CN103471974A - 一种图像法测定织物理论孔隙率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，特别是涉及一种图像法测定网格状稀疏织物理论孔隙率的方法。本发明利用数字图像处理技术对稀疏织物图像进行分析和处理，得到理论孔隙率指标；本发明利用织物图像的灰度直方图双峰法阈值将灰度图像转换成二值图像，将其对应的二值矩阵中纱线区域的像素设置为1，分别将二值矩阵在经纱方向和纬纱方向投影后分析经纱和纬纱的中心线位置；利用边纱中心位置分析裁剪图像四周区域，使新图像中经纬纱线数量均为整数根，根据二值矩阵投影后波形曲线的分析，获取纱线直径；然后计算经向紧度和纬向紧度，从而得到理论孔隙率指标。本发明实现了客观、准确、快速地计算理论孔隙率指标。

Description

一种图像法测定织物理论孔隙率的方法

技术领域

本发明涉及一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，特别是涉及一种图像法测定网格状稀疏织物理论孔隙率的方法。

背景技术

织物理论孔隙率的传统方法是通过测定经纬密和经纬纱直径计算得到，经纬密的测定通常使用照布镜人工目测10厘米内的纱线数量，在纱线计数时，如遇到半根纱线时根据情况取舍为整数。织物中纱线直径的测量一般是将纱线从织物中拆下来，测量单位长度的克重继而换算成纱线直径。或者将纱线在放大仪器中直接测量直径，这种方法麻烦耗时。图像处理方法中江南大学根据频域变换获取网格圈织物水平和竖直方向的信息，再利用频域反变换得到经纱和纬纱的单独图像，提取纱线直径和纱线间距等信息，判断图像中是否存在散边等疵点，但未涉及孔隙率分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，特别是涉及一种图像法测定网格状稀疏织物理论孔隙率的方法。

本发明的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，采用图像处理方法确定织物经向紧度和纬向紧度，根据公式计算得到织物的总紧度，并计算得到理论孔隙率P_l=1-E；其中，

E=E_j+E_w-0.01×E_j×E_w；

公式中，E是总紧度，E_j是经向紧度，E_w是纬向紧度；所述采用图像处理方法确定织物的经向紧度和纬向紧度的具体步骤为：

（1）图像采集

在织物扫描时，在织物层上方加入一层颜色对比强烈的纸板，经纱方向和图像列向平行，纬纱方向和图像行向平行。为了使纱线和孔隙两者对比明显，在织物层上面放入与纱线颜色对比强烈的黑色或者白色纸板。如织物纱线为浅色系列，在织物层上方加入黑色纸板，如织纱线为深色系列，则放入白色纸板。由于扫描后织物图像孔隙部分表现为纸板的颜色，因此，采用颜色对比强烈的纸板可以使图像中纱线区域和孔隙区域表现为不同亮度的两个灰度范围，在对应的灰度直方图上表现为两个灰度分布峰，颜色对比越强烈，这两个灰度分布峰的距离越大，更有利于图像二值化处理。

（2）图像处理

1）分析织物图像的灰度直方图，由于纱线和孔隙区域分别对应直方图上的两个灰度分布峰，将这两个峰之间的谷底作为阈值，将织物图像转化为二值图像，使纱线区域的像素设置为1，孔隙区域像素设置为0，得到对应的二值矩阵；

2）分别统计二值矩阵每列和每行的和，由于纱线区域像素为1，且经纱方向和图像的列方向一致，因此，每列之和反映了在该列方向上纱线的像素数量，如该列处于经纱的主体部分，该列之和的数值最大，理论上与图像的行数一致，如该列处于孔隙区域，则每列之和的数值要明显小；同理，处于纬纱主体区域的每行之和最大，理论上与图像的列数一致；

3）计算平均值，将所述每列之和除以列数得到列向平均值，同理得到行向平均值；

4）在直角坐标系中，以列数为横坐标，以所统计列向之和为纵坐标，绘制得到列向波形曲线，该波形曲线中的波峰数量反映了经纱数量，波峰位置对应经纱中心位置；以列向平均值为纵坐标，画一条平行于横坐标的直线；

