CN101445977A - 自动识别筒管的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动识别筒管的方法和装置，所述筒管在生产交叉卷绕筒子的纺织机的工作站处使用，所述方法和装置尤其在这种纺织机的多批次操作过程中利用筒管的特有特征而自动识别所述筒管。根据本发明设置成这样：在图像处理装置(4)中将待识别的筒管(2)的当前记录的图像信息与已经被分类的筒管的先前记录的图像信息进行比较，并且在所述当前的筒管(2)与已经被分类的筒管中的一个筒管存在至少一个可确定的一致性的情况下，认为已经识别出有关的筒管(2)。

Description

自动识别筒管的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种自动识别筒管的方法和装置，所述筒管在生产交叉卷绕筒子的纺织机的工作站处使用，所述方法和装置尤其在这种纺织机的多批次操作(Mehrpartienbetrieb)过程中利用筒管的特有特征而自动识别所述筒管。

背景技术

在纺织机工业中很早就已知的是，以不同的颜色标识筒管以使得操作人员可识别出不同的纱线批次。公知的是，通过彩色的可再次使用的筒管来标识粗纱筒子，而且还公知在彩色的且同样是可再次使用的纱管上卷绕精纺管纱。这种可再次使用的管通常是由稳定的塑料材料制成并且以单一颜色染色的。

例如在DE 19749，024 A1中描述了一种粗纱筒子运输系统，该系统将粗纱机(所谓翼锭粗纱机)与布置在生产流程中下游的环锭纺纱机相连接。在这里，环锭纺纱机所特有的粗纱筒运输装置分别通过传送装置(Umsetzer)与粗纱筒运输路径间接连接，多个锭翼连接到该粗纱筒运输路径上。因为由锭翼通过该运输路径输送不同的纱线批次，所以粗纱筒的管根据它们的纱线批次而以彩色标识。布置在环锭纺纱机区域内的传送装置分别与颜色传感器一起协同工作，颜色传感器检测所供应的粗纱筒的管的颜色，并且促使传送装置总是仅从运输路径取下其管具有某预定颜色的粗纱筒。

在DE 39 11 799 A1和DE 43 15 258 A1中分别描述了在环锭纺纱机和络筒机之间的机器连接。在此，络筒机的运输系统构造成使得可以同时处理不同的纱线批次。也就是说，颜色传感器被分别布置在络筒机所特有的运输系统的区域内，所述颜色传感器在所有情况下均以精确地确定目标的方式确保以其纺纱纱管的颜色为标识的不同纱线批次进入负责相关纱线批次的络筒机的机器部分。

所使用的颜色传感器是在市场上可以购得的传感器装置，其可以区分多达八种不同的管颜色。使用这种颜色传感器来识别可再次使用的单色粗纱管或者可再次使用的单色纺纱纱管的颜色在实践中被确实地证实是有效的。然而，这种颜色传感器不能用于区分不是单色设计的、而是具有其它特有特征的管。这种通常由纸板廉价地制成的“一次性”管例如在管的表面上具有图案或者确定的印记，通过图案或者印记可以明确地识别相应的筒管。

此外，在DE 198 36 071 A1中描述了一种用于识别纺纱纱管上的纱头的方法和装置。在该已知方法中，用光照射要检查的纺纱纱管，并且由图像记录装置(例如CCD摄像机)检测由纺纱纱管反射的光并且将其转换为数字图像数据。数字图像数据被供给评价计算机，评价计算机对对应于该数字图像数据的图像矩阵执行边缘滤波(Kantenfilterung)，以因此确定包含在图像矩阵中的边缘轮廓(Kantenkontur)。根据所获得的边缘轮廓就可以得知被检查的纺纱纱管上存在纱头还是不存在纱头。

DD-266 078 A1公开了与纺织机有关地应用的CCD照相机。在根据DD-266 078 A1的装置中，通过CCD照相机以非接触方式检查筒子体的几何形状和位置，然后以面向峰值(spitzenorientiert)的方式存储。

此外，DD-PS 150 699或者DE 27 49 682 C2公开了一种用于进行检测的光电或者说光电子装置，其根据对象的外部形状对其进行分类。

在DE 43 05 562 A1中也描述了这种能够利用对象外部形状对其进行识别的装置。

在这种已知装置中，例如塑料瓶的包装废料被引导经过图像分辨传感器，并从所获得的图像信息获得设计特征。随后根据所获得的设计特征将包装废料分类至针对具有相应设计特征的对象的通道内。

