CN103645190A - 用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒及其装置，其呈空心的半圆柱体密闭结构，包括漫反射弧罩板以及半圆形的固定板，漫反射弧罩板构成半圆柱体的弧面，两块固定板分别构成半圆柱体的两个端面；固定板的对称轴上开有通孔，两个通孔的连线构成纱线通道固定板的对称轴构成一对称平面，扭镜以及LED光源采用镜像对称的结构设于对称平面的两侧，镜头设于对称平面上，单目CCD相机设于镜头的后方并与镜头相连；扭镜设于靠近漫反射弧罩板的一侧，LED光源设于远离漫反射弧罩板的一侧；扭镜、LED光源以及镜头在同一个平面上；纱线通道穿过由扭镜以及LED光源构成的空间，这样通过一个单目CCD相机就可以实现对纱线三维立体外观特征的综合分析。

Description

用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒及其装置

技术领域

本发明涉及纺织纱线测试领域，更具体地说，是涉及一种用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒及其装置。

背景技术

纱线外观参数是决定织物外观、手感和服用性能的重要因素。纱线的外观参数内容主要包括纱线的条干均匀度、棉结、杂质、毛羽以及纱疵等。目前用于纱线条干均匀度以及棉结和杂质检测方法主要有黑板检测和电容式条干均匀度测试仪。黑板检测的主要原理是利用摇黑板将纱线均匀缠绕在黑板机上通过目测检测纱线条干均匀度以及棉结、杂质和毛羽等信息，但缺点是易受人为因素的影响，费时费力。当前公认的电容式条干均匀度测试仪是Uster测试仪，电容式有着取样量大、客观性好等优点，但是不能对纱线中棉结和杂质分别进行定量分析，当不规则截面的纱线通过检测槽时，检测极板的相对位置关系会引起电容量差异，导致检测和计数产生误差。

而在纱线外观参数中，毛羽是影响纱线和纺织品表现、手感和使用性能的重要因素，毛羽的长度和数量直接影响最终纺织品的质量、档次、生产效率以及后道工序的顺利运行。因此对于毛羽的测量和预防控制非常重要。毛羽的测试方法有很多种，按测试的原理分为目测法、重量法、静电法和光电式测量法。但目测法的效率太低、主观性强；重量法无法测量毛羽的数量和长度；静电法易毛羽的形态发生破坏；光电测试法易受到光照条件和系统噪声的影响，不能真实的反映毛羽的状况，而且上述这些仪器构造较复杂，设备昂贵，制约了其在市场上的应用。

随着计算机和图像处理技术的发展，利用光学系统和CCD相机来分析纱线的外观，计量出纱线直径和不匀率、毛羽及颜色等外观信息。计算机视觉分析系统的主要原理是利用镜头将纱线图像聚焦在CCD相机上的感光元件上，发生光电效应，将光学信号转化为模拟信号，并通过图像采集卡采集信号并通过内置的A/D转换器转换成数字信号被输入计算机，通过计算机中的图像处理软件可以对图像进行去噪、阈值分割等处理，可以提取纱线的毛羽、直径、不均率、纱疵以及捻度等信息。目前大部分使用单个相机对纱线的单侧进行摄像，获得的只是纱线单侧图像，由于纱线是三维立体结构，单侧摄像不能完全反映纱线的真实外观面貌，也就无法获得准确的纱线信息，只能获得纱线直径、均匀度等信息，像纱线的整体毛羽信息，纱线的截面大小及纹理信息都无法准确的获得；有部分研究者尝试用两个单目相机从多个角度去捕获纱线的整体信息，但是增加了设备的成本，扩大了仪器的空间大小，现有技术根本不能实现单个相机多角度对纱线的外观进行综合分析。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒及其装置，实现对纱线外观进行可视化、数字化分析的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

根据本发明的第一方面，提供了一种用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒，所述可调节双扭镜盒呈空心的半圆柱体密闭结构，包括横截面呈半圆状的漫反射弧罩板以及两块半圆形的固定板，所述漫反射弧罩板构成半圆柱体的弧面，所述两块固定板分别构成半圆柱体的两个端面；

