CN101644565A - 一种织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文涉及一种采用二维图像分析技术来客观测量织物材料的尺寸变化和扭曲度的系统，包括：标记所测样品的标记模板；放置被测样品的照明匣；用来给被测样品照明的照明装置；捕捉被测样品表面二维图像的成像装置；一台连接到成像装置上，用于接收和处理图像数据以确定标记位置的计算机。所述模板在织物表面印上基准标记，用来确定尺寸变化和扭曲度。照明匣还可用来将被测样品固定。照明装置包含多个不同光源来提供均一的光照。本发明还提供了一种测量织物材料的尺寸变化和扭曲度的方法以及算法和程序。采用本发明，能避免人工测量的人为错误，耗时长等缺陷，并大大提高测量的精确度，是辅助研究人员进行测量的科学工具。

Description

一种织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统和方法

技术领域

本发明涉及一种织物相关的数字化测量系统和方法，更具体地说，涉及一种织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统和方法。

背景技术

尺寸变化和扭曲度是织物材料的突出问题，尤其是针织织物。这两个特征影响到织物材料的尺寸稳定性，被纺织界认作是最重要的质量指标之一。尺寸稳定性是指织物抵抗尺寸变化的能力，织物或服装在洗涤、烘干、气蒸或按压等不同条件下表现出不同尺寸上的收缩或伸长。通常给织物添加抗收缩剂来减小尺寸变化。释放式收缩、渐进式收缩和热收缩是织物材料在热湿的环境下表现出来的三种收缩反应。释放式收缩是由于在编织织物时强加在织物纤维上的应力被释放所引起的收缩；渐进式收缩是指由于持续洗涤等动作引起的逐渐积累起来的尺寸减小；热收缩是特指那些含有热缩性纤维材料的织物，当受到热作用时，纤维中的高分子材料移动，以随机、非线性形式缩减它们的尺寸，从而引起织物形状的变化缩小。

国际上现有很多种测量织物尺寸变化和扭曲度的标准，大多数都是采用手工操作尺和笔来做标记。AATCC 135测试方法详述了决定织物尺寸稳定性的程序；这种方法提供了测量家庭洗涤时织物尺寸变化的标准测试方法。AATCC96测试方法特定使用了模拟商用洗涤设备的洗涤轮，来测量商用洗涤中纺织或针织织物的尺寸变化。AATCC 160测试方法描述了织物在经过标准洗涤后使其尺寸恢复的过程，以模拟织物在使用之前或使用当时所受的拉应力和压应力。

用这些标准来测量织物尺寸变化和扭曲度的方法存在很多缺陷，如人为错误，人力疲劳，不准确，以及因工具和手工操作造成的测量时间长等。随着数字化技术的发展，需要开发一种数字化测量系统来代替手工操作以达到精确和高效的目的。

人们在如何采用图像分析技术，建立一套有效分析织物纤维表面的客观评估系统这方面做了很多研究。这些研究都有一个共同点，就是要达到测量的自动化、智能化和数字化。不过，这些研究尚未建立起一套数字化系统来测定织物材料的尺寸变化和扭曲度。

因此，需要开发一种数字化方法和设备来快速，精确并且一致性的测定织物材料尺寸变化和扭曲度，这种方法和设备不经能够测量普通的固态纤维，同时还能够对不同样式，复杂颜色，甚至是黑色纤维进行测量。本发明就提供了这样一种新型的测量尺寸变化和扭曲度的方法和设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述人工测量存在耗时长，误差大，精确性不高的缺陷以及新型自动化测量系统的技术空缺，提供一种织物材料的尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，提供一种通过测量织物材料在典型商业洗涤，烘干和尺寸恢复等过程之前打到织物上的标记的变化情况，来测量织物材料的尺寸变化和扭曲度的方法，包括以下几个步骤：

S1用标记模板在被测样品表面印上基准标记，采用数字成像装置对带有基准标记的被测样品进行拍照；

S2将被测样品放入相关设备中进行物理或者化学处理，使被测样品经过洗涤、烘干和恢复过程；

S3对处理后的带有基准标记的被测样品进行拍照；

S4根据处理前和处理后的被测样品图像确定基准标记的坐标，并根据基准标记的坐标计算被测样品的尺寸变化和扭曲度。

另一方面，本发明还提供一种织物尺寸和扭曲度的数字化测量系统，用来测量织物材料在物理或化学处理过程中的尺寸变化和扭曲度，包括用于给被测样品做标记的标记模板，用于形成包围空间的照明匣，用于拍摄被测样品图像的成像装置，用于在照明匣内安装成像装置的固定装置，用于在照亮被测样品表面的照明装置，用于在照明匣内安放和固定被测样品的载样台，一套进行图像处理的软件包以及与成像装置连接运行所述软件的计算机。

