CN100504290C - 一种织物或服装面料的三维非接触式坐标测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种织物或服装面料的三维非接触式坐标测量装置，由平放在水平桌面2上织物夹持装置1、传感器7和微机12组成，织物夹持装置1包括活动连接的转轴5和黑色磁板6，待测织物3通过磁条4吸附在黑色磁板6上；传感器7由卡在滑槽10内位置可以调节的左摄像机8、右摄像机8′和光栅投影仪9构成，光栅投影仪9配备一个白色的投射灯泡和一个可产生规则变化的变频条纹的编码光栅；传感器7的中心与待测织物3的中心齐高；左摄像机8、右摄像机8′与微机12相连；本发明的有益效果是：快速、准确、高效地捕获织物的表面几何信息，为客观评价织物的平整度等级提供丰富、可靠的三维测量数据。

Description

一种织物或服装面料的三维非接触式坐标测量装置

技术领域

本发明涉及一种柔性物体的三维非接触式测量装置，特别是涉及一种织物或服装面料的三维非接触式坐标测量装置，为数字化纺织和服装提供高精度的三维测量数据。

背景技术

纺织品的防皱整理和服装生产厂的成衣熨烫中，织物或服装面料的平整度等级是否达到标准，是评价其外观的一个重要指标。现有的评定方法主要依据美国AATCC-124标准，在标准环境下，由专业人员通过试样与标准样卡的对照比较来进行。我国国家标准GB/T 13796-92参照美国AATCC-124标准制定，工作环境和评定方法与美国标准相似。由于样卡价格昂贵，评定环境苛刻，实际生产中难以普及。此外，评价过程中，人眼存在的盲斑、心理因素对视觉效果的影响、环境对视觉的影响、人眼视觉效果的多义性和容错性等等都是人工视觉检测中不可避免的影响因素。因此主观评定织物或服装面料平整度等级的结果往往具有不确定性和不唯一性。

利用计算机图像处理技术数字化织物表面，以客观评定织物的平整度等级是近年来一个的研究热点。G.Stylios、X.Bu、Youngjoo Na和严灏景、陈健敏等人都曾用摄影的方法提取了织物表面的折皱轮廓；黄秀宝、杨晓波等人还采用光度立体视觉法和阴影恢复形状法对织物的二维图像进行处理，在织物平整度等级客观评定领域取得了进展。但是，图像数据处理过程中易受织物色彩、花型、乃至组织结构等影响，所以该方法只适合于单色织物的平整度客观评级。

近年来，J.Amirbayat、B.Xu、Jie Su、Tae Jin Kang、范金土和刘富等人采用基于光学三角测量原理的激光测量法在织物平整度客观评级中取得很大进展。激光测量法的突出优点是探测的结果与织物的颜色和花纹无关，准确度高，能实现织物表面的高速三维测量。但是，采用激光测量时需扫描、采集并处理多幅图像，既耗时，又难以实现实时测量，且测量准确性易受试样表面漫反射及倾角的影响，对于激光光源照射不到的位置还出现扫描盲点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种织物或服装面料的三维非接触式坐标测量装置，以弥补现有技术的不足或缺陷，满足生产和生活的需要。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种织物或服装面料的三维非接触式坐标测量装置，包括织物夹持装置1、传感器7和微机12，所述的织物夹持装置1包括活动连接的转轴5和黑色磁板6，织物夹持装置1平放在水平桌面2上，待测织物3通过磁条4吸附在黑色磁板6上；所述的传感器7由卡在滑槽10内的左摄像机8、右摄像机8′和光栅投影仪9构成，左摄像机8、右摄像机8′的位置能够调节，光栅投影仪9配备一个白色的投射灯泡和一个能够产生规则变化的变频条纹的编码光栅；传感器7的中心与待测织物3的中心齐高；左摄像机8、右摄像机8′与微机12相连。

所述的传感器7由两个基于阵列式的CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)左摄像机8、右摄像机8′和一个光栅投影仪9构成。根据待测织物3的宽度，在滑槽10内适当调节左摄像机8、右摄像机8′的位置，以使测量时的光栅影线能照射待测织物的整个区域。考虑到织物是带有丰富色彩和纹理特征的物体，所以本发明采用的CCD左摄像机8、右摄像机8′是两个彩色CCD摄像机(松下CP240彩色摄像头，有效分辨率480线)。光栅投影仪9配备了一个白色的投射灯泡和一个能够产生规则变化的变频条纹的编码光栅。传感器7的中心待测织物3的中心齐高。扫描时，光栅投影仪9将产生的不同栅距的光栅图样11连续投射到待测织物3的表面上，待测织物3表面产生的摩尔条纹的变化由两台CCD左摄像机8、右摄像机8′记录并传送到微机12。微机12通过解调变形了的光栅影线的相位和振幅，再将待测织物3与CCD摄像机8之间的坐标关系作适当转换，得到被测织物表面所对应的平面坐标值。最后，平面坐标上的每一坐标点与CCD左摄像机8、右摄像机8′的镜心所构成的空间虚拟直线与投射光栅所形成的空间虚拟平面间将产生一个相对的唯一交点。该交点即为待测织物3在某点的三维坐标值。

所述的微机12内装有一个NI PCI-1428图象采集卡，用于图像的传输和处理。微机12内有一套基于虚拟软件LabVIEW的数据监控系统，用于控制数据采集的整个过程，并对采集的数据进行分析和处理。

作为优选的技术方案：待测织物3以经纱长度方向为垂直方向；黑色磁板6能够在与垂直方向成5°的范围内绕转轴5摆动；左摄像机8和右摄像机8′是基于阵列式的(Charge Coupled Device)电荷耦合摄像机。

