CN102253043A - 一种单目ccd多角度纱线外观数字化分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多角度纱线外观数字化分析方法，属于纺织品测试领域。一种单目CCD多角度纱线外观数字化分析方法，其特征在于包括以下步骤：将纱线通过引纱罗拉送出，使纱线以一定速度向前运动；在运动的纱线中段上方垂直设置一台CCD相机，纱线下方相机的对面多角度倾斜设置多个反射镜片，并配合设置光源，使每个反射镜片内形成不同角度的纱线的虚像，所有虚像和纱线实像均在CCD靶面上交错开排列；CCD相机将纱线实像和纱线虚像同时拍摄成一帧数字图像；将该帧图像数据传送给图像处理模块，将成像数据进行分割，并分别进行数据提取，还原为纱线实像数据和纱线虚像数据；根据还原的纱线实像数据和纱线虚像数据分别进行数据测量和分析。

Description

一种单目CCD多角度纱线外观数字化分析方法

技术领域

本发明涉及一种纱线外观多角度数字化分析方法，尤其涉及一种采用单目CCD进行纱线外观多角度数字化分析方法。

背景技术

纱线质量直接关系着织物和服装的外观性能，物理性能和服用性能，在纺织生产中起着举足轻重的作用。纱线的细度，毛羽度和条干均匀度直接影响面料的外观，还影响强力，拉伸性，弹性，耐磨性等物理机械性能。纱线的外观信息(粗细变化、椭圆度、直径不均率等)对全面评价纱线质量、指导制造工艺、预测织物外观效果有着极其重要的意义。

因此，对于纱线质量的检测从纺织行业规模化生产之日起便成为一个产品质量监控的核心问题；围绕着纱线的质量检测，国内外纺织同行开发了很多纱线质量检测仪器。目前常见的三类测试设备包括：纱线条干均匀度仪，强力仪和毛羽仪。纱线的外观质量的检测主要由纱线条干均匀度仪和毛羽仪来完成。纱线条干均匀度的原理和方法分为两种：电容式测量和光电式测量。电容式测量的基本原理是让纱线以一定速度从平行板电容器极板间通过，由于纱线单位长度的质量(线密度)变化而引起电容的介质变化，进而引起电容量的变化，电容量的变化即反映出纱线条干不匀程度；而光电式测量则让纱线以一定的速度从两路正交方向上的光电检测系统内通过，光电传感器将纱线直径信号转化为电信号，电信号的变化即反映出纱线的条干不匀程度。

80年代末至今，电容式测量一直占据着条干均匀度测试设备的主导地位，而相应的测试技术也被乌斯特等少数几家大公司所掌握。Zllweger Uster公司先后运用单片机技术和系统微机技术研制开发了UT-3型、UT-4SX型电容式条干均匀度测试分析仪，检测单元的测试机理与早期产品相同，但在罗拉转速调节牵引系统作了相应的改进；并采用了检测分机+信号分析处理机+打印机的组成结构，用信号分析处理机取代了早期UT-II B型、UT-I B型的控制仪、波谱仪、纱疵仪和记录仪，使整个测试系统的体积缩小了，测试功能大大扩展了。此外，在条干测试之外，又加装了毛羽测量单元，在测试纱样条干不匀的同时可检测纱样毛羽量及其分布频率。

针对国内纺织行业电容式条干仪需求量大的特点，80年代中期，陕西长岭机器厂(陕西长岭纺织机电科技有限公司的前身)、江苏苏州长风机械总厂(苏州长风有限责任公司的前身)在有关科研院所和大专院校的协助下，消化吸收国外同类测试仪器的技术特征，运用数字计算机技术对其进行了国产化，先后研制成功了YG131型、YG133型、YG133A型电容式条干均匀度测试仪，并且在某些技术指标上领先于国外同类产品。90年代中期，瑞士Zllweger Uster公司的UT-3型、UT-4SX型电容式条干均匀度测试分析仪投放我国市场，针对其技术先进、测试功能较为完善的特点，陕西长岭纺织机电科技有限公司、江苏苏州长风有限责任公司、莱州市电子仪器有限公司不断采用新技术和新的计算机平台完善提高国产电容式条干均匀度测试分析仪的综合性能，推出了YG135系列、YG133B/M型和YG137型电容式条干分析仪，到目前为止，国产第三代电容式条干均匀度/毛羽测试分析仪YG136A型也已研制成功。