所述漫反射弧罩板的内侧面为白色或黑色；

所述固定板的对称轴上开有通孔，所述两个通孔的连线构成纱线通道；

所述半圆柱体内包括2个扭镜、2个LED光源、单目CCD相机以及镜头，所述固定板的对称轴构成一对称平面，所述扭镜以及LED光源采用镜像对称的结构设于对称平面的两侧，所述镜头设于对称平面上，所述单目CCD相机设于镜头的后方并与镜头相连；所述扭镜设于靠近漫反射弧罩板的一侧，所述LED光源设于远离漫反射弧罩板的一侧；所述扭镜、LED光源以及镜头在同一个平面上；所述纱线通道穿过由扭镜以及LED光源构成的空间；

所述扭镜的两端分别通过旋转轴穿过固定板，旋转轴的外侧设有旋钮；所述旋转轴与所述纱线通道相平行。

所述固定板的对称轴上还设有导向槽，所述导向槽的一端与通孔相连通，另一端与固定板的外端相连通。

所述扭镜的旋转范围即扭镜与对称平面的夹角在0°到90°，可实现从多个角度获取纱线外观的投影。

所述单目CCD相机为彩色相机。

所述纱线通道位于由扭镜以及LED光源构成的空间的中轴线上。

所述LED光源为LED白色矩阵式背光源。

根据本发明的第二方面，还提供了一种用于纱线外观参数测量的装置，包括依次排列的导纱进孔、引纱装置、导纱轮、本发明的第一方面所述的可调节双扭镜盒、导纱轮、导纱出孔、张力控制装置以及卷绕装置，所述可调节双扭镜盒还通过图像采集卡与计算机相连；

其中，位于可调节双扭镜盒两侧的导纱轮位于同一水平线上。

当纱线通过所述纱线装置被送出，以恒定的速度运行，通过卷绕装置收回。

当纱线运行至所述可调节双扭镜盒中的由扭镜、LED光源、单目CCD相机以及镜头所形成的图像采集区域时，单目CCD相机正对着这一图像采集区域时的纱线中段，可调节双扭镜盒中的镜片被旋转到所需要的角度，使得纱线在反射镜片内形成不同角度的纱线虚像，所有虚像和纱线实像都在CCD靶面交错开排列。

所述单目CCD相机将对面的纱线实像和双扭镜盒中镜片所对应的多角度的纱线虚像传送到图像采集卡，并传输到计算机窗口形成一帧数字图像。

每帧数字图像被输送到计算机中图像处理软件，图像处理软件将图像数据进行分割，并提取出纱线特征数据，并对三幅的纱线特征数据进行组合和统计，分析并计算出纱线外观特征参数。

与现有技术相比，采用本发明的一种用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒及其装置，可以使得在LED光源的照射下，通过一种单目CCD相机获得纱线的立体外观图像；通过旋转扭镜可以同时获得两幅在不同角度下的纱线的虚像，在单目CCD相机中形成两个虚像和一个实像相排列的数字图像，即同时获得三个角度下的纱线外观图像，这三个角度刚好能覆盖纱线的三维的立体角度（360°），能够有效全面的获得纱线的三维立体信息。每帧数字图像被相应的计算机软件处理后通过图像分割、去除背景，即可获得三幅纱线投影图像进行数据分析和测量，从而完成了利用一个单目CCD相机就可以获得纱线外观的三维立体信息，能较精确完整的反映纱线外观参数，有利于在低成本、高可靠性的情况下实现对纱线三维立体外观特征的综合分析。

