專利名稱：一種單目ccd多角度紗線外觀數(shù)字化分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紗線外觀多角度數(shù)字化分析方法，尤其涉及一種采用單目CCD進行紗線外觀多角度數(shù)字化分析方法。
背景技術(shù)：
紗線質(zhì)量直接關(guān)系著織物和服裝的外觀性能，物理性能和服用性能，在紡織生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。紗線的細度，毛羽度和條干均勻度直接影響面料的外觀，還影響強力，拉伸性，彈性，耐磨性等物理機械性能。紗線的外觀信息(粗細變化、橢圓度、直徑不均率等)對全面評價紗線質(zhì)量、指導(dǎo)制造工藝、預(yù)測織物外觀效果有著極其重要的意義。因此，對于紗線質(zhì)量的檢測從紡織行業(yè)規(guī)?；a(chǎn)之日起便成為一個產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的核心問題；圍繞著紗線的質(zhì)量檢測，國內(nèi)外紡織同行開發(fā)了很多紗線質(zhì)量檢測儀器。目前常見的三類測試設(shè)備包括紗線條干均勻度儀，強力儀和毛羽儀。紗線的外觀質(zhì)量的檢測主要由紗線條干均勻度儀和毛羽儀來完成。紗線條干均勻度的原理和方法分為兩種電容式測量和光電式測量。電容式測量的基本原理是讓紗線以一定速度從平行板電容器極板間通過，由于紗線單位長度的質(zhì)量(線密度)變化而引起電容的介質(zhì)變化，進而引起電容量的變化，電容量的變化即反映出紗線條干不勻程度；而光電式測量則讓紗線以一定的速度從兩路正交方向上的光電檢測系統(tǒng)內(nèi)通過，光電傳感器將紗線直徑信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號的變化即反映出紗線的條干不勻程度。80年代末至今，電容式測量一直占據(jù)著條干均勻度測試設(shè)備的主導(dǎo)地位，而相應(yīng)的測試技術(shù)也被烏斯特等少數(shù)幾家大公司所掌握。Zllweger Uster公司先后運用單片機技術(shù)和系統(tǒng)微機技術(shù)研制開發(fā)了 UT-3型、UT-4SX型電容式條干均勻度測試分析儀，檢測單元的測試機理與早期產(chǎn)品相同，但在羅拉轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)牽引系統(tǒng)作了相應(yīng)的改進；并采用了檢測分機+信號分析處理機+打印機的組成結(jié)構(gòu)，用信號分析處理機取代了早期UT-II B型、 UT-I B型的控制儀、波譜儀、紗疵儀和記錄儀，使整個測試系統(tǒng)的體積縮小了，測試功能大大擴展了。此外，在條干測試之外，又加裝了毛羽測量單元，在測試紗樣條干不勻的同時可檢測紗樣毛羽量及其分布頻率。針對國內(nèi)紡織行業(yè)電容式條干儀需求量大的特點，80年代中期，陜西長嶺機器廠 (陜西長嶺紡織機電科技有限公司的前身)、江蘇蘇州長風(fēng)機械總廠(蘇州長風(fēng)有限責(zé)任公司的前身)在有關(guān)科研院所和大專院校的協(xié)助下，消化吸收國外同類測試儀器的技術(shù)特征，運用數(shù)字計算機技術(shù)對其進行了國產(chǎn)化，先后研制成功了 YG131型、YG133型、YG133A型電容式條干均勻度測試儀，并且在某些技術(shù)指標(biāo)上領(lǐng)先于國外同類產(chǎn)品。90年代中期，瑞士 Zllweger Uster公司的，UT-3型、UT-4SX型電容式條干均勻度測試分析儀投放我國市場， 針對其技術(shù)先進、測試功能較為完善的特點，陜西長嶺紡織機電科技有限公司、江蘇蘇州長風(fēng)有限責(zé)任公司、萊州市電子儀器有限公司不斷采用新技術(shù)和新的計算機平臺完善提高國產(chǎn)電容式條干均勻度測試分析儀的綜合性能，推出了 YG135系列、YG13!3B/M型和YG137型電容式條干分析儀，到目前為止，國產(chǎn)第三代電容式條干均勻度/毛羽測試分析儀YG136A型也已研制成功。