AUTOMATED DETERMINATION OF MORPHOMETRIC INDICATORS OF BAST FIBER RAW MATERIALS FROM CROSS-SECTION MICROIMAGES
Abstract
Bast fiber raw materials are used in the textile, food, construction, and automotive industries, increasing the requirements for objective quality control of this material. Current assessment methods rely on separate physical procedures for each indicator and do not provide a unified spatial picture of fiber bundle distribution. The aim of the study is to improve the method for assessing bast fiber quality by developing an instance segmentation method for cross-section microimages, enabling objective calculation of morphometric indicators for determining fiber functional suitability. A dataset was formed from 83 microscopic cross-sections with 1984 expertly annotated fiber bundle instances. An instance segmentation model was developed and trained on the YOLO11s-seg architecture with a singleclass detector and 768-pixel input resolution. Domain-specific augmentations and morphometric post-processing calculated the area and centroid of each detected bundle. Three morphometric indicators were proposed: equivalent fiber diameter, structural fiber fraction, and degree of defibration. The model achieves mask mAP@0.5 of 0.900 on the validation set, with balanced precision (0.842) and recall (0.833). Analysis time per microimage is approximately 33 ms, independent of bundle count. The proposed method calculates all three indicators from a single microimage, whereas standardized methods such as ASTM D7025-09 and ASTM D6961-09 require separate physical procedures for each indicator. Automated segmentation eliminates manual bundle counting and provides measurement accuracy and reproducibility unattainable through manual analysis with an eyepiece micrometer. The results confirm the method's suitability for objectively determining the functional suitability of bast fiber raw materials for food and textile industry applications, including the production of filtering materials.
References
2. Головенко Т.М., Тіхосова Г.А., Бартків Л.Г. Розроблення системи класифікації стебел льону олійного з метою їх промислового застосування. Стандартизація, сертифікація, якість. 2017. №3(106). С. 91–99.
3. Головенко Т.М., Янюк Т.І., Бойко Г.А., Дягілев А.С., Шовкомуд О.В. Перспективні методи й системи контролю якості інноваційної луб'яної сировини. Наука та інновації. 2019. Т. 15, № 3. С. 94–109.
4. ASTM D6961/D6961M-09. Standard Test Method for Color Measurement of Flax Fiber. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2009. 4 p.
5. ASTM D7025-09. Standard Test Method for Assessing Clean Flax Fiber Fineness. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2009. 6 p.
6. ASTM D7076-10. Standard Test Method for Measurement of Shives in Retted Flax. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2010. 4 p.
7. ASTM D7879-13(2018). Standard Test Method for Determining Flax Fiber Widths Using Image Analysis. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2018. DOI: 10.1520/D7879-13R18.
8. Lorbach C., Hirn U., Kritzinger J., Bauer W. Automated 3D measurement of fiber cross section morphology in handsheets. Nordic Pulp and Paper Research Journal. 2012. Vol. 27, No. 2. P. 264–269. DOI: 10.3183/NPPRJ-2012-27-02-p264-269.
9. Goudenhooft C., Bourmaud A., Baley C. Flax (Linum usitatissimum L.) Fibers for Composite Reinforcement: Exploring the Link Between Plant Growth, Cell Walls Development, and Fiber Properties. Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10. Art. 411. DOI: 10.3389/fpls.2019.00411.
10. Chavoshi A., Kaufmann J., Cebulla H. Fiber Volume Content Characterization of Flax Fiber Reinforced Plastics Using Deep Learning. SAMPE Europe Conference 2024, Belfast, Northern Ireland.
11. Chavoshi A., Cebulla H., Kaufmann J. Natural Fiber Reinforced Plastics Characterization Through Neural Networks, Tackle the Small Training Dataset. SAMPE Europe Conference 2025, Amsterdam.
12. Kalinsky E., Levchenko D. Computer vision-based quality assessment of natural fiber raw materials for food and textile industry applications. Синергія науки і бізнесу 2026 : матеріали ІІІ Міжнар. наук.-практ. конф., ХНТУ, 22–24 квіт. 2026 р. : у 3 т. / за ред. О. В. Чепелюк. Львів ; Торунь : Liha-Pres, 2026. Т. 3. С. 117–119. URL: https://eir.kntu.net.ua/jspui/handle/123456789/2620.
13. Льон тіпаний. Технічні умови : ДСТУ 4015–2001. [Чинний від 2001-01-01]. Київ : Держстандарт України, 2001. 12 с.
14. Чурсіна Л.А., Калінський Є.О. Порівняльний аналіз системи оцінки якості лляної сировини в США і Україні. Проблеми розвитку та впровадження систем управління : зб. наук. пр. за матеріалами І Всеукр. наук.-практ. та студент. конф., м. Донецьк, 24–26 черв. 2011 р. Донецьк : ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», 2011. С. 63–68.
15. Калінський Є., Воронко О. Стандартизація лляної сировини: порівняльний аналіз досвіду США та України. Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. 2024. Т. 335, № 3(1). С. 88–93. DOI: 10.31891/2307-5732-2024-335-3-12.
16. Beaugrand J., Guessasma S., Maigret J.-E. Damage mechanisms in defected natural fibers. Scientific Reports. 2017. Vol. 7. Art. 14041. DOI: 10.1038/s41598-017-14514-6.
17. Payen J., Vroman P., Lewandowski M., Perwuelz A., Callé-Chazelet S., Thomas D. Influence of fiber diameter, fiber combinations and solid volume fraction on air filtration properties in nonwovens. Journal of Industrial Textiles. 2012. DOI: 10.1177/0040517512449066.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