同理，绘制行向波形曲线和直线；

（3）纱线中心线的获取

在经纱主体区域，每列之和理论上为最大值，与图像的行数一致，对应于波形曲线的波峰的顶部，但由于多种原因，波峰顶部会出现一些小的波动，因此，将所述直线和波形曲线每个波峰的两个交点之间的中点的列位置，作为经纱的中心线位置。即过该中点绘制一条平行于纵坐标的直线，其与横坐标的交点的数值对应为图像中经纱中心所在的列位置；

然后在织物图像上，过所述的列位置，绘制平行于列向的直线，即为经纱中心线；

同理，得到纬纱中心线所在的行位置后在织物图像上绘制纬纱中心线；

（4）边纱裁剪

织物中经纬纱是有规律的交织在一起，呈现为周期性，因此，分析的织物区域若为整数个循环数，则分析的数据更为准确。因此，在上述已绘制经纱中心线和纬纱中心线的织物图像上，分别找到图像中列向最左侧的经纱中心线和最右侧的经纱中心线，找到图像中行向最上侧的纬纱中心线和最下侧纬纱中心线，将四条中心线围成的矩形之外的区域去除，即将最左侧半根经纱和最右侧半根经纱计为一根完整的经纱，最上侧半根纬纱和最下侧半根纬纱计为一根完整的纬纱，获得新的织物图像和对应的新的二值矩阵；在新的图像中，经纱和纬纱的数量均为整数根；

（5）经纬纱直径的获取

将经过边纱裁剪后的图像对应的新的二值矩阵，按照步骤（2）中的第2）～4）步在直角坐标中重新绘制波形曲线，在横坐标代表列数的波形曲线中，由于二值矩阵的列向之和对应为二值图像中经纱在每一列列向的像数之和；理论上最大值对应为经纱区域，考虑到经纱直径不匀和可能存在的略微倾斜，取波峰最大值的0.96～0.99倍作为纵坐标值绘制平行于横坐标的直线，与波形曲线每个波峰相交于两点，此两点之间的距离即为经纱直径；

同理，绘制横坐标代表行数的波形曲线，同样获取的两点之间的距离即为纬纱直径；

（6）经向紧度和纬向紧度的计算

根据织物经向紧度的定义：经向紧度为经纱直径与两根经纱间的距离之比的百分率，纬向紧度为纬纱直径与两根纬纱间的距离之比的百分率；分别统计新图像中所有经纱直径之和与图像列数之比和纬纱直径之和与图像行数之比；根据公式计算经向紧度和纬向紧度，

$E_j=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{dj}}_i}{\mathrm{\Σ}{a}_i}=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{dj}}_i}{N},E_w=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{dw}}_j}{\mathrm{\Σ}{b}_j}=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{dw}}_j}{M}$

公式中dj_i为第i根经纱直径，a_i为第i根经纱与其相邻经纱的中心间距，N为裁剪后图像的列数；dw_j为第j根纬纱直径，b_j为第j根纬纱与其相邻纬纱的中心间距，M为裁剪后图像的行数。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，因为其原理是根据织物在经向和纬向的投影来测试的，因此适用的织物为网格状织物，即织物中有明显的经向和纬向的纱线。织物中两根相邻纱线之间存在一定间隙，由于网格圈织物的设计孔隙率一般在20%以上，即紧度小于0.8，因此，适用的织物紧度取E<0.8。

如上所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，所述织物为网格圈织物，对于其他常规的织物，如果紧度小于0.8，也可适用。

如上所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，所述颜色对比强烈是两种颜色在灰度系中对比明显，使得图像中纱线和孔隙区域灰度分布差异较大，便于图像阈值分割。如织物中纱线为浅色系列，在织物层上方加入黑色纸板，使孔隙部分呈现黑色，如织物中纱线为深色系列，则放入白色纸板，使孔隙部分呈现白色。

如上所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，使织物经纱方向和图像列向平行，如有稍微倾斜，经纱方向和图像列向的夹角角度要小于5度，使得纱线投影数据能充分反映纱线直径。