在本发明所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统中，所述成像装置是数字化拍照装置。

在本发明所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统中，所述标记模板用于在拍摄前在所述被测样品表面标上四个或四个以上基准标记，所述标记模板包括盖板，底板以及连接盖板和底板的轴，所述标记模版将所述被测样品夹持和固定在所述底板上，所述标记模版上设有开孔，用于通过其在被测样品表面画上基准标记。

在本发明所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统中，所述成像装置安装在三维滑轨上，所述三维滑轨使成像装置能沿三个方向移动，从而核准被测样品和成像装置之间的位置；所述成像装置的方位是可调整的。

在本发明所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统中，所述照明匣为安放和固定被测样品提供了一个包围空间，所述照明匣还包括用于放置被测样品的载样台，所述载样台可移动。

在本发明所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统中，所述照明装置安装在照明匣内，所述照明装置包括多个照明光源能在所述包围空间内提供控制精确的光照；每个照明光源对称安装在载样台上方从而保证照明匣内的光照均匀；所述照明光源选用能提供标准照明的光源。

本发明还提供了一套用于织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量的图像处理软件算法和程序，包括获取图像，图像分割，标记识别，确定标记坐标，以及计算被测样品在处理前后的尺寸变化和扭曲度。

在本发明所述的用于织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量的图像处理软件算法和程序中，所述尺寸变化和扭曲度是用参数Dh，Dv和S来表示的，且织物尺寸在水平方向的变化为 $\mathrm{Dh}=\frac{\frac{d(B_1,B_2)+d(B_3,B_4)}{2}-\frac{d(A_1,A_2)+d(A_3,A_4)}{2}}{\frac{d(A_1,A_2)+d(A_3,A_4)}{2}}\×100\%,$ 织物尺寸在垂直方向的变化为 $\mathrm{Dv}=\frac{\frac{d(B_1,B_3)+d(B_2,B_4)}{2}-\frac{d(A_1,A_3)+d(A_2,A_4)}{2}}{\frac{d(A_1,A_3)+d(A_2,A_4)}{2}}\×100\%,$ 织物的扭曲度为 $S=\frac{\frac{({\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2)}{2}-\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}}{\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}}\×100\%,$ 其中A1-A4四点是处理前四个基准标记的位置，B1-B4是处理后四个基准标记的位置，α1是相邻直线A1A3和A3A4所组成的夹角，α2是相邻直线A1A2和A2A4所组成的夹角，β1和β2是处理后相应的角度。

实施本发明的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统和系统，具有以下有益效果：本发明采用数字化成像技术和计算机图像处理技术相结合，避免了手工操作的人力疲劳和人为错误，提高了测量的准确性，能够为研究人员提供更具精确性和科学性的数据结果，从而促进织物材料在研发和实际应用的发展。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于二维图像分析技术来测量织物尺寸变化和扭曲度的数字化系统的结构示意图；

图2是本发明中用于保证照明匣内亮度均匀的照明装置的示意图；

图3是本发明中测量织物材料尺寸变化和扭曲度的步骤图解；

图4是本发明中图像处理软件测量织物材料尺寸变化和扭曲度的流程图；

图5是本发明中织物材料处理前和处理后尺寸变化和扭曲度示意图。

具体实施方式

下面将对本发明结合附图进行详细说明。在下文描述中提到很多细节以便全面了解本发明。但是本领域的专业人员可以很清楚地知道本发明在实际应用中没有用到部分或全部细节。在其他范例中，一些熟知的技术特征或者处理步骤没有在下文中详述，但并不影响本发明的应用。本发明的特征和优点通过参照下文中的附图和描述能够理解更透彻些。

图1示出的是本发明的优选设备结构的示意图。成像装置2通过固定装置安装在照明匣5的顶部，以便于拍摄安放在载样台4上的被测样品6的数字图像，所述载样台4封装在照明匣5内。成像装置2与装有图像处理软件的计算机1相连。