然而，传统的电容式或者光电式条干均匀度仪，只能得到反映纱线粗细的电容量信号或者光电信号，不能够直接获得纱线的表面外观或者颜色纹理等更直观的信息。在某些情况下，无法更准确更逼真地实现对纱线外观的表征。该方法虽然克服了目光检验法因受人为因素而影响结果准确性这一缺点，但是这种方法受环境影响较大，同一纱线所处环境的温湿度不同将会造成检测结果的较大差异；另外，利用电容式条干仪测得的纱线质量不匀率与织物表面质量的相关性不强，无法可靠地预测布面质量。

随着计算机技术和图像分析技术的发展，研究人员开始运用光学CCD技术(数字图象传感技术)精密检测纱线外观，采用计算机图像数字处理技术计量出纱线直径、椭圆度及不匀率、扭曲度等外观信息，对纱线的外观等级进行评估，并用测量数据模拟纱线黑板，仿真织物效果。计算机视觉分析系统用于纱线质量分析，是将光学和数字成像技术结合，利用小波分析、傅立叶分析等数字图像处理技术，对采集到的纱线图像进行图像处理，得到纱线的外观特征。其具体流程是先对纱线进行图像采集，再经过A/D转换器变为数字量，输入计算机，进行图像平滑、图像分割等预处理，得到清晰的纱线图像，然后进行图像特征提取和识别，最后建立标准样照图像数据库和标准样照的图像分析数据库，以及被测黑板的图像和数据分析数据库，进行评级。美国劳森公司的EIB光电式纱线外观检测分析仪就是利用计算机视觉技术对纱线进行均匀度检测的。该仪器配有一个数字计算机控制的摄像机来记录纱线外观轮廓，精确至0.15mm的疵点也能被检测到，该软件用纱线外观信息产生的图像及统计数据，来衡量纱线疵点对织物外观的影响，可以自动给纱线定级，并且其测试不受相对湿度、温度、颜色和纤维介电系数等因素的影响，与传统黑板评级相比，消除了人为因素的误差，并能利用计算机模拟技术来预测织物外观，帮助优化纱线的最终用途。

综合而言，目前对此领域的研究主要集中在几何形态的测试和表征上，测试方法以电容式、光电式和图像式为主，着重于传统的条干均匀度和毛羽测试，测量模式多以单角度测量为主。然而，纱线体为三维立体结构，单角度测量存在信息丢失，而且现在只对纱线直径进行分析，对于纱线表面的可视化外观和颜色纹理信息的集成表征的研究，尚属于空白，也没有对纱线进行多角度测量，现有技术根本不能实现单个相机多角度对纱线外观的数字化综合分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单目CCD纱线多角度外观数字化分析方法，解决现在无法采用单个相机进行多角度对纱线外观的数字化综合分析的缺陷。

技术方案

一种单目CCD纱线多角度外观数字化分析方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将纱线通过引纱罗拉驱动送出，通过卷绕罗拉回收，使纱线以一定速度向前运动；

(2)在运动的纱线中段上方垂直设置一台CCD相机，正对纱线，纱线下方，相机的对面多角度倾斜设置多个反射镜片组成镜片组，并配合镜片组设置光源，使镜片组的每个反射镜片内分别形成不同角度的纱线的虚像，所有虚像和纱线实像均在CCD靶面上交错开排列；

(3)所述CCD相机将对面的纱线实像和镜片组内的多角度的所有纱线虚像同时拍摄成一帧数字图像；

(4)将步骤3中所述纱线实像和虚像组成一帧的图像数据传送给图像处理模块，所述图像处理模块将成像数据进行分割，并分别进行数据提取，还原为纱线实像数据和分别多个的纱线虚像数据；

(5)根据还原的纱线实像数据和多个的纱线虚像数据分别进行需要的数据测量和分析。

所述多角度设置的镜片组包括以中间纱线为对称，左右两侧分别倾斜设置一个反射镜片，形成了V型镜片组，并配合设置纱线上方的正向光源和纱线下方的背光源，从而在左右两侧的反射镜片内形成中间纱线的左侧虚像和右侧虚像。