有益效果：

1.通过边纱裁剪使通过图像法计算的织物紧度更客观准确；

2.用二值图像投影法测量纱线直径，即可以不破坏织物、快速得到纱线直径，又可以分析纱线中心线位置，从而可以客观、快速地计算理论孔隙率指标。

附图说明

图1是图像法测定织物理论孔隙率的流程图；

图2是采集得到的织物灰度图像；

图3是织物图像的灰度直方图，在该直方图中，选取双峰之间的谷底作为阈值，将织物灰度图像转换为二值图像；

图4是织物灰度图像阈值分割后得到的二值图像；

图5是二值图像在经纱方向的投影，图中波峰的数量反应了经纱的根数，直线是波形曲线的平均值；直线和每个波峰的两个交点的中点对应的数值即为经纱中心在图像中的列位置；

图6是绘制有四根边纱中心线的织物图像，将四根中心线之外的区域裁剪掉；

图7是裁剪后得到的新的织物图像，比原来织物图像要小一些；

图8是新的织物图像对应的二值图像；

图9是经纱直径，根据投影法获取经纱直径后，用不同粗细的直线代表不同粗细的经纱，在二值图像列向绘制得到；

图10是纬纱直径，根据投影法获取纬纱直径后，用不同粗细的直线代表不同粗细的纬纱，在二值图像行向绘制得到。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明是一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，采用图像处理方法确定织物经向紧度和纬向紧度，根据公式计算得到织物的总紧度，并计算得到理论孔隙率P_l=1-E；其中，

E=E_j+E_w-0.01×E_j×E_w；

公式中，E是总紧度，E_j是经向紧度，E_w是纬向紧度；

$E_j=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dj}}_i}{\mathrm{\&Sigma;}{a}_i}=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dj}}_i}{N},E_w=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dw}}_j}{\mathrm{\&Sigma;}{b}_j}=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dw}}_j}{M}$

公式中dj_i为第i根经纱直径，a_i为第i根经纱与其相邻经纱的中心间距，N为裁剪后图像的列数；dw_j为第j根纬纱直径，b_j为第j根纬纱与其相邻纬纱的中心间距，M为裁剪后图像的行数。

所述采用图像处理方法确定织物理论孔隙率的实施过程根据流程图如图1展开。

使用扫描仪等图像采集设备采集织物时，将织物层平面放置，使织物中经纱方向和图像的列向平行，其中夹角小于5度。在织物层上面放入与纱线颜色对比强烈的黑色或者白色纸板。如织物纱线为浅色系列，在织物层上方加入黑色纸板，如织纱线为深色系列，则放入白色纸板。采集得到的织物灰度图像如图2，图中纱线部分颜色较浅，孔隙区域颜色较深。

分析织物灰度图像的直方图，如图3，取直方图中双峰的谷底作为阈值，将织物灰度图像转换成二值图像，如图4，在二值图像中纱线区域为白色，孔隙区域为黑色，虽然有部分黑色区域并不对应孔隙部分，但整体上对投影曲线影响不大。

在图4对应的二值矩阵中，白色区域像素设置为1，黑色区域像素设置为0，并分别求该矩阵的列向之和和行向之和，图5是列向之和的波形曲线，每个波峰对应一根经纱，可以看出，图5中共有22个波峰，对应了图2中织物的22根经纱。图中的直线为过列向之和的平均值画的直线，该直线与波形曲线每个波峰相交两点的中点对应的横坐标值即为该根经纱中心在图像的列位置数值。同理，在二值矩阵的行向之和的波形曲线上分析得到纬纱的中心线位置。根据每根经纱和纬纱的中心位置，找到图像中的四根边纱中心线，如图6，将这四条直线之外的区域裁减掉，获得裁减后的新图像，如图7，和对应的新的二值图像，如图8。

分析新的二值图像对应矩阵的波形曲线，取波峰数值的0.96-0.99倍作为纵坐标值绘制平行于横坐标的直线，与波形曲线每个波峰相交于两点，此两点之间的距离即为经纱直径。如果纱线倾斜多一些，在0.96-0.99区间中取较小值。同理获得纬纱直径，如图9和图10显示了不同粗细的经纱和纬纱，再根据公式分别计算经向紧度和纬向紧度，最后再根据公式计算理论孔隙率。