附图说明

图1为本发明的实施例1的漫反射弧罩板的外观示意图；

图2为本发明的实施例1的固定板的外观示意图；

图3为本发明的实施例1的内部结构示意图；

图4为本发明的实施例1的成像原理示意图；

图5为本发明的实施例2的原理示意图；

图6为本发明的实施例2中的工作流程示意图；

图7为本发明的实施例2中的纱线外观参数提取算法的流程图；

图8为本发明的实施例2中的纱线毛羽特征的计算步骤流程图；

图9为本发明的实施例2的纱线疵点鉴别的前序流程图；

图10为本发明的实施例2的纱线疵点鉴别的后序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

参见图1、图2、图3、图4所示的一种用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒，可调节双扭镜盒呈空心的半圆柱体密闭结构，包括横截面呈半圆状的漫反射弧罩板21以及两块半圆形的固定板19，漫反射弧罩板21构成半圆柱体的弧面，两块固定板19分别构成半圆柱体的两个端面；由于漫反射弧罩板21的横截面呈半圆弧形，漫反射弧罩板21的长度刚好等于两固定板19之间的距离，固定板19和漫反射弧罩板21之间很好的闭合，形成一个密封完整的空间，从而保证光照条件的稳定。漫反射弧罩板21的内表面颜色相当于背景颜色，便于图像处理，本发明中有两个罩板，一个是内表面为白色的罩板，一个为内表面颜色为黑色的罩板，白色罩板为测试白色纱线时使用，黑色罩板为测试彩色纱线时使用。

固定板19的对称轴上开有一个通孔20，两块固定板19上的通孔20的连线构成纱线通道；

半圆柱体内包括2个扭镜13、14、2个LED光源11、12、单目CCD相机16以及镜头15，固定板19的对称轴构成一对称平面，扭镜13、14以及LED光源11、12采用镜像对称的结构设于对称平面的两侧，镜头15设于对称平面上，单目CCD相机16设于镜头15的后方并与镜头15相连；扭镜13、14设于靠近漫反射弧罩板21的一侧，LED光源11、12设于远离漫反射弧罩板21的一侧；扭镜13、14、LED光源11、12以及镜头15在同一个平面上；纱线通道穿过由扭镜13、14以及LED光源11、12构成的空间，较佳地，纱线通道位于由扭镜13、14以及LED光源11、12构成的空间的中轴线上；

扭镜13、14的两端分别通过旋转轴17、18穿过固定板，旋转轴的外侧设有旋钮；旋转轴17、18与纱线通道相平行。

为了便于将纱线10从外部移入纱线通道中，固定板19的对称轴上还设有导向槽24，导向槽24的一端与通孔20相连通，另一端与固定板19的外端相连通。

其中LED光源11、12由LED白色矩阵式背光源构成，扭镜13、14是呈矩形的镜片，由旋转轴17、18控制，旋转轴17、18由固定板19夹持，在旋转轴的一端有一个旋钮，可以通过调节旋钮来控制镜片的旋转，任意调整镜片与水平方向所成的角度，上扭镜13中心与水平方向上的夹角可以在0°到90°之间进行调节，下扭镜14中心与水平方向上的夹角可以在270°到360°之间进行调节，使得镜片可以在多角度方向上获得纱线的图像，其具体成像原理图如附图4所示。

当上、下扭镜位于合适的角度时，LED光源11、12向纱线照射光线时，经漫反射弧罩板21反射部分光线后，单目CCD相机16和扭镜13、14可以获得纱线三个方向的光照，当光照射纱线表面时，反射的光线直接或通过扭镜反射后进入光学成像镜头中，同时在扭镜中形成与真实纱线片段等距的纱线虚像，被反射的光学经光学聚焦后，进入CCD相机中，当光照射到感光元件上，发射光电效应，将产生相对应的电学信号，再经A/D转换器转换成数字信号，传输到计算机中，形成一帧实像和虚像相交替的画面，然后利用软件对每帧图像进行分析和处理，提取出纱线的毛羽、直径、捻度以及拟合出椭圆度等信息。

较佳地，单目CCD相机16为彩色相机，这样可以获取纱线表面的颜色信息，通过计算机软件将从每帧图像上获得的信息再进一步整合和分析，可以从立体的角度有效计算出纱线表面的纹理信息，如表面颜色、椭圆度、捻度等信息，真实客观的反映纱线的三维外观参数特征。