所述CCD相机为彩色CCD相机，附带的光学镜头由具有放大倍率的变焦或定焦光学镜片组构成。

所述步骤4后当纱线走过的距离等于或大于有效测试长度时，触发CCD相机进行纱线实像和镜片组内的多角度的纱线虚像的新一帧照片的拍摄，从而得到连续拍摄的纱线图像序列的完整数据进行纱线外观综合分析。

所述步骤4中测量的数据为纱线在多个角度的侧面投影宽度、纱线在多个角度的毛羽量和纱线体的表面颜色，然后根据所述三种测量数据计算得到其他的外观特征参数。

有益效果

本发明的单目CCD纱线外观多角度数字化分析方法通过光源和在单目CCD相机对面设置多角度反射的镜片组，将纱线实像和多角度映射在镜片组的镜片内的纱线虚像同时一起采用单目相机拍摄在一帧相片内，然后通过图像分割将实像和各虚像分割后分别提取出来，再对各图像进行数据测量和分析，从而完成了单目CCD相机对纱线的多角度测量和分析，不仅使测量数据更完整，而且通过如此方法得到的多角度纱线数据可以帮助分析更多的纱线特征，完成对纱线的全面特征的综合分析。

附图说明

图1为本发明的应用装置示意图；

图2为本发明的应用装置的纱线外观多角度成像模块示意图；

图3为本发明的纱线成像原理示意图；

图4为本发明的工作流程示意图。

其中：1-筒子固定架，2-引纱罗拉，3-导纱杆，4-卷绕罗拉，5-上罩板，6-下罩板，7-CCD相机，8-正向光源，9-背光源，10-镜片组，11-图像采集模块，12-数据处理计算机，13-运动串行通讯模块，14-纱线收集箱，15-纱线实像，16-纱线虚像。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

参照附图1所示为应用本发明方法的分析装置，包括：筒子固定架1、导纱杆3、引纱罗拉2、卷绕罗拉4、纱线外观多角度成像模块、图像采集模块11、运动串行通讯模块13、数据处理计算机12、纱线收集箱14。其中，纱线外观多角度成像模块由：上罩板5、下罩板6、彩色CCD相机7、正向光源8、纱线体、背光源9、多个反射镜片合成的镜片组10组成。

筒子固定架1由一个底座、钢杆和弹簧片组成，其作用是固定纱管；导纱杆3的作用为引导纱线进入引纱罗拉2；引纱罗拉2由可控变速电机驱动，其转动速度由运动串行通讯模块13控制。

纱线外观多角度成像模块是应用装置的核心组件，其中彩色CCD相机7是图像的成像元件，可实时动态采集通过测试区域的纱线图像，并将采集到的图像通过图像采集模块11传送到数据处理计算机12，进行图像信号分析和处理。

附图2所示为纱线外观多角度成像模块，采用多角度光照，由一对标准白色D65正向光源8和一个LED白色矩阵式背光源9构成光源，可实现对同一纱线的三个方向的光照；采用V型立体的镜片组10，由左右对称放置的两个反射镜片构成，反射镜片与水平成45度，可分别得到垂直于反射镜表面方向的纱线体的反射图像，实验中发现超过60度时，虚像变模糊。具体成像原理如附图3所示，正向光源8对纱线体实施正向照明，背光源9对纱线体实施背向照明；左侧反射镜得到纱线体的左侧虚像，右侧反射镜得到纱线体的右侧虚像。通过彩色CCD相机7，调整相机的拍摄视野，使得纱线体的正面反射图像和两个侧面虚像同时成像于同一个CCD靶面，实现单目多角度纱线图像的采集。

引纱罗拉2、卷绕罗拉4以及控制纱线运动的运动串行通讯模块13，共同构成纱线的运动控制系统。纱线在某一段时间Δt内走过Δl，Δl小于测试区域的有效测试距离，当走过的距离等于大于有效测试距离时，因此触发彩色CCD相机7拍摄新一帧图像，图像采集模块11实时将图像传输到数据处理计算机12进行特征提取与分析。纱线连续运动，可拍摄连续的纱线图像序列，从而获得走过测试区域的纱线外观特征信息。所述数据处理计算机12包括图像分割模块、图像提取模块和图像分析模块。通过将图像分割、图像增强、边缘提取将纱线实像和虚像分开来，通过彩色相机的颜色校准完成颜色测量，通过图像测量纱线在多个角度的侧面投影宽度、纱线在多个角度的毛羽量、纱线体的表面颜色以及在此三类参数的基础上计算得到的其他外观特征参数，如纱线等效直径，纱线细度，纱线条干不匀率，粗细节个数，花式纱线的变异系数等完成纱线外观的综合分析。

