CN102007368A - 纱线的计测装置、计测程序及计测方法 - Google Patents

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Abstract

拍摄纱线的数字图像，沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像。通过滤波器根据二维傅里叶变换图像截取与纱线主体对应的低频成分，进行二维傅里叶逆变换而输出纱线主体的图像，根据纱线主体的图像求出纱线直径。能够通过数码相机、扫描设备等简单且正确地求出纱线直径。

Description

纱线的计测装置、计测程序及计测方法
技术领域
本发明涉及纱线的计测，特别是涉及纱线粗细及毛羽量的计测。
背景技术
申请人提出过纱线直径的测定装置(专利文献1：JP2005-15958A)。该装置中，通过扫描设备等获取纱线的图像，在纱线主体与毛羽之间设置边界线，求取纱线主体的粗细。其问题是边界线的划线方法留下了不明确之处。
除此之外，(专利文献2：JP3611140B)公开了利用光学傅里叶变换的纱线直径及毛羽量的测定装置。专利文献2中，向纱线照射激光，通过透镜使衍射光集中，在焦点面生成光谱面。在光谱面上产生衍射光的傅里叶变换图像，并设置使低频的纱线主体图像透射的狭缝和使高频的毛羽图像透射的狭缝。然后通过透镜实施傅里叶逆变换后，就得到纱线主体的图像和毛羽的图像。但是专利文献2中，需要激光光源、透镜、狭缝等硬件，而且如果这些部件不能相对于纱线正确地对位，则不能进行测定。由于毛羽和纱线主体的分离通过狭缝进行，因此需要根据纱线直径准备多个狭缝，而由于对于半透明的纱线其衍射图像较浅，因此测定较难。
专利文献1：JP2005-15958A
专利文献2：JP3611140B
发明内容
本发明的课题是，能够使用数码相机、扫描设备等通常的拍摄装置正确地求出纱线直径。
本发明中追加的课题是，能够正确地求出毛羽量。
本发明中追加的课题是，生成模拟用的纱线模型。
本发明的纱线的计测装置，包括：拍摄装置，拍摄纱线的数字图像；变换单元，用于通过数字信号处理求出所述数字图像的傅里叶变换数据或自相关函数数据；以及纱线特性计算单元，用于根据通过变换单元求出的数据求出所述纱线的纱线直径或毛羽量。
优选的是，所述变换单元是将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像的二维傅里叶变换单元，
所述纱线特性计算单元包括：滤波器，从二维傅里叶变换图像截取与纱线主体对应的低频成分；傅里叶逆变换单元，对通过滤波器截取的低频成分进行二维傅里叶逆变换而输出纱线主体的图像；以及纱线直径计算单元，用于根据输出的纱线主体的图像求出纱线直径。
优选的是，所述变换单元是将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像的二维傅里叶变换单元，
所述纱线特性计算单元包括：滤波器，从二维傅里叶变换图像截取与毛羽对应的高频成分；傅里叶逆变换单元，对通过滤波器截取的高频成分进行二维傅里叶逆变换而输出毛羽的图像；以及毛羽量测定单元，用于根据输出的毛羽的图像求出毛羽量。
此外优选的是，还设有：用于通过求出的纱线直径和纱线的纹理生成所述纱线的三维模型的单元；以及用于使用纱线的三维模型来模拟使用了所述纱线的编织物的模拟单元。
优选的是，还设有滤波器生成单元，用于根据所述二维傅里叶变换图像中的与纱线主体对应的低频成分的峰值的波形生成所述滤波器。
优选的是，纱线特性计算单元根据所述傅里叶变换数据的低频侧峰值的宽度求出纱线直径。
本发明的纱线的计测程序，使计算机执行下述步骤：
变换步骤，用于通过数字信号处理求出拍摄到的纱线的数字图像的傅里叶变换数据或自相关函数数据；以及
纱线特性计算步骤，用于根据在所述变换步骤中求出的数据求出所述纱线的纱线直径或毛羽量。
优选的是，在变换步骤中，将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像，