在处理被测样品6之前，用标记模板7在被测样品表面标上4个或更多的基准标记。标记模板7分为盖板7a和底板7b，二者通过轴9连接，被测样品6能够被夹持并固定在底板7b上。通过开孔8在被测样品的表面做上基准标记。基准标记的优选形状为十字交叉型，也可以使用别的形状。基准标记的优选数量为4，位于正方形的四个角。

成像装置2可以是数码相机或者其他数字图像设备如摄像机等，计算机1与成像装置2相连，接收所拍摄到的被测样品6的数字化图像的数据，并进行运算和分析。后面将对其进行详细的描述。

成像装置2上装有三维滑轨2a，使其能在三个垂直方向上移动进行位置调整，从而校准成像装置2和被测样品6之间的位置。成像装置2的方位同样也可以进行调整。

图2示出的是位于照明匣内的照明装置。照明装置3包括多个照明光源，每个照明光源对称安装在载样台4上方，为照明匣5提供控制精确的照明，保证照明匣5内各处光亮的均一。所用照明装置3可为标准照明，如模拟白天的D65。

照明匣5提供了一个包围空间用于放置和固定被测样品6，该装置包括可移动的载样台4。并且，载样台4优选可自动控制。

图3示出的是本发明中测量织物材料尺寸变化和扭曲度的步骤图解。在第一步中，使用标记模版7在被测样品6的表面标上基准标记，然后采用数字系统拍摄处理前的带有基准标记的被测样品6a的图像。在第二步中，将带有基准标记的被测样品6a放进洗衣机或其它相关设备进行物理或者化学处理10，在此，带有基准标记的被测样品6a被洗涤、烘干并恢复。在第三步中，拍摄处理后带有基准标记的被测样品6b的图像。在最后一步，确定6a的图像和6b的图像中基准标记的坐标，并利用经过处理10前和处理10后的变化量来计算织物材料的尺寸变化和扭曲度。

本方法进一步包括，计算被测样品表面每个基准标记的初始坐标和最终坐标的变化，其中，初始是指处理之前，最终是指处理之后。由图4看出，图像处理软件的算法和程序包括以下步骤：获取图像11，分割图像12，识别基准标记13，确定基准标记坐标14，计算尺寸变化和扭曲度15。

获取图像11：计算机1通过与成像装置2通信，获得处理前带有基准标记6a和处理后带有基准标记6b的被测样品6的数字化图像；

分割图像12：通过边界检测，从所获取的图像上选择合适的分割边界的起始点，找到基准标记6a和6b的轮廓；

识别基准标记13：用霍夫变换找到基准标记的两条相交线的交点，用鼠标也可以找到这个交点；

确定坐标14：假设基准标记交点坐标为(x，y)，其中x是相对于起始点的横坐标，y是相对于起始点的纵坐标；假设成像装置2所在区域范围沿水平方向为Sx，沿垂直方向为Sy，则基准标记的坐标为(x·Sx，y·Sy)。成像装置2的区域范围由被测样品6与成像装置2之间的距离或者是与聚焦透镜的距离来决定。

计算处理15：计算出基准标记在处理前和处理后的移动，用以表征尺寸变化和扭曲度的参数为Dh，Dv和S。如图5所示，图5(a)是处理前的基准标记6a示意图，图5(b)是处理后的基准标记6b示意图，其中A1至A4各点是处理10前基准标记6a的位置，B1至B4是处理10后的基准标记6b的位置，A1至A4，B1至B4各点分别连接成直线，形成直线A1A2，A2A3，A3A4和A1A4，以及B1B2，B2B3，B3B4和B1B4。α1是相邻直线A1A3和A3A4所组成的夹角，α2是相邻直线A1A2和A2A4所组成的夹角，β1和β2是处理后相应的角度。

Dh是尺寸在水平方向的变化：

$\mathrm{Dh}=\frac{\frac{d(B_1,B_2)+d(B_3,B_4)}{2}-\frac{d(A_1,A_2)+d(A_3,A_4)}{2}}{\frac{d(A_1,A_2)+d(A_3,A_4)}{2}}\×100\%$

Dv是尺寸在垂直方向的变化：

$\mathrm{Dv}=\frac{\frac{d(B_1,B_3)+d(B_2,B_4)}{2}-\frac{d(A_1,A_3)+d(A_2,A_4)}{2}}{\frac{d(A_1,A_3)+d(A_2,A_4)}{2}}\×100\%$