Claims (5)

1.一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，其特征是：采用图像处理方法确定织物经向紧度和纬向紧度，根据公式计算得到织物的总紧度，并计算得到理论孔隙率P_l=1-E；其中，

E=E_j+E_w-0.01×E_j×E_w；

公式中，E是总紧度，E_j是经向紧度，E_w是纬向紧度；所述采用图像处理方法确定织物的经向紧度和纬向紧度的具体步骤为：

（1）图像采集

在织物扫描时，在织物层上方加入一层颜色对比强烈的纸板，同时使织物经纱方向和图像列向平行，纬纱方向和图像行向平行，扫描该层织物得到灰度图像；

（2）图像处理

1）获取织物图像的灰度直方图，将直方图双峰之间的谷底作为阈值，将织物灰度图像转化为二值图像，得到对应的二值矩阵；

2）分别统计二值矩阵每列和每行的和；

3）计算平均值，将所述每列的和除以列数得到列向平均值，同理得到行向平均值；

4）在直角坐标系中，以列数为横坐标，以所统计列向之和为纵坐标，绘制得到列向波形曲线；

5）以列向平均值为纵坐标，画一条平行于横坐标的直线；

同理，绘制行向波形曲线和直线；

（3）纱线中心线的获取

在直角坐标系中，取所述直线与所述列向波形曲线的每个波峰的两个交点之间的中点，过该位置画一条平行于纵坐标的直线，其与横坐标的交点的数值对应为图像中经纱中心所在的列数，即为经纱中心线的列位置；

然后在织物灰度图像上，过所述的列位置，绘制平行于列向的直线，即为经纱中心线；

同理，得到纬纱中心线所在的行位置后在网格圈织物图像上绘制纬纱中心线；

（4）边纱裁剪

在上述已绘制经纱中心线和纬纱中心线的织物图像上，找到位于图像四周边界的四条中心线，将该四条线围成的矩形之外的区域去除，获得新的织物灰度图像和对应的新的二值矩阵，使得新图像中经纱和纬纱数量为整数根；

（5）经纬纱直径的获取

将经过边纱裁剪后的图像对应的新的二值矩阵，按照步骤（2）中的第2）～4）步在直角坐标中重新绘制波形曲线，在横坐标代表列数的波形曲线中，取波峰最大值的0.96～0.99倍作为纵坐标值绘出平行于横坐标的直线，与波形曲线每个波峰相交于两点，此两点之间的距离即为经纱直径；

同理，绘制横坐标代表行数的波形曲线，同样获取两点之间的距离即为纬纱直径；

（6）经向紧度和纬向紧度的计算

根据织物经向紧度的定义：经向紧度为经纱直径与两根经纱间的距离之比的百分率，纬向紧度为纬纱直径与两根纬纱间的距离之比的百分率；分别统计新图像中所有经纱直径之和与图像列数之比和纬纱直径之和与图像行数之比；根据公式计算经向紧度和纬向紧度，

$E_j=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dj}}_i}{\mathrm{\&Sigma;}{a}_i}=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dj}}_i}{N},E_w=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dw}}_j}{\mathrm{\&Sigma;}{b}_j}=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{dw}}_j}{M}$

公式中dj_i为第i根经纱直径，a_i为第i根经纱与其相邻经纱的中心间距，N为裁剪后图像的列数；dw_j为第j根纬纱直径，b_j为第j根纬纱与其相邻纬纱的中心间距，M为裁剪后图像的行数。

2.根据权利要求1所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，其特征在于，所述的织物为网格状织物，两根相邻纱线之间存在一定间隙，E<0.8。

3.根据权利要求1所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，其特征在于，所述织物为网格圈织物。

4.根据权利要求1所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，其特征在于，所述颜色对比强烈是两种颜色在灰度系中对比明显。

5.根据权利要求1所述的一种图像法测定织物理论孔隙率的方法，其特征在于，所述使织物经纱方向和图像列向平行是指经纱方向和图像列向的夹角角度小于5度。

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