CN104532423B - 一种基于图像识别的纱线质量测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像识别的纱线质量测控系统，包括存储设备、图像采集设备、图像检测设备和主控制器，存储设备用于存储纱线的直径基准范围和最大波动差值，图像采集设备用于拍摄纺纱机的纱线图像，图像检测设备与图像采集设备连接，基于纱线图像识别出纱线的预定单位长度内的直径均值和直径波动差值，主控制器与图像检测设备与存储设备分别连接，基于直径均值和直径基准范围的比较结果以及直径波动差值和最大波动差值的比较结果，确定是否向纺纱机发送疵点切除信号。通过本发明，能够自行灵活设定纺纱机的出纱质量，并提高纱线质量测控的效率。

Description

一种基于图像识别的纱线质量测控方法

技术领域

本发明涉及纱线测控领域，尤其涉及一种基于图像识别的纱线质量测控方法。

背景技术

纱线是制造纺织成品的重要工业原料。纺织成品能够满足人们衣食住行中的穿衣保暖需求，随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对纺织成品的要求也水涨船高，不仅仅需要保暖，而且需要样式多样、衣料质量可靠贴身，因而，纺织厂商为了在激烈的竞争中获得一席之地，不得不努力提高纺织成品的质量，其中，纱线的质量控制是纺织成品质量控制的第一道控制工序。

现有技术中的纱线质量控制手段，多采用独立的光电式电子清纱器或电容式电子清纱器进行检测，然后出现疵点的纱线进行切除，但是这样的测控方式不够灵活，无法实时定制纺织厂商需要的不同的纱线质量，同时，光电式电子清纱器或电容式电子清纱器由于采用的检测机制精度不高，限制了纱线的检测精度。

因此，需要一种基于图像识别的纱线质量测控方法，一方面，能够灵活定制纱线质量，另一方面，能够抛弃原有的光电式或电容式检测手段，采用精度更高的检测手段进行纱线质量检测，为纱线疵点的切除提供更有价值的参考数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于图像识别的纱线质量测控方法，改造现有的光电式或电容式测控模式，采用高效的图像采集和识别技术进行疵点检测，同时，提供用户接口以定制纱线质量等级，而且，能够将当前纱线疵点的具体情况及时进行当地和远程提示。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像识别的纱线质量测控方法，该方法包括下列步骤：1)提供一种基于图像识别的纱线质量测控系统，所述系统包括存储设备、图像采集设备、图像检测设备和主控制器，所述存储设备用于存储纱线的直径基准范围和最大波动差值，所述图像采集设备用于拍摄纺纱机的纱线图像，所述图像检测设备与所述图像采集设备连接，基于所述纱线图像识别出纱线的预定单位长度内的直径均值和直径波动差值，所述主控制器与所述图像检测设备与所述存储设备分别连接，基于所述直径均值和所述直径基准范围的比较结果以及所述直径波动差值和所述最大波动差值的比较结果，确定是否向所述纺纱机发送疵点切除信号；2)运行所述系统。