实施例2

参见图5所示一种用于纱线外观参数测量的装置，包括依次排列的导纱进孔1、引纱装置2、导纱轮3、实施例1中的可调节双扭镜盒4、导纱轮5、导纱轮6、导纱出孔7、张力控制装置8以及卷绕装置9，可调节双扭镜盒4还与计算机（图中未示出）相连；

导纱进孔1以及导纱出孔7起控制纱线运动方向的作用；引纱装置2由一对皮带轮组成，主要起控制纱线张力和运动方向的作用，主要由变速电机控制；导纱轮3、5位于同一水平位置，使得纱线能沿直线运动通过双扭镜测试区域；张力控制装置8主要由一对罗拉组成，主要控制纱线的松紧，由变速电机驱动，并能任意开闭合，卷绕装置9有一个卷轮组成，有变速电机带动，其卷绕纱线的作用。单目CCD相机16是图像的成像元件，可实时动态的采集通过测试区域的纱线图像，并将采集到的通过双扭镜测试模块的纱线图像数据传输到计算机，进行图像信号分析和处理。

再参见图6所示本应用装置的工作流程，主要包括：系统初始化：使图像采集卡26，图像处理计算机25，LED光源，CMOS相机均处于工作状态；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恒定的速度进入双扭镜测试模块区域；图像采集：纱线驱动装置和图像采集系统同时运行，采集到纱线片段的三个角度的图像（上扭镜中虚像，中央实像，下扭镜中虚像）；图像分割和处理：将在计算机上呈现的相对应的三幅数字图像进行阈值分割处理，去除纱线的背景，提取纱线的表观特征信息和颜色特征信息，主要包括：直径和毛羽、纱疵、纱线颜色，其算法流程参加图7；特征计算：纱线外观参数（直径、毛羽、纱疵）的具体计算方法，主要包括直径、毛羽、纱疵的计算步骤，分别参见图8、图9和图10.参见图7为纱线外观参数提取算法的流程图，在提取三幅纱线图像的背景后，分两步进行开展，第一步进行颜色的特征提取，将颜色分析软件提取出每幅图像的RGB值，并求出三幅纱线图像的平均值并输出RGB值；第二步，对纱线图像进行二值化处理，选择合适的阈值去除纱线的背景，将纱线的片段图像与背景图像分离出来，再通过计算机扫描连续像素上的个数，拟合出纱线片段的上下轮廓线，并依此进一步计算纱线直径、毛羽和纱疵指标，其计算流程参加图8、图9和图10。

参见图8为纱线毛羽特征的计算步骤，利用图7中拟合出来的纱线轮廓线，去除上下轮廓线之间的像素，即将这段区间的像素点的亮度值赋值为零，保留下来的即为纱线毛羽的图像，先让计算机自左而右的逐点扫描，再自上而下的扫描出连续像素点的个数，将具备连续像素点特征的线段记录为单个纱线毛羽，计算出纱线毛羽的条数。再从左到右，逐条扫描，将每条线段中连续像素点的个数乘以每个像素点对应实际长度的

倍即为单条毛羽的长度,并根据毛羽长度按照1,2,3,4,5,7,8mm的标准将毛羽分成八个区间等级。最后将三幅图像的毛羽数量相加得出每帧图像的毛羽数量以及毛羽的等级分类。

参见图9为纱线疵点的鉴别流程，运用计算机对每帧图像中每幅图像进行扫描，然后利用图7中拟合出来的纱线轮廓线，自左向右，从下而上，计算上下轮廓线之间像素的个数，并计算平均个数，若每幅图像中上下轮廓线之间像素的个数每列中大于上下轮廓线之间像素的个数的2倍，则判断这段区域为纱疵区域，并标记纱疵的个数。