本发明是这样工作的：织物夹持装置1平放在水平桌面2上或任何平稳、固定的水平放置的平板上。待测织物3在自重的作用下，具有一定的柔性和悬垂性。当织物较厚或质量较大时，织物呈放的方式还将影响褶皱的产生和大小，所以考虑到织物的上述特点，将待测织物3以经纱长度方向为垂直方向，用磁条4吸附在与垂直方向成5°的可以绕转轴5摆动的黑色磁板6上。磁条4周围的织物由于受磁条吸附力的影响，褶皱明显削弱。测量时，只选取织物中心区域作为待测区域。

本发明的有益效果是：织物夹持装置1最大程度上保证了织物原有的几何信息，又符合人眼的观测习惯。同时，由于使用了两个CCD摄像机，图像匹配的速度较快，大大节约了测量时间。同时，使用两幅图像相互补偿的方法也较好地解决了反光和阴影的问题，避免了聚束点反射和散射光，减少了测量的不确定性。又由于采用的是彩色CCD摄像机，所以能摄取任何色彩和花纹的织物光平面上的三维信息。当织物褶皱较大时，还可以通过转动黑色磁板6，重复光栅扫描过程，并在计算机中完成数据对齐，这样就避免可能出现的测量盲点，提高了测量的准确性。

本发明为柔性物体提供了一种新的高效三维非接触式测量手段，可为数字化纺织和服装面料提供大量可靠的三维坐标数据，为进而的织物和面料的数字化客观评价提供可靠依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明传感器的结构示意图

图3是本发明光栅条纹连续投射到待测织物表面的示意图

图4是本发明CCD摄像机的光栅成像的原理图示意图

图5是本发明待测织物原始褶皱状态的点云分布图

图6是本发明待测织物系统处理后的点云分布图

图7是本发明基于虚拟软件LabVIEW的数据监控系统

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例1

参照附图1-7，本发明包括织物夹持装置1、传感器7和微机12，所述的织物夹持装置1包括活动连接的转轴5和黑色磁板6，织物夹持装置1平放在水平桌面2上，待测织物3通过磁条4吸附在黑色磁板6上；所述的传感器7由卡在滑槽10内的左摄像机8、右摄像机8′和光栅投影仪9构成，左摄像机8、右摄像机8′的位置可以调节，光栅投影仪9配备一个白色的投射灯泡和一个可产生规则变化的变频条纹的编码光栅；传感器7的中心与待测织物3的中心齐高；左摄像机8、右摄像机8′与微机12相连。

为了尽量减少外界光线的干扰，测量选择在环境光源相对较稳定的室内进行。先调节传感器7的位置，以使传感器7的中心与待测织物3的中心基本同高。根据织物的宽度，在滑槽10上调节CCD左摄像机8、右摄像机8′的位置，其间距略大于待测织物3的宽度即可。然后，完成两个CCD摄像机的标定，以确定摄像机的图像坐标系与物体空间中的三维参考坐标系之间的对应关系。由于四次相移法具有消除检测器的偶次谐波含常数项影响的优点，所以在织物褶皱程度不是很严重的情况下，设定光栅投影图像数为4幅。如果织物的褶皱程度很严重，则为了避免测量盲点，需要增加投影图像的数量。然后，将300mm×300mm的一块织物3以纱线长度方向用磁条4吸附在深色磁性板6上。轻轻转动转轴5，使织物3在自重的作用下，呈现最自然的褶皱效果。同时，微机12中的基于虚拟软件LabVIEW的数据监控系统处于正常运行状态。

正式测量时，由微机12中的数据监控系统发起测量启动命令，数据监控系统根据初始相位角、光栅数字周期、条纹幅值等参数编程生成正弦分布的周期性条纹，光栅投影仪9将平行正弦分布的光栅条纹11连续投射到待测织物3的表面，由CCD摄像机接收经过物体表面形状调制后的变形条纹，并从变形条纹的光强分布中提取出相位信息，最后根据相位差—高度关系得到相对磁性平板6的高度变化量。

按照最小二乘原理可得：

$\mathrm{\Φ}(x,y)=\arctan \left[\frac{I_4(x,y)-I_2(x,y)}{I_1(x,y)-I_3(x,y)}\right]---\left(1\right)$

式中：Φ(x，y)——待测织物在某点的相位值，Φ∈[-π，π]；

I₁，I₂，I₃，I₄——分别为不同相移时X-Y平面上的光场函数。

最后，选取织物中心的150mm×150mm为待评区域。待评区域织物的原始折皱状态如图5所示。经光栅扫描和数据处理后，得到图6所示的织物点云网格图。测量结果表明，高精度、高密度的测量点群较完整地保存了织物原有的折皱特征。

Claims (4)

1、一种织物或服装面料的三维非接触式坐标测量装置，包括织物夹持装置(1)、传感器(7)和微机(12)，其特征在于：所述的织物夹持装置(1)包括活动连接的转轴(5)和黑色磁板(6)，织物夹持装置(1)平放在水平桌面(2)上，待测织物(3)通过磁条(4)吸附在黑色磁板(6)上；所述的传感器(7)由卡在滑槽(10)内的左摄像机(8)、右摄像机(8＇)和光栅投影仪(9)构成，左摄像机(8)、右摄像机(8＇)的位置能够调节，光栅投影仪(9)配备一个白色的投射灯泡和一个能够产生规则变化的变频条纹的编码光栅；传感器(7)的中心与待测织物(3)的中心齐高；左摄像机(8)、右摄像机(8＇)与微机(12)相连。

2、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：待测织物(3)以经纱长度方向为垂直方向。

3、根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：黑色磁板(6)能够在与垂直方向成5°的范围内绕转轴(5)摆动。

4、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：左摄像机(8)和右摄像机(8＇)是基于阵列式的电荷耦合摄像机。

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