更具体地，在所述基于图像识别的纱线质量测控系统中，还包括：电源变压设备，与市电输入端连接，以将市电电压转换为所述系统需要的工作电压；稳压设备，与所述电源变压设备连接，以为所述系统提供稳定的工作电压；用户输入设备，用于根据用户的操作以设置纱线的质量等级，用户输入设备还用于输入预热信号和启动信号；定时设备，为所述系统提供20秒的定时信号；纱线传速测量设备，与纺纱机的卷绕纱线的驱动滚筒连接，基于所述驱动滚筒的转速计算纱线的纵向传动速度；无线收发接口，用于将纱线过粗信号、纱线过细信号或纱线不均信号无线发送给远端的纺织车间管理平台；所述存储设备与所述用户输入设备连接，所述存储设备预先存储了质量等级波动差值对照表，根据在所述质量等级波动差值对照表中寻找与接收到的纱线的质量等级匹配的波动差值作为最大波动差值，在所述质量等级波动差值对照表中，质量等级越高，波动差值越小，所述存储设备还预先存储了纱线上限灰度阈值和纱线下限灰度阈值，所述纱线上限灰度阈值和所述纱线下限灰度阈值用于将图像中的纱线和背景分离，所述存储设备还与所述主控制器连接，用于存储所述直径基准范围，所述直径基准范围包括直径基准上限和直径基准下限；所述图像采集设备与所述纱线传速测量设备连接，基于预定单位长度和纵向传动速度计算拍摄间隔时间，基于所述拍摄间隔时间实时拍摄纱线图像；所述图像检测设备包括对比度增强单元、灰度化处理单元、中值滤波单元、纱线分割单元和数量统计单元，所述对比度增强单元与所述图像采集设备连接，以对所述纱线图像执行对比度增强处理，输出增强图像，所述灰度化处理单元与所述对比度增强单元连接，灰度化处理所述增强图像以输出灰度化图像，所述中值滤波单元与所述灰度化处理单元连接，以对所述灰度化图像执行中值滤波以输出滤波图像，所述纱线分割单元与所述存储设备和所述中值滤波单元分别连接，以将所述滤波图像中灰度值在所述纱线上限灰度阈值和所述纱线下限灰度阈值之间的像素识别并组成纱线子图像，所述数量统计单元与所述纱线分割单元连接，测量所述纱线子图像中纱线的预定单位长度内的直径均值和直径波动差值；所述主控制器与所述用户输入设备、所述存储设备、所述定时设备和所述图像检测设备分别连接，当接收到所述预热信号时，进入预热模式，当接收到所述启动信号时，进入启动模式；其中，在所述主控制器的预热模式中，所述主控制器启动所述定时设备开始计时，将从所述图像检测设备处接收到的20秒内的多个预定单位长度内的直径均值进一步求均值以获得累计均值，将所述累计均值上下浮动10％以分别作为所述直径基准上限和所述直径基准下限，并将所述直径基准上限和所述直径基准下限存储到所述存储设备；在所述主控制器的预热模式中，所述主控制器执行以下操作：当所述直径均值超出所述直径基准上限时，发出疵点切除信号和纱线过粗信号，当所述直径均值低于所述直径基准上限时，发出疵点切除信号和纱线过细信号，当所述直径均值在所述直径基准范围内且所述直径波动差值大于等于所述最大波动差值时，发出疵点切除信号和纱线不均信号，所述直径均值在所述直径基准范围内且所述直径波动差值小于所述最大波动差值时，发出质量可靠信号；用户输入设备先输入预热信号，后输入启动信号。

更具体地，在所述基于图像识别的纱线质量测控系统中，还包括：双声道扬声器，与所述主控制器连接，以输出与所述纱线过粗信号、所述纱线过细信号或所述纱线不均信号分别对应的语音文件。

更具体地，在所述基于图像识别的纱线质量测控系统中，所述对比度增强单元、所述灰度化处理单元、所述中值滤波单元、所述纱线分割单元和所述数量统计单元分别采用独立的FPGA芯片来实现。

更具体地，在所述基于图像识别的纱线质量测控系统中，所述用户输入设备为键盘或触摸屏。

更具体地，在所述基于图像识别的纱线质量测控系统中，将所述对比度增强单元、所述灰度化处理单元、所述中值滤波单元、所述纱线分割单元和所述数量统计单元集成在一块FPGA芯片中。

更具体地，在所述基于图像识别的纱线质量测控系统中，将所述图像采集设备垂直于纱线的纵向传动方向来放置。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像识别的纱线质量测控系统的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于图像识别的纱线质量测控系统的实施方案进行详细说明。

早在原始社会时期，古人为了适应气候的变化，已懂得就地取材，利用自然资源作为纺织和印染的原料，以及制造简单的纺织工具。直至今天，我们日常的衣、某些生活用品和艺术品都是纺织和印染技术的产物。只是在经济高度发达的现代社会，人们已经不满足于穿暖和遮他这些对纺织品的基本要求，而对纺织品的质量日趋苛刻和严厉。

为了提高纺织品的质量，必须对纺织品的各个制造阶段进行质量监控，尤其是纱线阶段，纱线阶段质量做的好，就能从源头上把握整个纺织品制造环节的水平和档次，纱线阶段质量如果做的差，纺织品的质量就缺乏可控性。

