенный светодиодный осветитель, кс -координатный столик, ИО - испытуемый образец (препарат шерсти), ОБ - объектив микроскопа, БМ - биологический микроскоп МБУ-6, ЦВМ -встроенная цифровая видеоматрица, ПК - персональный компьютер.
Благодаря оптической приставке, совмещенной с ПК, шерстяные волокна подготовленного препарата и установленного на её предметном столике можно увидеть на мониторе ПК и произвести необходимые замеры. Качество картинок, получаемых по новой методике и по действующей, представлены рисунками 2с и 2а, что наглядно показывает высокое качество визуализации изображения разработанной методики.
Оптическая система приставки перед началом проведения испытаний калибруется по линейке ГОСТ 7513 - 55. ОМП № 671189 (0,01мм - цена одного деления линейки) - рисунок 2 (в). Время калибровки занимает секунды, чего нельзя сказать о калибровке ланаметра.
а
с
Рис. 2. - Фотографии препарата шерстяных волокон (а, с) и оптической линейки калибра (в)
Перемещая препарат, закрепленный на предметном столике, от верхнего левого края покровного стекла к правому краю, все попавшие в поле зрения шерстяные волокна, замеряют их тонину (поперечники). У
правого края, в поле зрения объектива покровного стекла, препарат перемещают вниз на величину двойной длины нарезки волокон и возвращаются к левому краю покровного стекла. Подобные горизонтальные перемещения по препарату совершают до момента замера не менее 600 волокон. При этом программный продукт позволяет все измеренные волокна сохранить в файле. Отсчет числа волокон, расчет тонины и среднего квадратического отклонения тонины отслеживает программа после каждого замера поперечника волокна и в целом, по окончании проведения испытаний (рис. 3). По окончании замеров программа формирует протокол испытания на мониторе в автоматическом режиме с представлением всех сведений (паспорта) об испытуемом образце (кто проводил исследования, кто заказчик, сведения о шерсти, сведения о пробоотборе, размер партии, климатические условия при подготовке препарата, количество проведенных замеров, данные об измерениях, коэффициент калибровки и т. д.). Программный продукт («Измеритель тонины шерсти» IDVS_20140919) позволяет распечатать протокол на бумажный носитель или сохранить в электронном виде, и при этом есть возможность формировать статистику выполненных исследований по образцам, группам и их видам.
На рисунке 3 показан интерфейс программного продукта IDVS_20140919 для определения технологических показателей шерсти (dcp (мкм), ±а (мкм) и С (%)), по которому возможно легко оценить положительные стороны предложенного метода.
Современная микропроцессорная система обеспечивает управление основными параметрами изображения, включая настройку цветопередачи, яркости, контраста и резкости картинки.
Имеется возможность сохранять изображения испытуемых волокон на Flash - карте или в файле компьютера, сопровождать комментариями и т.д. Управление замерами поперечников волокон осуществляется с помощью манипулятора «мышь» через системное меню. Встроенный светодиодный осветитель обеспечивает правильную цветопередачу и малое энергопотребление.
Рис 3. - Интерфейс разработанного программного продукта для измерения характеристик тонины шерсти с использованием компьютерной техники.
Сравнительные результаты измерений тонины шерсти двумя методами по действующей методике в соответствии с Гост 17514-93 и по разработанной методике представлены в таблице. Анализ результатов испытаний показывает высокую корреляцию двух методов: метода, основанного на компьютерных технологиях, с методом по Гост 17514-93.
Новая методика «определения тонины с помощью микроскопа» позволяет использовать в автономном режиме компьютерные технологии для выполнения таких операций, как:
- считывания параметров поперечника шерстяного волокна,
- подсчет количества измеренных волокон, п (шт.),
- расчет среднего диаметра (тонины), d
- расчет среднего квадратического отклонения, ± а
- расчет коэффициента вариации, С (%),
- оформление и распечатка протокола испытаний.