然而，傳統(tǒng)的電容式或者光電式條干均勻度儀，只能得到反映紗線粗細的電容量信號或者光電信號，不能夠直接獲得紗線的表面外觀或者顏色紋理等更直觀的信息。在某些情況下，無法更準確更逼真地實現(xiàn)對紗線外觀的表征。該方法雖然克服了目光檢驗法因受人為因素而影響結(jié)果準確性這一缺點，但是這種方法受環(huán)境影響較大，同一紗線所處環(huán)境的溫濕度不同將會造成檢測結(jié)果的較大差異；另外，利用電容式條干儀測得的紗線質(zhì)量不勻率與織物表面質(zhì)量的相關(guān)性不強，無法可靠地預(yù)測布面質(zhì)量。隨著計算機技術(shù)和圖像分析技術(shù)的發(fā)展，研究人員開始運用光學(xué)CCD技術(shù)(數(shù)字圖象傳感技術(shù))精密檢測紗線外觀，采用計算機圖像數(shù)字處理技術(shù)計量出紗線直徑、橢圓度及不勻率、扭曲度等外觀信息，對紗線的外觀等級進行評估，并用測量數(shù)據(jù)模擬紗線黑板，仿真織物效果。計算機視覺分析系統(tǒng)用于紗線質(zhì)量分析，是將光學(xué)和數(shù)字成像技術(shù)結(jié)合，利用小波分析、傅立葉分析等數(shù)字圖像處理技術(shù)，對采集到的紗線圖像進行圖像處理， 得到紗線的外觀特征。其具體流程是先對紗線進行圖像采集，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量，輸入計算機，進行圖像平滑、圖像分割等預(yù)處理，得到清晰的紗線圖像，然后進行圖像特征提取和識別，最后建立標(biāo)準樣照圖像數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準樣照的圖像分析數(shù)據(jù)庫，以及被測黑板的圖像和數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)庫，進行評級。美國勞森公司的EIB光電式紗線外觀檢測分析儀就是利用計算機視覺技術(shù)對紗線進行均勻度檢測的。該儀器配有一個數(shù)字計算機控制的攝像機來記錄紗線外觀輪廓，精確至0. 15mm的疵點也能被檢測到，該軟件用紗線外觀信息產(chǎn)生的圖像及統(tǒng)計數(shù)據(jù)，來衡量紗線疵點對織物外觀的影響，可以自動給紗線定級，并且其測試不受相對濕度、溫度、顏色和纖維介電系數(shù)等因素的影響，與傳統(tǒng)黑板評級相比，消除了人為因素的誤差，并能利用計算機模擬技術(shù)來預(yù)測織物外觀，幫助優(yōu)化紗線的最終用途。綜合而言，目前對此領(lǐng)域的研究主要集中在幾何形態(tài)的測試和表征上，測試方法以電容式、光電式和圖像式為主，著重于傳統(tǒng)的條干均勻度和毛羽測試，測量模式多以單角度測量為主。然而，紗線體為三維立體結(jié)構(gòu)，單角度測量存在信息丟失，而且現(xiàn)在只對紗線直徑進行分析，對于紗線表面的可視化外觀和顏色紋理信息的集成表征的研究，尚屬于空白，也沒有對紗線進行多角度測量，現(xiàn)有技術(shù)根本不能實現(xiàn)單個相機多角度對紗線外觀的數(shù)字化綜合分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單目CCD紗線多角度外觀數(shù)字化分析方法，解決現(xiàn)在無法采用單個相機進行多角度對紗線外觀的數(shù)字化綜合分析的缺陷。技術(shù)方案一種單目CCD紗線多角度外觀數(shù)字化分析方法，其特征在于包括以下步驟(1)將紗線通過引紗羅拉驅(qū)動送出，通過卷繞羅拉回收，使紗線以一定速度向前運動；(2)在運動的紗線中段上方垂直設(shè)置一臺C⑶相機，正對紗線，紗線下方，相機的對面多角度傾斜設(shè)置多個反射鏡片組成鏡片組，并配合鏡片組設(shè)置光源，使鏡片組的每個反射鏡片內(nèi)分別形成不同角度的紗線的虛像，所有虛像和紗線實像均在CCD靶面上交錯開排列；