在所述纱线特性计算步骤中，通过滤波器从二维傅里叶变换图像截取与纱线主体对应的低频成分，对截取出的低频成分进行二维傅里叶逆变换而输出纱线主体的图像，根据输出的纱线主体的图像求出纱线直径。
此外优选的是，在纱线特性计算步骤中，根据所述傅里叶变换数据的低频侧峰值的宽度求出纱线直径。
本发明还提供一种纱线的计测方法，包括如下步骤：
用于通过拍摄装置拍摄纱线的数字图像的步骤；
变换步骤，用于通过数字信号处理求出拍摄到的纱线的数字图像的傅里叶变换数据或自相关函数数据；以及
纱线特性计算步骤，用于根据在所述变换步骤中求出的数据求出所述纱线的纱线直径或毛羽量。
优选的是，在所述变换步骤中，将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像，
在所述纱线特性计算步骤中，通过低通滤波器从二维傅里叶变换图像截取与纱线主体对应的低频成分，对截取出的低频成分进行二维傅里叶逆变换，由此输出纱线主体的图像，根据输出的纱线主体的图像求出纱线直径。
此外优选的是，在纱线特性计算步骤中，根据所述傅里叶变换数据的低频侧峰值的宽度求出纱线直径。
本说明书中，有关纱线的计测装置的记载也直接适用于纱线的计测程序及计测方法，有关纱线的计测程序的记载也适用于纱线的计测装置。
发明效果
本发明中，将纱线的数字图像变换为傅里叶变换数据或自相关函数数据。纱线的傅里叶变换数据包含与纱线直径、毛羽量对应的数据，由此求出纱线直径。此外自相关函数数据中的相关宽度与纱线直径对应，相关距离极短的信号的强度与毛羽量对应。因此在本发明中，若通过数码相机等取得纱线的数字图像，则仅通过数字信号处理就能够求出纱线直径及毛羽量，不需要特别的光学系统。而且，即使对于半透明的纱线，如果能够拍摄数字图像，则也能够求出纱线直径及毛羽量。此外不需要纱线主体和毛羽的边界之类的微细的数据。
此处对纱线的数字图像进行二维傅里叶变换，通过滤波器截取低频成分，并进行傅里叶逆变换后，就得到仅纱线主体的图像。然后求出纱线主体的图像的宽度后，就可以可靠地求出纱线直径。
通过滤波器从二维傅里叶变换数据截取高频成分，并进行傅里叶逆变换后，就能够求出仅毛羽的图像，由此能够求出毛羽量。
而通过求出的纱线直径和纱线的纹理，生成纱线的三维模型，将其用于编织物的模拟后，就能够正确地模拟编织物。
纱线的二维傅里叶变换数据中，与纱线主体对应的峰值出现在低频侧。因此能够根据该峰值波形自动生成用于分离纱线主体和毛羽的滤波器。
附图说明
图1是实施例的纱线的计测装置的框图；
图2是表示实施例中的对于纱线图像基于二维傅里叶变换进行的处理的图；
图3是表示实施例中的对于纱线图像基于一维傅里叶变换进行的处理的图；
图4是表示实施例中的滤波器的生成的图；
图5是表示试验例中使用的纱线图像的图；
图6是表示图5的二维傅里叶变换数据的图；
图7是表示根据图5的数据通过二维傅里叶逆变换得到的纱线主体图像的图；
图8是表示根据图5的数据通过二维傅里叶逆变换和二值化得到的毛羽图像的图；
图9是实施例的纱线的计测程序的框图；
图10是表示将实施例应用于纱线直径的管理中的例子的框图。
标号说明
2计测装置  4总线  6数码相机  8彩色监视器
10键盘  12彩色打印机  14鼠标
16网络接口 18～22图像存储器
24傅里叶变换部 25傅里叶变换图像存储部
26滤波器生成部 27二值化部 28计数器
30程序存储器   32纱线模型生成部 34模拟部
36编织数据存储部 40，41纱线主体图像 42，43毛羽图像
44纱线主体区域 46毛羽区域 48中间区域
50、51滤波器 52、53纱线主体图像 54、55毛羽图像
56纱线主体区域 58毛羽区域 59、60滤波器
80纱线的计测程序 81二维傅里叶变换指令
82滤波指令 83二维傅里叶逆变换指令
84二值化指令 85计数指令 90纱线 91、92辊
94存储装置
具体实施方式
以下展示用于实施本发明的最优实施例。
实施例