纱线，指的是用各种纺织纤维加工成一定细度的产品，用于织布、制绳、制线、针织和刺绣等。

纱线可分为：(1)短纤维纱，由短纤维(天然短纤维或化纤切段纤维)经纺纱加工而成，分环锭纱、自由端纺纱、自拈纱等；(2)连续长丝，如天然蚕丝和化纤长丝，分加拈或不加拈、光滑长丝或变形长丝等；(3)短纤维与连续长丝组合纱，例如涤棉长丝包芯纱等。

现有技术的纱线质量检测手段检测方式过于落后，数控性不高，无法定制纱线质量，更无法提供与检测出来的疵点相关的参考信息。

本发明的基于图像识别的纱线质量测控系统，提供用户接口以供纺织厂商自行设定需要的纱布质量等级，同时以更直观、更先进的图像采集和识别技术执行纱线的疵点检测，还能够提供疵点的缺陷类型，提高了纱线质量测控系统的准确性和可控性。

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像识别的纱线质量测控系统的结构方框图，所述系统包括：图像采集设备1、图像检测设备2、主控制器3、存储设备4、稳压设备5和电源变压设备6，所述主控制器3与所述图像采集设备1、所述图像检测设备2、所述存储设备4和所述稳压设备5分别连接，所述图像采集设备1与所述图像检测设备2连接，所述稳压设备5与所述电源变压设备6连接。

所述存储设备4用于存储纱线的直径基准范围和最大波动差值，所述图像采集设备1用于拍摄纺纱机的纱线图像，所述图像检测设备2基于所述纱线图像识别出纱线的预定单位长度内的直径均值和直径波动差值，所述主控制器3基于所述直径均值和所述直径基准范围的比较结果以及所述直径波动差值和所述最大波动差值的比较结果，确定是否向所述纺纱机发送疵点切除信号。

所述纱线质量测控系统主要用于监控一路纱路，也可通过适当改造，用于同时监控多路纱线。

接着，继续对本发明的基于图像识别的纱线质量测控系统的具体结构进行进一步的说明。

所述电源变压设备6与市电输入端连接，以将市电电压转换为所述系统需要的工作电压；所述稳压设备5与所述电源变压设备6连接，以为所述系统提供稳定的工作电压。

所述纱线质量测控系统还包括：用户输入设备，用于根据用户的操作以设置纱线的质量等级，用户输入设备还用于输入预热信号和启动信号。

所述纱线质量测控系统还包括：定时设备，为所述系统提供20秒的定时信号。

所述纱线质量测控系统还包括：纱线传速测量设备，与纺纱机的卷绕纱线的驱动滚筒连接，基于所述驱动滚筒的转速计算纱线的纵向传动速度。

所述纱线质量测控系统还包括：无线收发接口，用于将纱线过粗信号、纱线过细信号或纱线不均信号无线发送给远端的纺织车间管理平台。

所述存储设备4与所述用户输入设备连接，所述存储设备4预先存储了质量等级波动差值对照表，根据在所述质量等级波动差值对照表中寻找与接收到的纱线的质量等级匹配的波动差值作为最大波动差值，在所述质量等级波动差值对照表中，质量等级越高，波动差值越小。

所述存储设备4还预先存储了纱线上限灰度阈值和纱线下限灰度阈值，所述纱线上限灰度阈值和所述纱线下限灰度阈值用于将图像中的纱线和背景分离，所述存储设备4还与所述主控制器3连接，用于存储所述直径基准范围，所述直径基准范围包括直径基准上限和直径基准下限。

所述图像采集设备1与所述纱线传速测量设备连接，基于预定单位长度和纵向传动速度计算拍摄间隔时间，基于所述拍摄间隔时间实时拍摄纱线图像。所述图像采集设备1可采用高清摄像头。

所述图像检测设备2包括对比度增强单元、灰度化处理单元、中值滤波单元、纱线分割单元和数量统计单元，所述对比度增强单元与所述图像采集设备1连接，以对所述纱线图像执行对比度增强处理，输出增强图像，所述灰度化处理单元与所述对比度增强单元连接，灰度化处理所述增强图像以输出灰度化图像，所述中值滤波单元与所述灰度化处理单元连接，以对所述灰度化图像执行中值滤波以输出滤波图像。