为了保证光照环境的稳定，设计一个可以隔绝自然光的密闭空间容纳试样。密闭空间的实现方式是由上下两个闭合的罩板构成，罩板构成的密闭空间，将纱线外观多角度成像模块包括在内。

本发明方法在应用装置上的工作流程如附图4所示，主要包括：系统初始化：使数据处理计算机12，纱线运动系统，光源，CCD相机7、图像采集模块11均处于工作状态；视频图像的初始化采集：采集初始化图像，用于系统的校准；基准色和比例校准：校准系统的颜色和分辨率；纱线驱动：触发电机使得纱线以一定的速度进入测试区域；图像采集：试样驱动装置和图像采集系统同时运行，拍摄连续的纱线图像，采集得到纱线试样的多角度外观图像序列；纱线图像分割：将纱线图像按照左中右的位置关系，分成左侧虚像，右侧虚像和正面图像；图像分析：分别对三幅子图像进行特征分析，提取每个角度下，纱线的几何特征信息和颜色特征信息，主要包括：投影直径、毛羽系数、纱线颜色；特征参数计算：根据校准的比例和颜色数据，得到纱线多个角度的实际几何尺寸和表面颜色信息组；结果输出：计算得到每个纱线段的特征参数，并进行数据融合，按照采集顺序拼接得到被测纱线的立体外观图，可用于基于真实纱线数据的织物外观模拟。

Claims (5)

1.一种单目多角度CCD纱线外观数字化分析方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将纱线通过引纱罗拉驱动送出，通过卷绕罗拉回收，使纱线以一定速度向前运动；

(2)在运动的纱线中段上方垂直设置一台CCD相机，正对纱线，纱线下方，相机的对面多角度倾斜设置多个反射镜片组成镜片组，并配合镜片组设置光源，使镜片组的每个反射镜片内分别形成不同角度的纱线的虚像，所有虚像和纱线实像均在CCD靶面上交错开排列；

(3)所述CCD相机将对面的纱线实像和镜片组内的多角度的所有纱线虚像同时拍摄成一帧数字图像；

(4)将步骤3中所述纱线实像和虚像组成一帧的图像数据传送给图像处理模块，所述图像处理模块将成像数据进行分割，并分别进行数据提取，还原为纱线实像数据和分别多个的纱线虚像数据；

(5)根据还原的纱线实像数据和多个的纱线虚像数据分别进行需要的数据测量和分析。

2.如权利要求1所述的单目多角度CCD纱线外观数字化分析方法，其特征在于：所述多角度设置的镜片组包括以中间纱线为对称，左右两侧分别倾斜设置一个反射镜片，形成了V型镜片组，并配合设置纱线上方的正向光源和纱线下方的背光源，从而在左右两侧的反射镜片内形成中间纱线的左侧虚像和右侧虚像。

3.如权利要求1或2所述的单目多角度CCD纱线外观数字化分析方法，其特征在于：所述CCD相机为彩色CCD相机，附带的光学镜头由具有放大倍率的变焦或定焦光学镜片组构成。

4.如权利要求1或2所述的单目多角度CCD纱线外观数字化分析方法，其特征在于：所述步骤4后当纱线走过的距离等于或大于有效测试长度时，触发CCD相机进行纱线实像和镜片组内的多角度的纱线虚像的新一帧照片的拍摄，从而得到连续拍摄的纱线图像序列的完整数据进行纱线外观综合分析。

5.如权利要求1或2所述的单目多角度CCD纱线外观数字化分析方法，其特征在于：所述步骤4中测量的数据为纱线在多个角度的侧面投影宽度、纱线在多个角度的毛羽量和纱线体的表面颜色，然后根据所述三种测量数据计算得到其他的外观特征参数。

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