S是根据夹角的变化计算得出的扭曲度：

$S=\frac{\frac{({\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2)}{2}-\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}}{\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}}\×100\%$

尽管本发明结合以上优选实施例进行了描述，但应该理解地是，本发明不限于此，所有在本发明的权利要求定义的范围内所做的变换和修饰都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统，其特征在于，包括

用于给被测样品做标记的标记模板；

用于形成包围空间的照明匣；

用于拍摄被测样品图像的成像装置；

用于在照明匣内安装成像装置的固定装置；

用于在照亮被测样品表面的照明装置；

用于在照明匣内安放和固定被测样品的载样台；

一套进行图像处理的软件包，在此，所述软件包用于获取图像、图像分割、标记识别、确定标记坐标以及计算尺寸变化和扭曲度；以及

与成像装置连接运行所述软件的计算机。

2、一种织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量方法，其特征在于，包括：

S1用标记模板在被测样品表面印上基准标记，采用数字成像装置对带有基准标记的被测样品进行拍照；

S2将被测样品放入相关设备中进行物理或者化学处理，使被测样品经过洗涤、烘干和恢复过程；

S3对处理后的带有基准标记的被测样品进行拍照；

S4根据处理前和处理后的被测样品图像确定基准标记的坐标，并根据基准标记的坐标计算被测样品的尺寸变化和扭曲度。

3、用于织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量的图像处理软件的一套算法和程序，其特征在于，包括获取图像，图像分割，标记识别，确定标记坐标，以及计算被测样品在处理前后的尺寸变化和扭曲度。

4、根据权利要求1所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统，其特征在于，所述成像装置是数字化拍照装置。

5、根据权利要求1所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统，其特征在于，所述标记模板用于在拍摄前在所述被测样品表面标上四个或四个以上基准标记，所述标记模板包括盖板，底板以及连接盖板和底板的轴，所述标记模版将所述被测样品夹持和固定在所述底板上，所述标记模板上设有标记孔，用于通过其在被测样品表面画上基准标记。

6、根据权利要求1所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统，其特征在于，包括用于安装所述成像装置的三维滑轨，所述三维滑轨使成像装置能沿三个方向移动，从而核准被测样品和成像装置之间的位置；所述成像装置的方位是可调整的。

7、根据权利要求1所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统，其特征在于，所述照明匣为安放和固定被测样品提供了一个包围空间，所述照明匣还包括用于放置被测样品的载样台，所述载样台是可移动的。

8、根据权利要求1所述的织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量系统，其特征在于，所述照明装置安装在照明匣内，所述照明装置包括多个照明光源能在所述包围空间内提供控制精确的光照；每个照明光源对称安装在载样台上方从而保证照明匣内的光照均匀；所述照明光源选用能提供标准照明的光源。

9、根据权利要求3所述的用于织物尺寸变化和扭曲度的数字化测量的图像处理软件的一套算法和程序，其特征在于，所述尺寸变化和扭曲度是用参数Dh，Dv和S来表示的，则织物尺寸在水平方向的变化为 $\mathrm{Dh}=\frac{\frac{\text{d}(B1,B2)+d(B3,B4)}{2}-\frac{d(A1,A2)+d(A3,A4)}{2}}{\frac{d(A1,A2)+d(A3,A4)}{2}}\×100\%,$ 织物尺寸在垂直方向的变化为 $\mathrm{Dv}=\frac{\frac{\text{d}(B1,B3)+d(B2,B4)}{2}-\frac{d(A1,A3)+d(A2,A4)}{2}}{\frac{d(A1,A3)+d(A2,A4)}{2}}\×100\%,$ 织物的扭曲度为 $S=\frac{\frac{(\mathrm{\α}1+\mathrm{\α}2)}{2}-\frac{(\mathrm{\β}1+\mathrm{\β}2)}{2}}{\frac{\mathrm{\α}1+\mathrm{\α}2}{2}}\×100\%,$ 其中A1-A4四点是处理前四个基准标记的位置，B1-B4是处理后四个基准标记的位置，α1是相邻直线A1A3和A3A4所组成的夹角，α2是相邻直线A1A2和A2A4所组成的夹角，β1和β2是处理后相应的角度。

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