CN101228435B - 原丝类纺织材料中外来物质的检测和分类 - Google Patents

Abstract

一种用于对原丝类纺织材料中的外来物质进行检测和/或分类的设备包括：多色光源(2、3)，用于发射可见光；多个检测器(4)，其对红、蓝和绿光谱的光敏感，被布置成测量从纺织材料(1)反射的光，并被配置成产生相应的红、绿和蓝光强度信号。信号处理装置(5)，被配置成根据红、绿和蓝光强度信号而确定CIE色品图的x和y参数的相应值，并根据x和y值来确定污染物的存在和/或类别。

Description

原丝类纺织材料中外来物质的检测和分类

技术领域

本发明涉及对原丝类(strand-like)纺织材料中的外来物质进行检测和分类的设备和方法，即，如相应独立权利要求的前序部分中所描述的那样，用于检测纱线中污染物的存在。 

背景技术

US 6,175,408描述了一种测量设备，其发射白光，并在红、绿和蓝色频段上测量从移动的纱线反射的光的强度。针对三种可能的强度信号对的每一种来形成差信号。在差信号中的至少一个超过给定阈值时，就被认为是检测到了污染物。该发明的焦点是在于频率转换器的使用，所述频率转换器用于在较宽的频谱上产生白光，避免了使用窄带、单色LED。该专利公开的光源是结构单元，其具有壳体6、发光二极管9(被实施为LED芯片)和导电体(7、8)、频率转换器10和透镜11。 

WO 03/008950示出了一种设备，其发射两种不同波长的光，并具有单个光接收器。由于对波长反射的依赖性根据材料而不同，所以，总体反射的光量取决于污染物的存在和种类。以此方式，应当可能在不同污染物之间做出区分。 

US 5,915,279示出了一种测量装置，用于一般地检测目标的参数。描述了用于多个参数的统计分析的方法，所述参数是，例如，在不同波长上检测的光强度，并包括各强度的时间历史，以便确定偏差。然而，最后所得到的算法复杂，并且太概括，以至于不是直接可用的。 

EP 0652432A1公开了针对两种波长的传感器的使用，其光学布置确保由传感器接收的光是精确地来自纱线的相同位置。根据与所接收的强度相对应的检测器信号，形成与商(即，对数差)相对应的信号，以便消除纱线直径、结构等的影响。 

发明内容

本发明的目的是创建一种设备和方法，用于对最初提及的类型的原丝类纺织材料中的外来物质进行检测和/或分类，其实现起来简单，提高了检测质量，并且对不是由污染物引起的材料感知中的变化不敏感。 

这些目的通过根据相应的独立权利要求的、对原丝类纺织材料中的外来物质进行检测和/或分类的设备和方法来实现。 

用于对原丝类纺织材料中的外来物质进行检测和/或分类的设备包括：多色光源，用于发射可见光；多个检测器，其对红、蓝和绿光谱的光敏感，被布置成测量从纱线反射的光，并被配置成产生相应的红、绿和蓝光强度信号；以及信号处理装置，其被配置成根据红、绿和蓝光强度信号而确定CIE色品图的x和y参数的相应值，并根据x和y值来确定污染物的存在和/或类别。从而，以接近于人眼的感知的方式，各污染物按颜色被分类和区别，并因此可以被选择性地消除。这与现有技术是不同的，在现有技术中，检测和可能的分类是根据反射的强度中的差别来进行的。 

在被观察的纱线颜色的x-y表示中，亮度z被消除了。因此，x-y信号的分析实质上是独立于亮度的。这允许将纱线分析聚焦于纱线的实际颜色上。这减小了纱线中例如多毛性、厚度等不是由污染物引起的变化的影响。与此对照，通常被用作纱线分析的基础的单独的强度信号Ri、Gi和Bi既依赖于照明，又依赖于在单独的颜色波段上反射的光量，这使得它们对非污染物的变化敏感，并倾向于出错。 

在本发明的另一个优选的实施例中，只要从当前测量点到x-y平面中的参考点的距离超过了预定的阈值距离值，就指示存在污染物。这相应于被感知的颜色与基础纱线的颜色之间的预定的偏离。 