图1～图10中，表示了实施例的纱线的计测装置2和纱线的计测程序80。图1中，4是总线，6是彩色数码相机，也可以是彩色扫描设备等，8是彩色监视器，10是键盘，12是彩色打印机，14是鼠标。也可以代替鼠标14而使用轨迹球、操纵杆、记录针等。16是网络接口，输入输出各种程序、数据等，18～22是图像存储器。其中，图像存储器18存储由数码相机6拍摄的纱线的彩色图像，图像存储器20存储通过傅里叶变换从纱线的图像分离出的纱线主体的图像，图像存储器22存储通过傅里叶变换从纱线的图像分离出的毛羽的图像。
傅里叶变换部24将纱线的彩色图像变换为二维傅里叶变换图像。作为变换前的前处理，傅里叶变换部24将彩色图像例如变换为亮度的图像，也可以代替二维傅里叶变换而采用一维傅里叶变换。此外在像混色纱线那样纱线的颜色特别重要的情况下，也可以例如对RGB的各成分逐一实施二维傅里叶变换。纱线的傅里叶变换图像存储在傅里叶变换图像存储部25中。傅里叶变换部24也进行二维傅里叶逆变换，对通过滤波器处理后的图像进行二维傅里叶逆变换，生成纱线主体的图像和毛羽的图像。滤波器生成部26生成用于从傅里叶变换图像分离纱线主体和毛羽的滤波器。二值化部27对傅里叶逆变换后的图像进行二值化，特别是将毛羽图像二值化。计数器28对于毛羽的图像及纱线主体的图像对像素数进行计数，对于纱线主体求出纱线直径、纱线直径的分布或变动图案，对于毛羽求出毛羽量等。
程序存储器30存储纱线的计测程序80等，纱线模型生成部32使用通过计数器28求出的纱线直径以及图像存储器18中存储的纱线纹理，生成纱线的三维模型。模拟部34使用生成的纱线模型，对于由编织数据存储部36存储的编织数据以表现针织服装的各个线圈的方式进行模拟。
图2表示实施例中的处理的概要。设纱线的短边方向为x方向，长边方向为y方向。通过数码相机6得到的图像包含纱线主体图像40和毛羽图像42，在图像40、42的中间包含纱线主体和毛羽混杂的图像。对该图像实施二维傅里叶变换后的二维傅里叶变换图像中，纱线主体区域44包含在低频区域中，高频区域中包含毛羽区域46，在其之间包含中间区域48。以下，ω表示沿x方向的频率，φ表示沿y方向的频率。此外进行傅里叶变换的频率的范围根据毛羽区域46的高频侧的端部确定。傅里叶变换数据具有实数成分和虚数成分两部分，但也可以取而代之使用功率谱。例如设实数成分为Re(ω)、虚数成分为I(ω)时，功率谱P(ω)由(Re2(ω)+I2(ω))1/2赋值。
对于二维傅里叶变换图像，利用仅使纱线主体区域44通过的滤波器50取出与纱线主体对应的频率成分，并进行二维傅里叶逆变换后，得到纱线主体图像41。同样地，应用仅使毛羽区域46通过的滤波器51，并实施二维傅里叶逆变换后，得到毛羽图像43、43。并且滤波器50例如仅使沿ω方向的低频成分通过，滤波器51仅使沿ω方向的高频成分通过。利用滤波器50通过的频率的宽度越窄，则得到的纱线主体图像41越平滑，相反，如果使利用滤波器50通过的成分的宽度较宽，则能够将纱线主体的微细的凹凸、扭转等反映在纱线主体图像41中。实施例中在利用滤波器50通过的频率的两端与利用滤波器51截去的频率的两端之间设置间隙，除去中间区域48的频率成分。但是也可以不除去中间区域48，使利用滤波器50截去的频率的外侧全部在滤波器51中通过。
接着，对于纱线主体41，若沿x方向对宽度进行计数，则能够求出纱线直径。或对与纱线主体对应的像素的总数进行计数，并除以纱线主体的长度方向的像素数后，就能够求出纱线直径。此外若在各种位置求出纱线直径，并求出其平均值和分散、异常值等，则能够求出扭转或疙瘩等导致的纱线直径的变动程度。毛羽图像43一般为较浅的图像，因此例如通过二值化而将毛羽和背景分离，并对与毛羽对应的像素数进行计数后，就能够求出毛羽量。为了求出毛羽量，既可以对与毛羽对应的像素的总数进行计数，也可以在沿x方向的多条线上对与毛羽对应的像素数进行计数。此外通过未图示的参照表等在每个频率将与毛羽对应的高频侧的傅里叶变换成分变换为毛羽量，并相对于频率进行加法计算，则也能够求出毛羽量。