发明内容

从上述现有技术出发，本发明的目的在于提出一种方法或者装置，该方法或装置使得不仅能够借助于筒管的颜色而且也能够借助于例如特殊图案之类的其他特有特征而以自动的方式对用于纺织机的筒管进行识别。

根据本发明，通过权利要求1中所描述的方法以及具有权利要求13所描述的特征的装置来实现该目的。

根据本发明方法的有利构造是从属权利要求2至12的主题。在权利要求14至18中描述了根据本发明的装置的有利实施方式。

在根据本发明的方法中，在图像处理装置中将当前记录的待识别的筒管的图像信息与先前记录的已经被分类的筒管的图像信息进行比较，并且在特有特征(例如筒管图案)存在可确定的一致性时，对有关筒管进行自动识别，该方法的优点在于，可以在很大程度上消除通常由于人为误差而引起的识别误差。

如权利要求2所述，在一有利构造中设置成，均通过至少一个照相机捕捉待识别的筒管的图像并且将该图像传送至图像处理装置。在该图像处理装置中对该图像进行检查，以确定如图案和/或颜色之类的可预定的特有特征，并且将所确定的特征与已经被分类的筒管的特有特征(其图像存储在存储器内)进行比较。在待识别的筒管的特征与已经被分类的筒管的已存储的特征建立一致性时，则认为已经可靠地识别出有关筒管。也就是说，可以立即将所识别的筒管机械地输送至正在运行一个纱线批次的工作站，该纱线批次由相应的筒管来表示。在上述方法中，有关筒管具有什么特有特征、尤其是有关筒管具有什么图案是不重要的；在任何情况下该方法总是会保证可靠地自动识别出筒管。

如权利要求3所述，为了确定和检查筒管的特有特征，在图像处理装置中将待识别的筒管的图像(其在图像处理装置中被用作所谓的图案空间)划分为多个图像部分(所谓的样本)，这些样本优选在它们的形状和大小方面、以及这些样本在图案空间中的位置方面彼此不同。由于所述样本在它们的形状和大小方面以及在它们在图案空间中的位置方面彼此不同，因此可以确保，通过这些样本能够足够可靠地记录优选垂直于管轴线延伸的筒管图案以及更加平行于筒管轴线布置的筒管图案，并且能够在图像处理装置中可靠地处理和识别这些筒管图案。这里，以实验方式确定了九个相应地构成和布置的图像就足以始终可靠地检测到筒管的所有图案。

如权利要求4所示，在一有利构造中设置成，筒管的为识别目的而被检查的特有特征具体是筒管的颜色和图案。

因此，如权利要求5所述，优选通过所谓的“颜色匹配法”(Color-Matching-Verfahren)来确定筒管的相应颜色。在该方法中，如权利要求6所述，例如在HSL颜色空间中分析筒管的色谱。也就是说，在图像处理装置中对由CCD照相机捕捉的图像信息的颜色信息进行评价。

在识别处理中，例如，将当前筒管的图像信息与已经被分类的筒管的图像信息进行比较，并且检查与之前确定的颜色信息的一致性。

根据权利要求7，在确定筒管图案时，使用了类似的方法，即所谓的“图案匹配法”(Pattern-Matching-Verfahren)。在该方法中，在图像处理装置中根据要检查的样本内的不同灰度值的分布而形成关于筒管图案的结论。在“图案匹配法”中对样本进行量化(Quantelung)。也就是说，将单个样本的整个表面分别分解为单个表面元素，对各个表面元素的不同灰度值分布进行检查。出于这种目的，将样本划分成多个网格，并且针对特定特征检查每个网格。在这里，以相对粗的网格开始检查并且连续细化网格。这样可以确保可靠地确定表征相关筒管的所有重要特征，进而毫无疑问地识别出筒管。

如前面已经描述的那样，将待识别的筒管的图像与已经被分类的筒管的存储在存储器内的图像进行比较并且随后如在权利要求8描述的那样建立相应的一致性程度。在这里，在0和1000之间的范围内评价该一致性程度。