在本发明的又另一个优选的实施例中，x-y平面中的参考点被确定为x和y值的可变动的长期平均，最好是仅对无关于污染物的值进行平均。 

用于对原丝类纺织材料中的外部物质进行检测和/或分类的方法包括步骤： 

●用多色光源发射可见光； 

●用对红、蓝和绿光谱的光敏感的检测器来测量从纱线反射的光，并产生相应的红、绿和蓝光强度信号； 

●根据红、绿和蓝光强度信号来确定CIE色品图的x和y参数的相应值，并根据x和y值来确定污染物的存在和/或类别。 

根据从属的专利权利要求，其它优选实施例是明显的。方法权利要求的特征可以与装置权利要求的特征进行组合，反之亦然。 

附图说明

本发明的主题将在下文中结合优选的示例性实施例来更详细地解释，所述实施例在附图中被说明，所述附图示意性地显示了： 

图1示出了本发明中使用的测试布置； 

图2示出了红、绿和蓝光敏感的检测器的阵列； 

图3示出了x-y色平面中的色品图；以及 

图4示出了x-y色平面中的一组测量点。 

附图中使用的参考符号以及它们的意义以汇总的形式被列在参考符号的列表中。原则上，在各图中，相同部分具有相同的参考符号。 

具体实施方式

图1示意性地显示出了本发明中使用的测试布置。纱线1被诸如白光发光二极管(LED)2、3之类的一个或多个多色光源以两个不同角度来照亮，并且利用检测器4在单个平面中进行检测。从纱线反射的光由检测器阵列4来检测，检测器阵列4包括三组检测器，每组检测器对特定范围的波长敏感。每组的总的信号代表了在所述范围上接收的光的强度。单独的检测器信号或每组的总的信号由信号处理电路5来处理。 

图2示出了由字母R、G、B表示的示例性的红、绿和蓝光敏感的检测器的阵列。检测器阵列被布置成接收来自移动的纱线1的特定部分的光，并能够同时对来自每个单独的检测器的测量进行采样。各单独的检测器被交叉布置，以确保每组检测器的一致的辐射。 

信号处理电路5通过模拟或数字信号处理电路来确定与所检测的光强度相对应的CIE色品图的x和y参数。CIE系统通过亮度参数和两个色坐标x和y来描述颜色的特征，所述色坐标x和y确定色品图(图3)上的点。色坐标在二维的CIE色品图上针对色调和饱和度来描绘颜色。CIE色品图上的任何颜色都可以被认为是三个CIE原色X、Y、Z的混合。该混合可以通过被称为是三色值的三个数字X、Y、Z来确定。CIE原色或三色值X、Y、Z唯一地代表了一种可察觉的色调。 

用于获得给定颜色的目标的色坐标的理想的理论过程包括下述步骤： 

1.测量每个波长上的光谱功率分布。 

2.乘以三个颜色匹配函数中的每一个。 

3.求和以得到三个三色值X、Y、Z。 

通过除以(X+Y+Z)来将三色值进行归一化，给出x、y、z。 

x和y是色坐标。由于亮度z＝1-x-y，所以其不提供附加信息。 

根据本发明的优选实施例的实际过程避免了对全部光谱功率分布的测量，改为进行典型地在红、绿和蓝色区域的三个波长上的强度测量，并进行转换以给出三个三色值X、Y、X。因此，信号处理装置被配置成根据下面的公式来确定X、Y、Z的CIE坐标： 

$\left|\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ b_{21}& b_{22}& b_{23}\\ c_{31}& c_{32}& c_{33}\end{array}\right|\·\left|\begin{array}{c}\mathrm{Ri}\\ \mathrm{Gi}\\ \mathrm{Bi}\end{array}\right|$

其中，Ri、Gi、Bi分别是红、绿和蓝光强度信号的值。信号处理装置被进一步配置成通过按如下公式确定x和y值来对三色值进行归一化： 

$x=\frac{X}{X+Y+Z}$ $y=\frac{Y}{X+Y+Z}.$

矩阵系数a₁₁...c₃₃例如通过用已知的参考颜色来校准设备来确定。然后，它们的值合并照明光源的光谱功率分布的补偿、样本或测试材料的光谱反射系数的补偿、滤光器的衰减的补偿、以及检测器灵敏度的补偿。这些系数的值还依赖于所使用的CIE色品图的版本(1931、1960、1976)。 

图4示出了x-y平面中的一组测量点的样本图。各测量点是在沿测试纱线1的不同位置上获得的。一簇点是根据参考纱线或根据在生产期间所观测的长时间的平均来确定的。该簇位置的平均就定义了一个参考点。对于每组红、绿和蓝光强度测量，相应的x-y值被确定，并且离参考点的距离d被计算出。如果离参考点的距离超过了某个预定的阈值，这就被解释为存在污染物，并且采取适当的措施，例如切除污染物。在本发明的优选实施例中，在对污染物进行分类时，系统被控制仅仅来切除属于特定的、 预定种类的污染物的那些污染物。 

在对污染物进行分类时，x-y平面中的测量点的位置是针对多个参考点或参考区域来评估的。每个参考点或参考区域代表了或者是基础材料或者是一组污染物类别中的一个类别。用于二维矢量的公知的分类和成簇(clustering)算法被采用。 

因此，依赖于应用，各参考点或各相关区域或各簇代表了，例如，棉线、污染物，所述污染物例如是棉花种子、人类/动物毛发、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。 

标记列表 

1纱线 

2，3发光二极管 

4检测器阵列 

5信号处理电路 

Claims (16)

1.一种用于对移动的原丝类纺织材料中的外来物质进行检测和/或分类的设备，至少包括：

多色光源(2、3)，用于发射可见光并以两个不同角度通过两个光源(2、3)来照射所述纺织材料；

多个检测器(4)，其对红、蓝和绿光谱的光敏感，各个所述检测器被交叉布置，并且所述检测器被布置成在单个平面中测量从纺织材料(1)反射的光，并被配置成产生相应的红、绿和蓝光强度信号；以及