所述纱线分割单元与所述存储设备4和所述中值滤波单元分别连接，以将所述滤波图像中灰度值在所述纱线上限灰度阈值和所述纱线下限灰度阈值之间的像素识别并组成纱线子图像，所述数量统计单元与所述纱线分割单元连接，测量所述纱线子图像中纱线的预定单位长度内的直径均值和直径波动差值。

所述主控制器3与所述用户输入设备、所述存储设备4、所述定时设备和所述图像检测设备2分别连接，当接收到所述预热信号时，进入预热模式，当接收到所述启动信号时，进入启动模式。

其中，在所述主控制器3的预热模式中，所述主控制器3启动所述定时设备开始计时，将从所述图像检测设备2处接收到的20秒内的多个预定单位长度内的直径均值进一步求均值以获得累计均值，将所述累计均值上下浮动10％以分别作为所述直径基准上限和所述直径基准下限，并将所述直径基准上限和所述直径基准下限存储到所述存储设备。

在所述主控制器3的预热模式中，所述主控制器3执行以下操作：当所述直径均值超出所述直径基准上限时，发出疵点切除信号和纱线过粗信号，当所述直径均值低于所述直径基准上限时，发出疵点切除信号和纱线过细信号，当所述直径均值在所述直径基准范围内且所述直径波动差值大于等于所述最大波动差值时，发出疵点切除信号和纱线不均信号，所述直径均值在所述直径基准范围内且所述直径波动差值小于所述最大波动差值时，发出质量可靠信号；用户输入设备先输入预热信号，后输入启动信号。

其中，所述纱线质量测控系统还可以包括双声道扬声器，与所述主控制器3连接，以输出与所述纱线过粗信号、所述纱线过细信号或所述纱线不均信号分别对应的语音文件；所述对比度增强单元、所述灰度化处理单元、所述中值滤波单元、所述纱线分割单元和所述数量统计单元可以分别采用独立的FPGA芯片来实现，也可以将所述对比度增强单元、所述灰度化处理单元、所述中值滤波单元、所述纱线分割单元和所述数量统计单元集成在一块FPGA芯片中，所述用户输入设备可选用键盘或触摸屏，以及还可将所述图像采集设备1垂直于纱线的纵向传动方向来放置。

另外，电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。

根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。传送功率不同，电源变压器的设计也不一样，应当是不言而喻的。有人根据它的主要功能是功率传送，把英文名称“Power Transformers”译成“功率变压器”，在许多文献资料中仍然在使用。几乎在所有的电子产品中都要用到电源变压器，根据不同的使用场合(不同的用途)变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压(磁饱和变压器)等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯。

另外，稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定。

稳压器可广泛应用于：工矿企业、油田、铁路、建筑工地、学校、医院、邮电、宾馆、科研等部门的电子计算机、精密机床、计算机断层扫描摄影(CT)、精密仪器、试验装置、电梯照明、进口设备及生产流水线等需要电源稳定电压的场所。也适应于电源电压过低或过高、波动幅度大的低压配电网末端的用户及负载变动大的用电设备，特别适用于一切对电网波形要求高的稳压用电场所。大功率补偿式电力稳压器可接火力、水力、小型发电机。

采用本发明的基于图像识别的纱线质量测控系统，针对现有纺织车间对纺织机纱线质量测控的检测手段落后、无法提供质量控制的技术问题，引入高精度的图像采集和图像识别技术对纱线进行精确识别，另外，提供质量等级控制机制供纺织厂商设定纱线质量等级，同时，提供了更多的疵点相关信息，为监控部门的有效质量监测提供更有价值的参考数据。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种基于图像识别的纱线质量测控方法，该方法包括下列步骤：