在这种情况下，1000意味着待识别的筒管的样本与已经被分类的筒管中的一个筒管的样本完全一致。由于各种原因，这种完全一致是不可能存在的，所以达到预定阈值则表示成功且可靠地识别了有关筒管。

在一个有利构造中，在少于2秒时间内识别出当前的筒管(权利要求9)，这意味着借助根据本发明的方法可以无问题地实现这样的筒管吞吐能力，所述筒管吞吐能力在任何时间都能保证即使具有多个工作站的纺织机也能顺利运行。

如权利要求10所述，在图像处理装置中被检查并相互比较的筒管的图像由于几何形状而可能会部分地失真。

这些失真可以被抵消，这是因为在图像处理装置中通过相应的算法对将要被比较的筒管图像进行数学校正(如权利要求11所述)，或者因为通过适当的透镜进行光学校正以避免图像失真(权利要求12)。

不管在图像处理装置中计算的是筒管的失真图像还是经校正的图像，在图像处理装置中始终对相同类型的样本进行相互比较。

如权利要求13所述，用于执行根据本发明方法的装置具有至少一个CCD照相机以及相关的光源，该至少一个CCD照相机用于记录待识别的筒管的图像。在这里，CCD照相机通过信号线连接至数字图像处理装置，在该数字图像处理装置中针对特有特征检查由CCD照相机记录的待识别的筒管的图像，并且将该图像与存储在相关的存储器内的已经被分类的筒管的图像进行比较。在待识别的筒管的图像的特有特征与已经被分类的筒管中的一个筒管的特有特征达到预定程度的一致性时，则认为已经识别出当前筒管。

如权利要求14所述，所述数字图像处理装置的软件优选集成在纺织机的中央控制单元的机器软件中。也就是说，不需要单独的计算机，但是使用纺织机当前现有的硬件。因此可以相对经济地实施根据本发明的方法。

优选使用恒定的漫射光源作为所述光源以照射待检查的筒管(权利要求15)，换言之，优选使用其中所发射的光束没有优选方向的光源。

通过这种漫射光源例如可以避免在具有相对光滑表面的筒管中发生筒管表面的过度曝光，例如在由塑料材料制成的筒管中经常发生过度曝光。

如权利要求16所述，所使用的CCD照相机优选关于筒管的中央纵向轴线以倾斜一角度的方式布置。由于照相机的这种倾斜的布置，可以相对容易地最佳利用在本装置的安装场所处公知为比较紧张的可用空间。

因为根据本发明的方法尤其可以被有利地应用在生产交叉卷绕筒子的纺织机(其以多批次操作方式工作)中，所以如权利要求17所述，优选将在纺织机上使用的已经被分类的筒管的图像存储在图像处理装置的相关存储器中。如此配置的装置因而能够对纺织机上使用的所有筒管通过其图案而优选以自动的方式全部识别出。

尽管根据本发明的装置通常配备有单个CCD照相机就够了，但使用多照相机系统也是有利的(权利要求18)。借助仅配备有一个照相机的装置例如不能总是可靠地识别出图案在筒管纵向方向上具有周期性(该周期性与筒体的整个长度相对应)的筒管，换言之，例如其中前侧完全是白色而后部完全是黑色的筒管。

为了识别以这种方式构图的筒管，有利的或者必需的是设置两个或者更多个相互呈角度布置的CCD照相机。

附图说明

下面将借助于附图中示出的实施方式更详细地描述根据本发明的方法和用于执行该方法的装置，在附图中：

图1示意性示出用于执行根据本发明的方法的装置；

图2示出自动图案识别的顺序的图表；

图3至图5示出筒管表面的用作图案空间的图像部分和所谓样本，这些图像部分由CCD照相机检测，所述筒管表面具有多个单独的图像片段即所述的样本，这些样本在它们的形状、大小和位置方面彼此不同，并且在图像处理装置中自动识别筒管图案的图像时使用这些样本。

具体实施方式

图1示意性示出用于执行根据本发明的方法的装置。该装置主要包括CCD照相机1，该CCD照相机1通过信号线6连接至图像处理装置4。

存储器3例如通过信号线7也连接至图像处理装置4，显示装置5通过信号线8也连接至图像处理装置4。

另外，为了适当地照亮待识别的筒管2而优选设置光源16，该光源16优选是恒定的漫射光源。如图1所示，CCD照相机1优选相对于待识别的筒管2的筒子轴线17呈角度α布置，以使得在筒管2的区域中能够由照相机1检测的视区(Blickfeld)包括筒管长度的至少一半。