(3)所述CCD相機將對面的紗線實像和鏡片組內(nèi)的多角度的所有紗線虛像同時拍攝成一幀數(shù)字圖像；(4)將步驟3中所述紗線實像和虛像組成一幀的圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊， 所述圖像處理模塊將成像數(shù)據(jù)進行分割，并分別進行數(shù)據(jù)提取，還原為紗線實像數(shù)據(jù)和分別多個的紗線虛像數(shù)據(jù)；(5)根據(jù)還原的紗線實像數(shù)據(jù)和多個的紗線虛像數(shù)據(jù)分別進行需要的數(shù)據(jù)測量和分析。所述多角度設(shè)置的鏡片組包括以中間紗線為對稱，左右兩側(cè)分別傾斜設(shè)置一個反射鏡片，形成了 V型鏡片組，并配合設(shè)置紗線上方的正向光源和紗線下方的背光源，從而在左右兩側(cè)的反射鏡片內(nèi)形成中間紗線的左側(cè)虛像和右側(cè)虛像。所述CCD相機為彩色CCD相機，附帶的光學(xué)鏡頭由具有放大倍率的變焦或定焦光學(xué)鏡片組構(gòu)成。所述步驟4后當(dāng)紗線走過的距離等于或大于有效測試長度時，觸發(fā)CCD相機進行紗線實像和鏡片組內(nèi)的多角度的紗線虛像的新一幀照片的拍攝，從而得到連續(xù)拍攝的紗線圖像序列的完整數(shù)據(jù)進行紗線外觀綜合分析。所述步驟4中測量的數(shù)據(jù)為紗線在多個角度的側(cè)面投影寬度、紗線在多個角度的毛羽量和紗線體的表面顏色，然后根據(jù)所述三種測量數(shù)據(jù)計算得到其他的外觀特征參數(shù)。有益效果本發(fā)明的單目C⑶紗線外觀多角度數(shù)字化分析方法通過光源和在單目CXD相機對面設(shè)置多角度反射的鏡片組，將紗線實像和多角度映射在鏡片組的鏡片內(nèi)的紗線虛像同時一起采用單目相機拍攝在一幀相片內(nèi)，然后通過圖像分割將實像和各虛像分割后分別提取出來，再對各圖像進行數(shù)據(jù)測量和分析，從而完成了單目CCD相機對紗線的多角度測量和分析，不僅使測量數(shù)據(jù)更完整，而且通過如此方法得到的多角度紗線數(shù)據(jù)可以幫助分析更多的紗線特征，完成對紗線的全面特征的綜合分析。


圖1為本發(fā)明的應(yīng)用裝置示意圖；圖2為本發(fā)明的應(yīng)用裝置的紗線外觀多角度成像模塊示意圖；圖3為本發(fā)明的紗線成像原理示意圖；圖4為本發(fā)明的工作流程示意圖。其中1-筒子固定架，2-引紗羅拉，3-導(dǎo)紗桿，4-卷繞羅拉，5-上罩板，6-下罩板， 7-CXD相機，8-正向光源，9-背光源，10-鏡片組，11-圖像采集模塊，12-數(shù)據(jù)處理計算機， 13-運動串行通訊模塊，14-紗線收集箱，15-紗線實像，16-紗線虛像。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖，進一步闡述本發(fā)明。參照附圖1所示為應(yīng)用本發(fā)明方法的分析裝置，包括筒子固定架1、導(dǎo)紗桿3、引紗羅拉2、卷繞羅拉4、紗線外觀多角度成像模塊、圖像采集模塊11、運動串行通訊模塊13、 數(shù)據(jù)處理計算機12、紗線收集箱14。其中，紗線外觀多角度成像模塊由上罩板5、下罩板6、彩色CXD相機7、正向光源8、紗線體、背光源9、多個反射鏡片合成的鏡片組10組成。筒子固定架1由一個底座、鋼桿和彈簧片組成，其作用是固定紗管；導(dǎo)紗桿3的作用為引導(dǎo)紗線進入引紗羅拉2 ；引紗羅拉2由可控變速電機驅(qū)動，其轉(zhuǎn)動速度由運動串行通訊模塊13控制。