Таблица - Результаты сравнительных испытаний тонины шерсти по Гост 17514-93 и по разработанной методике на калибровочном топсе Interwoollabs, используемом для тестирования измерительной техники при круговых лабораторных испытаниях
Паспортн ые Результаты испытаний тонины по Гост 17514-93 Допустимый предел Результаты испытаний тонины по разработанной
данные образцов ^ср, мкм) результата ^ср, мкм) методике
^ср, мкм) ± л, мкм o,±mkm / Cv,% мкм) ± л, мкм o,±mkm / Cv,%
17,70 17,33 - 0,37 а=±4.81 Cv=19.7 17,20 - 18,20 17,50 -0,20 а=±3.60 ^=20.6
18,94 18,62 - 0,32 а= ±3.78 Cv=17.9 18,44 - 19,44 19,40 +0,46 а=±3.67 ^=18.6
21,16 20,66 -0,46 а=±4.69 Cv=22.7 20,66 - 21,66 21,10 -0,06 а=±5.2 ^=24.7
23,36 23,54 + 0,18 а=±4.76 Cv=19.7 22,94 - 23,96 23,20 -0,16 а=±4.85 ^=20.7
27,20 27,51 +0,31 а=±8.26 Cv=30.1 26,40 - 28,31 27,20 0,0 а=±8.48 ^=30.8
31,95 32,65 +0,70 а=±7.60 Cv=21.7 30,75 - 33,15 32,75 +0,8 а=±6.80 ^=20.9
38,24 38,80 +0,56 а=±8.49 Cv=24.5 37,04 - 39,44 39,20 +0,96 а=±9.4 ^=24.1
Усовершенствованная методика измерения тонины (среднего диаметра) волокон шерсти разработана на основе стандартной методики ГОСТ 17514-93 «Шерсть натуральная. Метод определения тонины», разработанного программного продукта «Измеритель диаметра волокна шерсти» IDVS_20140919 и проведенных экспериментальных исследований в лабораторных условиях на базе цифровой видеокамеры (на первом этапе работы), встроенной в биологический микроскоп МБУ-6 по ГОСТ 8284-62. Методика обеспечивает улучшение условий труда лаборантов-исследователей, сокращает трудозатраты на 50% за счет автоматизации таких операций, как регистрация результатов среднего диаметра волокон, подсчёта их
количества, расчета технологических показателей шерсти (dGp (мкм), ±а
(мкм), Cv (%)), оформление протокола испытаний, его распечатка на бумажный носитель или сохранение в электронном виде.
Измерения параметров тестовых образцов шерсти, проведенные по разработанной методике, показали способность обеспечить точность измерения параметров шерсти (d^, ±а и Cv) в пределах международной практики.
Литература:
1. Айбазов, М.М. Современные биотехнологические методы и приемы интенсификации воспроизводства овец и коз / М.М. Айбазов // Овцы, козы, шерстяное дело. -2007. -№4. -С. 54-56.
2. Баженова, И.А. Состояние качества шерстяного сырья юга России/ И.А. Баженова, Е.Н. Рябинина// Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. - 2007. - Т. 3. - № 3-3. - С. 98-102.
3. Дмитрик, И.И. Использование объективных измерений основных свойств шерсти при оценке тонкорунных баранов-производителей /И.И. Дмитрик, М.И. Павлова //Сборник научных трудов ВНИИОК. - Ставрополь, 2004. - Т.1. - № 2-1. -С. 78-80.
4. Дмитрик, И.И. Сравнительные породные данные о густоте волосяных фолликулов и толщине кожи у тонкорунных овец /И.И. Дмитрик //Сборник научных трудов СНИИЖК. - Ставрополь, 2012. - Т.2. -№ 1. -С. 238-242.
5. Егоров, М.В. Перспективы тонкорунного овцеводства на Ставрополье /М.В. Егоров, Г.Т. Бобрышова, О.В. Дорошенко, А.М. Яковенко // В сборнике: Актуальные проблемы повышения продуктивности и охраны здоровья животных. - 2006. -С. 71-74.
6. Егоров, М.В. Проблемы племенного животноводства Ставропольского края и пути их решения /М.В. Егоров, Г.Т. Бобрышова, Г.С. Ершов // В сборнике: Актуальные вопросы зоотехнической и ветеринарной науки и практики в АПК. Научно-практическая конференция. -2005. -С. 52-60.
7. Завгородняя, Г.В. Объективная оценка основных свойств шерсти нового татарстанского типа овец /Г.В. Завгородняя, И.И. Дмитрик, Х.М. Араев, Х.Х. Араев //Сборник научных трудов СНИИЖК. - Ставрополь, 2012 - Т.2 - № 1 -С. 242-245.
8. Запорощенко, К.Л. Интенсификация технологического контроля - путь к повышению эффективности и качества промывки шерсти / К.Л. Запорощенко, В.И. Железная, С.П. Горлачева // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2011. -Т. 1. -№ 4-1. -С. 111-115.
9. Запорощенко, К.Л. На пути интенсификации технологии водной промывки шерсти/ К.Л. Запорощенко, С.И. Мирошниченко, Л.А. Башеева// Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2009.- Т. 3. -№ 3. -С. 52-60.
10. Запорощенко, К.Л. Способ экспресс-контроля влажности шерсти при её промывке/ К.Л. Запорощенко, Л.А. Башеева// Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2012. -Т. 2. -№ -1. -С. 250252.
11. Культин, Н.Б. С# в задачах и примерах /Н.Б. Культин. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007. -240 с.
12. Пелиховская, Т.Н. Аэроионная обработка как новый способ улучшения качества шерсти / Т.Н. Пелиховская, С.А. Бабичева, А.А. Омаров, Л.Н. Скорых // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2009. -Т. 3. -№ 3. -С. 82-85.