1)提供一种基于图像识别的纱线质量测控系统，所述系统包括存储设备、图像采集设备、图像检测设备和主控制器，所述存储设备用于存储纱线的直径基准范围和最大波动差值，所述图像采集设备用于拍摄纺纱机的纱线图像，所述图像检测设备与所述图像采集设备连接，基于所述纱线图像识别出纱线的预定单位长度内的直径均值和直径波动差值，所述主控制器与所述图像检测设备与所述存储设备分别连接，基于所述直径均值和所述直径基准范围的比较结果以及所述直径波动差值和所述最大波动差值的比较结果，确定是否向所述纺纱机发送疵点切除信号；

2)运行所述系统；

其特征在于，所述系统还包括：

电源变压设备，与市电输入端连接，以将市电电压转换为所述系统需要的工作电压；

稳压设备，与所述电源变压设备连接，以为所述系统提供稳定的工作电压；

用户输入设备，用于根据用户的操作以设置纱线的质量等级，用户输入设备还用于输入预热信号和启动信号；

定时设备，为所述系统提供20秒的定时信号；

纱线传速测量设备，与纺纱机的卷绕纱线的驱动滚筒连接，基于所述驱动滚筒的转速计算纱线的纵向传动速度；

无线收发接口，用于将纱线过粗信号、纱线过细信号或纱线不均信号无线发送给远端的纺织车间管理平台；

所述存储设备与所述用户输入设备连接，所述存储设备预先存储了质量等级波动差值对照表，根据在所述质量等级波动差值对照表中寻找与接收到的纱线的质量等级匹配的波动差值作为最大波动差值，在所述质量等级波动差值对照表中，质量等级越高，波动差值越小，所述存储设备还预先存储了纱线上限灰度阈值和纱线下限灰度阈值，所述纱线上限灰度阈值和所述纱线下限灰度阈值用于将图像中的纱线和背景分离，所述存储设备还与所述主控制器连接，用于存储所述直径基准范围，所述直径基准范围包括直径基准上限和直径基准下限；

所述图像采集设备与所述纱线传速测量设备连接，基于预定单位长度和纵向传动速度计算拍摄间隔时间，基于所述拍摄间隔时间实时拍摄纱线图像；

所述图像检测设备包括对比度增强单元、灰度化处理单元、中值滤波单元、纱线分割单元和数量统计单元，所述对比度增强单元与所述图像采集设备连接，以对所述纱线图像执行对比度增强处理，输出增强图像，所述灰度化处理单元与所述对比度增强单元连接，灰度化处理所述增强图像以输出灰度化图像，所述中值滤波单元与所述灰度化处理单元连接，以对所述灰度化图像执行中值滤波以输出滤波图像，所述纱线分割单元与所述存储设备和所述中值滤波单元分别连接，以将所述滤波图像中灰度值在所述纱线上限灰度阈值和所述纱线下限灰度阈值之间的像素识别并组成纱线子图像，所述数量统计单元与所述纱线分割单元连接，测量所述纱线子图像中纱线的预定单位长度内的直径均值和直径波动差值；

所述主控制器与所述用户输入设备、所述存储设备、所述定时设备和所述图像检测设备分别连接，当接收到所述预热信号时，进入预热模式，当接收到所述启动信号时，进入启动模式；

其中，在所述主控制器的预热模式中，所述主控制器启动所述定时设备开始计时，将从所述图像检测设备处接收到的20秒内的多个预定单位长度内的直径均值进一步求均值以获得累计均值，将所述累计均值上下浮动10％以分别作为所述直径基准上限和所述直径基准下限，并将所述直径基准上限和所述直径基准下限存储到所述存储设备；

其中，在所述主控制器的预热模式中，所述主控制器执行以下操作：当所述直径均值超出所述直径基准上限时，发出疵点切除信号和纱线过粗信号，当所述直径均值低于所述直径基准上限时，发出疵点切除信号和纱线过细信号，当所述直径均值在所述直径基准范围内且所述直径波动差值大于等于所述最大波动差值时，发出疵点切除信号和纱线不均信号，所述直径均值在所述直径基准范围内且所述直径波动差值小于所述最大波动差值时，发出质量可靠信号；

其中，用户输入设备先输入预热信号，后输入启动信号；

双声道扬声器，与所述主控制器连接，以输出与所述纱线过粗信号、所述纱线过细信号或所述纱线不均信号分别对应的语音文件。