实施例中采用二维傅里叶变换，但也可以采用一维傅里叶变换。对于一维傅里叶变换的情况，由于没有图2的y方向的处理，因而容易理解。图3的52是纱线主体图像，在其周围存在毛羽图像54。将其沿纱线的宽度方向进行一维傅里叶变换后，就得到纱线主体区域56和毛羽区域58。接着利用滤波器59截取与纱线主体对应的频率成分，利用滤波器60截取与毛羽对应的高频成分。然后实施傅里叶逆变换后，就得到纱线主体图像53和毛羽图像55。另外图3中虽然设定了矩形状的滤波器，但也可以采用使透过率平滑变化的滤波器。
图4表示滤波器的生成。纱线主体的图像在频率0的附近具有峰值，峰值宽度与纱线直径对应。根据傅里叶变换中的纱线主体区域56的峰值形状确定滤波器59、60的频带。例如求出纱线主体区域56的峰值的半值宽度α，将其与第一系数相乘，得到用于截取纱线主体区域56的带宽β。此外同样地将其与第二系数相乘，则得到用于截取毛羽区域58的第二带宽γ。带宽β用作低通滤波器，带宽γ用作高通滤波器。除此以外，通过使用纱线主体区域56和毛羽区域58之间的过零点，或通过外推纱线主体区域56中的峰值的线并使用过零的点等，能够求出取代半值宽度α的值。另外将纱线主体的数字图像用宽度D的矩形表示时，其傅里叶变换大致变为sinc(f·D)，此处sinc(x)由sin(x)/x赋值。若图4中可得知纱线主体的峰值宽度，则求出D、即纱线直径，不进行傅里叶逆变换也能够求出纱线直径。图4的数据是一维傅里叶变换数据，但也可以根据二维傅里叶变换数据中的ω为0附近的低频侧峰值的ω方向的峰值宽度求出纱线直径。此外也可以沿φ方向使二维傅里叶变换数据平滑化或进行加法计算，作为图4的一维傅里叶变换数据。
图5～图8表示纱线图像的处理结果。图5是通过数码相机拍摄的纱线图像，图6是对其进行二维傅里叶变换后的图像。另外图6中以ω和φ表示轴的方向。图7表示利用滤波器处理图6的图像而仅截取低频侧的纱线主体区域，并对其进行二维傅里叶逆变换后的图像，这是使纱线主体的表面平滑化后的图像。该图像充分清晰，能够算出纱线直径。另外也可以对图7的图像实施二值化后算出纱线直径。图8的图像是对图6的图像应用滤波器来提取毛羽区域的频率成分，并在对其进行二维傅里叶逆变换后进行二值化后的毛羽的图像。另外毛羽图像与纱线的主体图像相比较暗，使二值化的阈值对于毛羽比纱线主体低。然后，若对图8的白色像素数进行计数，则能够求出毛羽量。
确定纱线主体的直径后，就能够生成纱线模型。纱线模型能够以例如4棱柱、6棱柱等的柱体表示，将其表面分割成多边形，沿多边形的边使纱线模型弯曲，形成线圈。确定纱线直径后就确定了4棱柱、6棱柱的直径，因此就得到了纱线表面的多边形。纱线的纹理通过数码相机进行拍摄即可，因此对其进行纹理映射。
图9表示纱线的计测程序80。二维傅里叶变换指令81对于纱线的数字图像进行二维傅里叶变换。滤波指令82从傅里叶变换后的图像生成滤波器，并生成用于截取纱线主体的滤波器和用于截取毛羽的滤波器。二维傅里叶逆变换指令83对滤波后的傅里叶变换数据进行傅里叶逆变换，分离为纱线主体图像和毛羽图像。二值化指令84对于这些图像实施二值化，如上所述对于纱线主体图像也可以省略二值化。计数指令85通过对与纱线主体图像、毛羽图像中的纱线对应的像素数进行计数等，对纱线直径、毛羽量进行计数。此外对于傅里叶变换和傅里叶逆变换，处理的内容是通用的，能够使它们的处理大部分通用化。
图10表示应用于纱线的品质管理的应用例。90是纱线，91、92是给纱用的辊，通过数码相机6对纱线的图像进行拍摄。为了得到正确的图像，优选在拍摄时使辊91、92停止而拍摄静止图像。对于拍摄到的图像通过计测装置2例如求出纱线直径，将纱线直径存储于存储装置94。然后根据求出的纱线直径的分散、异常值的有无等，对纱线90进行品质管理。也可以通过计测装置2测定毛羽量，将其也存储于存储装置94，同样地对毛羽量进行品质管理。
在实施例中可以得到以下的效果。
(1)仅需要数码相机6作为信号处理前的硬件。而且能够通过数码相机6拍摄纱线的图像即可，不需要正确的调整等。
(2)能够根据与纱线主体对应的低频侧的峰值形状自动生成用于截取纱线主体的滤波器和用于截取毛羽的滤波器。因此对于细的纱线和粗的纱线均能够容易地处理。
(3)由于不使用衍射光，因此即使对于半透明的纱线，也能够测定纱线直径及毛羽量。