然而，图像处理装置4以及相关的存储器3和显示装置5不必如图1所示的实施方式中那样构造为独立的部件，不言而喻的是，存储器3和显示装置5都可以直接集成到图像处理装置4内。此外，图像处理装置4又可以是制造交叉卷绕筒子的纺织机的中央控制单元的部件。

如图2所示，在图案识别过程中(即在筒管自动识别过程中)在图像处理装置中大约执行以下方法步骤：

筒管2的通过CCD照相机1捕捉的图像9在图像处理装置4中首先受到预处理10。在这种情况下，亦用作图案空间14的图像9如图3至图5所示那样被分为多个样本15，这些样本15在它们的形状及大小方面以及它们在图案空间14中位置方面都是彼此不同的。

在接下来的步骤中，即所谓的特征提取11中，借助于样本15计算出筒管2的特有特征，随后将该特有特征还原为筒管的特定图案(方法步骤12)。在方法步骤12中优选使用所谓的“图案匹配”和“颜色匹配”，其中从图像9的总图像获得图像片段，并将该图像片段存储为样本15。根据“图案匹配法”，从待评定的样本15内的不同灰度值的分布确定筒管2的一定图案，该一定图案存储在存储器3中。也就是说，为了将筒管2分类，在任何情况下都将该筒管的样本15的图案存储为特定类型的灰度值分布。

在“颜色匹配法”中，存储样本15的颜色信息，使得例如HSL颜色空间之类的八种基本颜色(黑、白、红、黄、绿、青、蓝、紫)中的每一种颜色的相对频率都保持在直方图中，其中，除了八种基本颜色之外还给出了显示为灰色的区域。

为了识别筒管2，在接下来的方法步骤13中，将当前各个筒管2的图案与已经被分类的筒管的图案进行比较，或者检查各个当前筒管2的图案与已经被分类的筒管中的一个的图案的一致性。当发现一致时，通过可以采取0和1000之间的值的评价值给出一致度。在达到可预定阈值时，认为已经以自动方式识别出有关筒管2。

图3至图5示出筒管表面的通过CCD照相机1捕捉的图像9，该图像9构成图案空间14。如所示的那样，图案空间14沿水平方向分为640个图像点或者图像元素(像素)，而沿竖直方向分为480个图像点。根据图3，在数字化图像处理装置4中借助于三个样本15.1、15.2和15.3对图案空间14进行图形式扫描，样本15.1、15.2和15.3在它们的形状、它们的大小以及它们在图案空间14中的位置方面彼此不同。根据当前实施方式，所述样本例如布置在图案空间14的上边缘处。因为基本垂直于筒管轴线延伸的图案能够被从样本中最好地提取，所以所述样本在该方向上的长度大，样本15.1沿水平方向(＝垂直于筒管轴线)具有例如300个像素，而沿垂直方向仅具有80像素。与此不同，样本15.2具有50像素的水平长度(＝宽度)以及150像素的竖直长度(＝高度)，通过样本15.2首先检测特别是平行于筒管轴线延伸的图案。

如上所述，因为借助样本15.1检测尤其是基本垂直于筒管轴线延伸的筒子图案，而样本15.2是针对更加平行于筒管轴线设置的筒管图案，所以必须对每个样本捕获的单次测量进行适当的统计评价，以便提供中性平衡物(Gegengewicht)。该平衡物通过第三种样本格式实现。样本15.3例如宽为150像素，高为150像素。借助这种正方形样本能够同等地检测这两种类型的图案形式。

如图3所示，图案空间14中的样本的位置(这些位置基本通过实验确定)以这样的方式选择，即使得样本15.3完全覆盖样本15.2而部分覆盖样本15.1。

然而，原则上样本也可以在图案空间14内自动定位。

图4所示的样本15.4至15.6是以类似原理构成的，然而在其尺寸方面更小些。此外，样本15.4至15.6在图案空间14中的定位稍有不同。样本15.4例如宽为100像素，高为50像素，而样本15.5的宽为50像素，高为100像素。由图4可以看出，样本15.4和15.5还布置在图案空间14的上边缘区域中并且在这种情况下以部分重叠的方式定位。