参见图10为纱线疵点的鉴别流程，利用图7中拟合出来的纱线轮廓线，按将每帧图像中每幅图像去除上下轮廓线之间外的像素，即利用将这段区间的像素点的亮度值赋值为零，保留纱线的主干区域，计算机再自左向右，从下而上，计算上下轮廓线之间像素的个数，先按参见图9中流程判断是否有纱疵存在，若存在，则这帧图像不作为计算直径参数的图片，，若判定无纱疵存在，则将上下轮廓线之间像素的个数乘以每个像素所对应的实际长度即为纱线的直径，并将每列的直径相加除以总数计算出纱线直径的平均值。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于纱线外观参数测量的可调节双扭镜盒，其特征在于：

所述可调节双扭镜盒呈空心的半圆柱体密闭结构，包括横截面呈半圆状的漫反射弧罩板以及两块半圆形的固定板，所述漫反射弧罩板构成半圆柱体的弧面，所述两块固定板分别构成半圆柱体的两个端面；

所述漫反射弧罩板的内侧面为白色或黑色；

所述固定板的对称轴上开有通孔，所述两个通孔的连线构成纱线通道；

所述半圆柱体内包括2个扭镜、2个LED光源、单目CCD相机以及镜头，所述固定板的对称轴构成一对称平面，所述扭镜以及LED光源采用镜像对称的结构设于对称平面的两侧，所述镜头设于对称平面上，所述单目CCD相机设于镜头的后方并与镜头相连；所述扭镜设于靠近漫反射弧罩板的一侧，所述LED光源设于远离漫反射弧罩板的一侧；所述扭镜、LED光源以及镜头在同一个平面上；所述纱线通道穿过由扭镜以及LED光源构成的空间；

所述扭镜的两端分别通过旋转轴穿过固定板，旋转轴的外侧设有旋钮；所述旋转轴与所述纱线通道相平行。

2.根据权利要求1所述的可调节双扭镜盒，其特征在于：

所述固定板的对称轴上还设有导向槽，所述导向槽的一端与通孔相连通，另一端与固定板的外端相连通。

3.根据权利要求1所述的可调节双扭镜盒，其特征在于：

所述扭镜的旋转范围即扭镜与对称平面的夹角在0°到90°，实现从多个角度获取纱线外观的投影。

4.根据权利要求1所述的可调节双扭镜盒，其特征在于：

所述单目CCD相机为彩色相机。

5.根据权利要求1所述的可调节双扭镜盒，其特征在于：

所述纱线通道位于由扭镜以及LED光源构成的空间的中轴线上。

6.一种用于纱线外观参数测量的装置，其特征在于：

包括依次排列的导纱进孔、引纱装置、导纱轮、权利要求1-6中任一项所述的可调节双扭镜盒、导纱轮、导纱出孔、张力控制装置以及卷绕装置，所述可调节双扭镜盒还通过图像采集卡与计算机相连；

其中，位于可调节双扭镜盒两侧的导纱轮位于同一水平线上。

7.根据权利要求6所述的用于纱线外观参数测量的装置，其特征在于：

当纱线通过所述纱线装置被送出，以恒定的速度运行，通过卷绕装置收回。

8.根据权利要求6所述的用于纱线外观参数测量的装置，其特征在于：

当纱线运行至所述可调节双扭镜盒中的图像采集区域时，单目CCD相机正对着这一区域纱线中段，可调节双扭镜盒中的镜片被旋转到所需要的角度，使得纱线在反射镜片内形成不同角度的纱线虚像，所有虚像和纱线实像都在CCD靶面交错开排列。

9.根据权利要求6所述的用于纱线外观参数测量的装置，其特征在于：

所述单目CCD相机将对面的纱线实像和双扭镜盒中镜片所对应的多角度的纱线虚像传送到图像采集卡，并传输到计算机窗口形成一帧数字图像。

10.根据权利要求9所述的用于纱线外观参数测量的装置，其特征在于：

所述每帧数字图像被输送到计算机中图像处理软件，图像处理软件将图像数据进行分割，并提取出纱线特征数据，并对三幅的纱线特征数据进行组合和统计，分析并计算出纱线外观特征参数。

Images