紗線外觀多角度成像模塊是應(yīng)用裝置的核心組件，其中彩色CXD相機7是圖像的成像元件，可實時動態(tài)采集通過測試區(qū)域的紗線圖像，并將采集到的圖像通過圖像采集模塊11傳送到數(shù)據(jù)處理計算機12，進行圖像信號分析和處理。附圖2所示為紗線外觀多角度成像模塊，采用多角度光照，由一對標(biāo)準白色D65正向光源8和一個LED白色矩陣式背光源9構(gòu)成光源，可實現(xiàn)對同一紗線的三個方向的光照； 采用V型立體的鏡片組10，由左右對稱放置的兩個反射鏡片構(gòu)成，反射鏡片與水平成45度， 可分別得到垂直于反射鏡表面方向的紗線體的反射圖像，實驗中發(fā)現(xiàn)超過60度時，虛像變模糊。具體成像原理如附圖3所示，正向光源8對紗線體實施正向照明，背光源9對紗線體實施背向照明；左側(cè)反射鏡得到紗線體的左側(cè)虛像，右側(cè)反射鏡得到紗線體的右側(cè)虛像。通過彩色CCD相機7，調(diào)整相機的拍攝視野，使得紗線體的正面反射圖像和兩個側(cè)面虛像同時成像于同一個CCD靶面，實現(xiàn)單目多角度紗線圖像的采集。引紗羅拉2、卷繞羅拉4以及控制紗線運動的運動串行通訊模塊13，共同構(gòu)成紗線的運動控制系統(tǒng)。紗線在某一段時間At內(nèi)走過Δ1，Δ 1小于測試區(qū)域的有效測試距離， 當(dāng)走過的距離等于大于有效測試距離時，因此觸發(fā)彩色CCD相機7拍攝新一幀圖像，圖像采集模塊11實時將圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理計算機12進行特征提取與分析。紗線連續(xù)運動，可拍攝連續(xù)的紗線圖像序列，從而獲得走過測試區(qū)域的紗線外觀特征信息。所述數(shù)據(jù)處理計算機12包括圖像分割模塊、圖像提取模塊和圖像分析模塊。通過將圖像分割、圖像增強、邊緣提取將紗線實像和虛像分開來，通過彩色相機的顏色校準完成顏色測量，通過圖像測量紗線在多個角度的側(cè)面投影寬度、紗線在多個角度的毛羽量、紗線體的表面顏色以及在此三類參數(shù)的基礎(chǔ)上計算得到的其他外觀特征參數(shù)，如紗線等效直徑，紗線細度，紗線條干不勻率，粗細節(jié)個數(shù)，花式紗線的變異系數(shù)等完成紗線外觀的綜合分析。為了保證光照環(huán)境的穩(wěn)定，設(shè)計一個可以隔絕自然光的密閉空間容納試樣。密閉空間的實現(xiàn)方式是由上下兩個閉合的罩板構(gòu)成，罩板構(gòu)成的密閉空間，將紗線外觀多角度成像模塊包括在內(nèi)。本發(fā)明方法在應(yīng)用裝置上的工作流程如附圖4所示，主要包括系統(tǒng)初始化使數(shù)據(jù)處理計算機12，紗線運動系統(tǒng)，光源，C⑶相機7、圖像采集模塊11均處于工作狀態(tài)；視頻圖像的初始化采集采集初始化圖像，用于系統(tǒng)的校準；基準色和比例校準校準系統(tǒng)的顏色和分辨率；紗線驅(qū)動觸發(fā)電機使得紗線以一定的速度進入測試區(qū)域；圖像采集試樣驅(qū)動裝置和圖像采集系統(tǒng)同時運行，拍攝連續(xù)的紗線圖像，采集得到紗線試樣的多角度外觀圖像序列；紗線圖像分割將紗線圖像按照左中右的位置關(guān)系，分成左側(cè)虛像，右側(cè)虛像和正面圖像；圖像分析分別對三幅子圖像進行特征分析，提取每個角度下，紗線的幾何特征信息和顏色特征信息，主要包括投影直徑、毛羽系數(shù)、紗線顏色；特征參數(shù)計算根據(jù)校準的比例和顏色數(shù)據(jù)，得到紗線多個角度的實際幾何尺寸和表面顏色信息組；結(jié)果輸出計算得到每個紗線段的特征參數(shù)，并進行數(shù)據(jù)融合，按照采集順序拼接得到被測紗線的立體外觀圖，可用于基于真實紗線數(shù)據(jù)的織物外觀模擬。
權(quán)利要求