正方形的样本15.6差不多布置在图案空间14的中心，大小为100×100像素。

如图5所示，样本15.7至15.9也布置在图案空间14的上边缘区域处，并且尤其在它们的大小方面与前述的样本15.1至15.6不同。

样本15.7例如宽仅为100像素，高仅为25像素。

样本15.8具有仅25像素的水平长度，而高为100像素。除了样本15.8和15.7之外，尺寸为50×50像素的正方形样本15.9也定位在图案空间14的上边缘处。

借助于前述样本15能够足够可靠地检测到筒管的几乎所有图案形状，并且能够通过图像处理装置4将这些图案形状与已经分类的筒管相比较而以自动方式可靠地识别所有这些图案形状。

Claims (18)

1.用于自动识别筒管的方法，所述筒管在生产交叉卷绕筒子的纺织机的工作站处使用，所述方法尤其在这种纺织机的多批次操作过程中利用所述筒管的特有特征而自动识别所述筒管，

该方法的特征在于，

在图像处理装置(4)中将当前记录的待识别的筒管(2)的图像信息与先前记录的已经被分类的筒管的图像信息进行比较，并且在所述当前的筒管(2)与已经被分类的筒管中的一个筒管存在至少一个可确定的一致性的情况下，认为已经识别出有关的筒管(2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个照相机(1)捕捉待识别的筒管(2)的图像，并且将所述图像传送至图像处理装置(4)；在所述图像处理装置(4)中对待识别的所述筒管(2)的记录进行检查，以确定可预定的特有特征；将所确定的待识别的所述筒管(2)的特征与已经被分类的筒管的特有特征进行比较，所述已经被分类的筒管的图像存储在存储器(3)中；并且在待识别的所述筒管(2)的特有特征与已经被分类的筒管中的一个筒管的特征建立至少一个一致性时，则有关的筒管(2)被相应地识别出。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了检查所述筒管的特有特征，将通过所述筒管的图像而预定的图案空间(14)分成多个样本(15)，所述样本在它们的形状和/或大小和/或位置方面彼此不同。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了识别筒管(2)而检查该筒管(2)的各种特有特征，尤其是检查该筒管(2)的颜色和图案。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所谓的“颜色匹配法”确定筒管(2)的相应颜色。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在“颜色匹配法”中，在HSL颜色空间中分析所述筒管(2)的色谱。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所谓的“图案匹配法”确定所述筒管(2)的图案，其中，根据在所述筒管的待检查的样本(15)内的不同灰度值的分布来确定所述筒管的图案。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在0和1000之间的范围内评价待识别的筒管(2)的样本(15)与已经被分类的筒管中的一个筒管的、存储在存储器(3)中的样本(15)的一致性程度，并且达到预定阈值则表示有关筒管(2)已被识别出。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在少于2秒的时间内识别出待评定的筒管(2)。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述图像处理装置中比较这些筒管的图像，所述图像由于所述筒管的筒管几何形状而部分地失真。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了消除要在所述图像处理装置(4)中进行比较的所述筒管的所述样本(15)的失真，通过相应的算法进行数学校正。

12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了避免所述筒管的图像的样本(15)的失真，通过适当的透镜进行光学校正。

13.用于执行根据本发明的方法的装置，其特征在于，

设有至少一个CCD照相机(1)和光源(16)，所述CCD照相机(1)用于捕捉待识别的筒管(2)的图像；

所述CCD照相机(1)通过信号线(6)连接至数字图像处理装置(4)，所述数字图像处理装置(4)被构造成这样，即：能够检查所述待识别的筒管(2)的图像的特有特征，并且能够将该特有特征与存储在存储器(3)中的已经被分类的筒管的图像进行比较；以及

在待识别的所述筒管(2)的图像的特有特征与已经被分类的筒管的图像中的一个图像存在一致性时，则认为待检查的筒管已被已识别出。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述图像处理装置(4)的软件被集成到生产交叉卷绕筒子的纺织机的中央控制单元的机器软件中。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光源(16)被构造为恒定的漫射光源。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述照相机(1)相对于所述筒管(2)的中央纵向轴线(17)以倾斜角度(α)的方式布置。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，已经被分类的筒管的图像总是被存储在所述存储器(3)中，在多批次操作过程中在纺织机上使用所述筒管。

18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，设有多照相机系统。

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