实施例中展示了傅里叶变换，但众所周知，傅里叶变换与自相关函数具有类似的性质。即代替实施例中的频率而使用自相关函数中的相关距离，也能够进行完全相同的处理。例如纱线直径D是自相关函数中的相关宽度，例如一维自相关函数中的长侧的相关峰值是纱线直径。此外在自相关函数中相关距离为0和极短的成分的强度表示毛羽量。

Claims (12)

1.一种纱线的计测装置，包括：拍摄装置，拍摄纱线的数字图像；变换单元，用于通过数字信号处理求出所述数字图像的傅里叶变换数据或自相关函数数据；以及纱线特性计算单元，用于根据通过变换单元求出的数据求出所述纱线的纱线直径或毛羽量。
2.根据权利要求1所述的纱线的计测装置，其特征在于，
所述变换单元是将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像的二维傅里叶变换单元，
所述纱线特性计算单元包括：滤波器，从二维傅里叶变换图像截取与纱线主体对应的低频成分；傅里叶逆变换单元，对通过滤波器截取的低频成分进行二维傅里叶逆变换而输出纱线主体的图像；以及纱线直径计算单元，用于根据输出的纱线主体的图像求出纱线直径。
3.根据权利要求1或2所述的纱线的计测装置，其特征在于，
所述变换单元是将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像的二维傅里叶变换单元，
所述纱线特性计算单元包括：滤波器，从二维傅里叶变换图像截取与毛羽对应的高频成分；傅里叶逆变换单元，对通过滤波器截取的高频成分进行二维傅里叶逆变换而输出毛羽的图像；以及毛羽量测定单元，用于根据输出的毛羽的图像求出毛羽量。
4.根据权利要求2所述的纱线的计测装置，其特征在于，还设有：用于通过求出的纱线直径和纱线的纹理生成所述纱线的三维模型的单元；以及用于使用纱线的三维模型来模拟使用了所述纱线的编织物的模拟单元。
5.根据权利要求2所述的纱线的计测装置，其特征在于，还设有滤波器生成单元，用于根据所述二维傅里叶变换图像中的与纱线主体对应的低频成分的峰值的波形生成所述滤波器。
6.根据权利要求1所述的纱线的计测装置，其特征在于，纱线特性计算单元根据所述傅里叶变换数据的低频侧峰值的宽度求出纱线直径。
7.一种纱线的计测程序，用于纱线的计测，使计算机执行下述步骤：
变换步骤，用于通过数字信号处理求出拍摄到的纱线的数字图像的傅里叶变换数据或自相关函数数据；以及
纱线特性计算步骤，用于根据在所述变换步骤中求出的数据求出所述纱线的纱线直径或毛羽量。
8.根据权利要求7所述的纱线的计测程序，其特征在于，
在所述变换步骤中，将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像，
在所述纱线特性计算步骤中，通过滤波器从二维傅里叶变换图像截取与纱线主体对应的低频成分，对截取出的低频成分进行二维傅里叶逆变换而输出纱线主体的图像，根据输出的纱线主体的图像求出纱线直径。
9.根据权利要求7所述的纱线的计测程序，其特征在于，在纱线特性计算步骤中，根据所述傅里叶变换数据的低频侧峰值的宽度求出纱线直径。
10.一种纱线的计测方法，包括如下步骤：
用于通过拍摄装置拍摄纱线的数字图像的步骤；
变换步骤，用于通过数字信号处理求出拍摄到的纱线的数字图像的傅里叶变换数据或自相关函数数据；以及
纱线特性计算步骤，用于根据在所述变换步骤中求出的数据求出所述纱线的纱线直径或毛羽量。
11.根据权利要求10所述的纱线的计测方法，其特征在于，
在所述变换步骤中，将所述数字图像沿纱线的宽度方向和长边方向变换为二维傅里叶变换图像，
在所述纱线特性计算步骤中，通过低通滤波器从二维傅里叶变换图像截取与纱线主体对应的低频成分，对截取出的低频成分进行二维傅里叶逆变换，由此输出纱线主体的图像，根据输出的纱线主体的图像求出纱线直径。
12.根据权利要求10所述的纱线的计测方法，其特征在于，在纱线特性计算步骤中，根据所述傅里叶变换数据的低频侧峰值的宽度求出纱线直径。
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