信号处理装置(5)，其被配置成根据红、绿和蓝光强度信号、与亮度无关地来确定CIE色品图的x和y参数的相应值，并根据x和y值来确定污染物的存在和/或类别。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个检测器(4)形成组，每个组对特定范围的波长敏感，并且，所述多个检测器(4)被布置成接收来自移动的纺织材料(1)的特定部分的光。

3.如权利要求1或2所述的设备，其被配置成同时从每个单独的检测器(4)来获得样本测量。

4.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述信号处理装置(5)被配置来根据公式

$\left|\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right|=b\left|\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ b_{21}& b_{22}& b_{23}\\ c_{31}& c_{32}& c_{33}\end{array}\right|\·\left|\begin{array}{c}\mathrm{Ri}\\ \mathrm{Gi}\\ \mathrm{Bi}\end{array}\right|$

来确定X、Y、Z CIE坐标，其中，Ri、Gi、Bi分别是红、绿和蓝光强度信号的值，a₁₁...c₃₃是红-绿-蓝到X-Y-Z变换矩阵的矩阵系数，所述信号处理装置(5)被进一步配置成按公式

$x=\frac{X}{X+Y+Z}$ $y=\frac{Y}{X+Y+Z}.$

来确定x和y值。

5.如权利要求4所述的设备，其中，矩阵系数a₁₁...c₃₃合并了照明光源(2、3)的光谱功率分布的补偿、测试材料的样本的光谱反射系数的补偿、滤光器的衰减的补偿、以及所述检测器(4)的灵敏度的补偿。

6.如权利要求1或2所述的设备，其被配置成只要从当前测量点到x-y平面中的参考点的距离超过了预定的阈值，就指示存在污染物。

7.如权利要求6所述的设备，其中，x-y平面中的所述参考点被确定为与污染无关的x和y值的可变动的长期平均。

8.如权利要求7所述的设备，其中，为了对污染物进行分类，x-y平面中的测量点的位置是针对多个进一步的参考点或参考区域来评估的。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述污染物被确定为是一组污染物类别中的一种，所述组中的类别包括下述类别中的至少一种、两种或更多种：

●与类似于聚丙烯、聚乙烯的材料相对应的类别；

●与类似于人类/动物毛发、羽毛的材料相对应的类别；

●与类似于黄麻、垃圾、棉花种子的材料相对应的类别；

●与类似于有色的纱线的材料相对应的类别。

10.一种用于对移动的原丝类纺织材料中的外来物质进行检测和/或分类的方法，包括步骤：

●用多色光源(2、3)发射可见光并以两个不同角度通过两个光源(2、3)来照射所述纺织材料；

●用被交叉布置的、对红、蓝和绿光谱的光敏感的多个检测器(4)来在单个平面中测量从纺织材料(1)反射的光，并产生相应的红、绿和蓝光强度信号；

●根据红、绿和蓝光强度信号、与亮度无关地来确定CIE色品图的x和y参数的相应值，并根据x和y值来确定污染物的存在和/或类别。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个检测器(4)形成组，每个组对特定范围的波长敏感，并且，所述多个检测器(4)被布置成接收来自移动的纺织材料(1)的特定部分的光。

12.如权利要求10或11所述的方法，包括步骤：同时从每个单独的检测器(4)来获得样本测量。

13.如权利要求10或11所述的方法，包括步骤：

●根据公式

$\left|\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right|=b\left|\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ b_{21}& b_{22}& b_{23}\\ c_{31}& c_{32}& c_{33}\end{array}\right|\·\left|\begin{array}{c}\mathrm{Ri}\\ \mathrm{Gi}\\ \mathrm{Bi}\end{array}\right|$

来确定X、Y、Z CIE坐标，其中，Ri、Gi、Bi分别是红、绿和蓝光强度信号的值，a₁₁...c₃₃是红-绿-蓝到X-Y-Z变换矩阵的矩阵系数；以及然后

●按公式

$x=\frac{X}{X+Y+Z}$ $y=\frac{Y}{X+Y+Z}.$

来确定CIE色品图的x和y参数的值。

14.如权利要求10或11所述的方法，包括步骤：如果从当前测量点到x-y平面中的参考点的距离超过了预定的阈值，就指示存在污染物。

15.如权利要求14所述的方法，包括步骤：通过针对多个参考点或参考区域来评估x-y平面中的测量点的位置，来对污染物进行分类。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述污染物被确定为是一组污染物类别中的一种，所述组中的类别包括下述类别中的至少一种、两种或更多种，下述类别是：

与类似于聚丙烯、聚乙烯的材料相对应的类别；

与类似于人类/动物毛发、羽毛的材料相对应的类别；

与类似于黄麻、垃圾、棉花种子的材料相对应的类别；

与类似于有色的纱线的材料相对应的类别。

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