13. Пелиховская, Т.Н. Влияние аэроионизации на качество шерсти овец / Т.Н. Пелиховская, А.А. Омаров, Л.Н. Скорых // Овцы, козы, шерстяное дело. -2011. -№ 1. -С. 41 -43.
14. Петцольд, Ч. Программирование для Microsoft Windows на С#. В 2-х томах. Том 1 /Пер. с англ. -М.: тД "Русск. редакция", 2002. -576 с.;
15. Разгонов, Н.Т. Значимость тонины шерсти /Н.Т. Разгонов //Овцы, козы, шерстяное дело. -2012. - №3. -С.59-62.
16. Разгонов, Р.Н. Программный продукт «Измеритель тонины шерсти» IDVS_20140919 /Р.Н. Разгонов, Н.Т. Разгонов, 2014.
17. Селионова, М.И. Перспективы использования геномных технологий в селекции овец (аналитический обзор) / М.И. Селионова, М.М. Айбазов, Т.В. Мамонтова // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. - 2014. - Т. 3. - № 7. - С. 107-112.
18. Скорых, Л.Н. Особенности кожно-волосяного покрова у овец кавказской породы и их помесей с северокавказскими и восточно-фризскими баранами / Л.Н. Скорых, С.С. Бобрышов // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2007. -Т. 1. -№1-1. -С. 141-144.
19. Соколов, А.Н. Некоторые результаты промышленного скрещивания ставропольских маток с баранами мясных пород / А.Н. Соколов, А.А. Омаров // Овцы, козы, шерстяное дело. -2007. -№4. -С. 16-17.
20. Тимошенко, Н.К. Новые - старые проблемы промывки овечьей шерсти/Н.К. Тимошенко, Н.В. Рогачев//Овцы, козы, шерстяное дело.-2004. -№ 2. -С. 18-20.
21. Тимошенко, Н.К. Проблемы измерения тонины шерсти /Н.К. Тимошенко, Н.Т. Разгонов //Хранение и переработка сельхозсырья. -2010. - №2.-С. 29-30.
22. Тимошенко, Н.К. Прогнозирование реализационных цен на продукцию/Н. К. Тимошенко, И. Г.Елизарова, Л. И.Третьякова, Е.В.Абонеева //Овцы, козы, шерстяное дело. -2013. -№1. -С.40-41.
23. Тимошенко, Н.К. Рынок шерсти: состояние и перспективы/ Н.К. Тимошенко, В.В. Абонеев// Овцы, козы, шерстяное дело. -2006. -№ 1. -С. 1-7.
24. Тимошенко, Н.К. Тонина как основной показатель качества шерсти/ Н.К. Тимошенко, Н.Т. Разгонов, И.А. Баженова, Т.Н. Пелиховская// Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -
2013. -Т. 2. -№ 6 (1). -С. 260-264.
25. Тимошенко, Н.К. Тонина шерсти: ее значимость и результаты сертификации/ Н.К. Тимошенко, Н.Т. Разгонов, И.А. Баженова// Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2012. -Т. 2.-№ -1. -С. 284-287.
26. Тимошенко, П.Н. Оценка эффективности хозяйствования на предприятиях АПК в условиях рынка/ П.Н. Тимошенко, О.С. Сандрыкина, Н.К. Тимошенко// Хранение и переработка сельхозсырья. -2006. -№3. -с. 10-11.
27. Трухачев, В.И. Использование иммуногенетических маркеров в селекции и воспроизводстве овец / В.И. Трухачев, М.И. Селионова // Вестник АПК Ставрополья. - 2013. - № 2 (10). - С. 88-91.
28. Халкечев, М.Н. О возможности применения в промывке шерсти подземных термальных вод Карачаево-Черкесской Республики / М.Н. Халкечев, У.Х. Суюнчев, К.Л. Запорощенко, Л.А. Башеева// Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2007. -Т.2. -№ 2. -С.92-95.
29. Шевцова, Н.И. Исследование биологической ценности белковой кормовой добавки из отходов шерсти/ Н.И. Шевцова, Н.К. Тимошенко, Г.П. Стародубцева, И.С. Исмаилов, Д.Н. Лодыгин//Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -2003. -Т. 1. -№ 2-2. -С. 92-103.
30. Шумаенко, С.Н. Гистоструктура кожи и шерстная продуктивность ярок разных генотипов / С.Н. Шумаенко, Г.В. Завгородняя //Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. -
2014. - Т. 3. - №. 7. - С. 130-135.
31. Steven, F. Lott-Functional Python Programming. -2015. PDF/ePub.ENG.
32. Герберт, Шилдт Полный справочник по C#. Пер. с англ. - М.: И Д Вильямс, 2004. -752с.
33. ГОСТ 17514 - 93 р2. «Метод определения тонины с помощью микроскопа».