1.一種單目多角度CCD紗線外觀數(shù)字化分析方法，其特征在于包括以下步驟(1)將紗線通過引紗羅拉驅(qū)動送出，通過卷繞羅拉回收，使紗線以一定速度向前運動；(2)在運動的紗線中段上方垂直設(shè)置一臺CCD相機，正對紗線，紗線下方，相機的對面多角度傾斜設(shè)置多個反射鏡片組成鏡片組，并配合鏡片組設(shè)置光源，使鏡片組的每個反射鏡片內(nèi)分別形成不同角度的紗線的虛像，所有虛像和紗線實像均在CCD靶面上交錯開排列；(3)所述CCD相機將對面的紗線實像和鏡片組內(nèi)的多角度的所有紗線虛像同時拍攝成一幀數(shù)字圖像；(4)將步驟3中所述紗線實像和虛像組成一幀的圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊，所述圖像處理模塊將成像數(shù)據(jù)進行分割，并分別進行數(shù)據(jù)提取，還原為紗線實像數(shù)據(jù)和分別多個的紗線虛像數(shù)據(jù)；(5)根據(jù)還原的紗線實像數(shù)據(jù)和多個的紗線虛像數(shù)據(jù)分別進行需要的數(shù)據(jù)測量和分析。
2.如權(quán)利要求1所述的單目多角度CCD紗線外觀數(shù)字化分析方法，其特征在于所述多角度設(shè)置的鏡片組包括以中間紗線為對稱，左右兩側(cè)分別傾斜設(shè)置一個反射鏡片，形成了 V型鏡片組，并配合設(shè)置紗線上方的正向光源和紗線下方的背光源，從而在左右兩側(cè)的反射鏡片內(nèi)形成中間紗線的左側(cè)虛像和右側(cè)虛像。
3.如權(quán)利要求1或2所述的單目多角度CCD紗線外觀數(shù)字化分析方法，其特征在于 所述CCD相機為彩色CCD相機，附帶的光學(xué)鏡頭由具有放大倍率的變焦或定焦光學(xué)鏡片組構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的單目多角度CCD紗線外觀數(shù)字化分析方法，其特征在于 所述步驟4后當(dāng)紗線走過的距離等于或大于有效測試長度時，觸發(fā)CCD相機進行紗線實像和鏡片組內(nèi)的多角度的紗線虛像的新一幀照片的拍攝，從而得到連續(xù)拍攝的紗線圖像序列的完整數(shù)據(jù)進行紗線外觀綜合分析。
5.如權(quán)利要求1或2所述的單目多角度CCD紗線外觀數(shù)字化分析方法，其特征在于 所述步驟4中測量的數(shù)據(jù)為紗線在多個角度的側(cè)面投影寬度、紗線在多個角度的毛羽量和紗線體的表面顏色，然后根據(jù)所述三種測量數(shù)據(jù)計算得到其他的外觀特征參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多角度紗線外觀數(shù)字化分析方法，屬于紡織品測試領(lǐng)域。一種單目CCD多角度紗線外觀數(shù)字化分析方法，其特征在于包括以下步驟將紗線通過引紗羅拉送出，使紗線以一定速度向前運動；在運動的紗線中段上方垂直設(shè)置一臺CCD相機，紗線下方相機的對面多角度傾斜設(shè)置多個反射鏡片，并配合設(shè)置光源，使每個反射鏡片內(nèi)形成不同角度的紗線的虛像，所有虛像和紗線實像均在CCD靶面上交錯開排列；CCD相機將紗線實像和紗線虛像同時拍攝成一幀數(shù)字圖像；將該幀圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理模塊，將成像數(shù)據(jù)進行分割，并分別進行數(shù)據(jù)提取，還原為紗線實像數(shù)據(jù)和紗線虛像數(shù)據(jù)；根據(jù)還原的紗線實像數(shù)據(jù)和紗線虛像數(shù)據(jù)分別進行數(shù)據(jù)測量和分析。
文檔編號G01N21/84GK102253043SQ20111017045
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者劉曉霞, 林蘭天, 辛斌杰 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)