CN1135040A - 用于测量一个物体的两个可视特征的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于测定物体至少两个不同可视特征的方法和装置。该方法包括(I)测定物体的第一参数，这是通过：将物体定位；光照射在物体上，该光包含与物体无表面起伏特征相关的信息；产生是第一参数函数的信号及由该信号测定第一参数，(II)测定物体的第二参数，这是通过将物体定位；先照射该物体，该光包含与物体表面起伏特征相关的信息；检测产生是第二参数函数的信号；及由该信号测定第二参数。

Description

用于测量一个物体的两 个可视特征的系统和方法

本发明涉及用于测定一个物体的至少两个不同的可视特征的装置和方法。

在澳大利亚市场原料羊毛销售的价格现时决定于按照在售前价目表上列举的某些特征的测量值和买方对销售的样品的评估这两方面的综合。为了更客观地评估所有的羊毛特征和可能的羊毛价格和其它经济问题，由国际市场提出要求，要使售价完全根据客观的测量，已经作了工作用定量方式表示已知的但尚未被测量的羊毛特征，即在羊毛行业中一般公知的＂种类＂或＂类型＂。为了客观评估羊毛纤维，需要提供＂种类＂或＂类型＂的测量结果。

本发明的目的是提供用于测定一个物体的至少两个不同的可视特征的装置和方法。

根据本发明的第一个实施例，提供一种用于测定一个物体的至少两个不同的可视特征的方法，该方法包含：

(I)测定物体的第一参数，通过

(a)使该物体在第一参数测量相互作用空间中定位；

(b)用光照射在第一参数测量相互作用空间中的物体，该空间中的光域是基本上均匀的测量光域或者显著均匀的测量光域，以产生无表面起伏的测量出射光，其包含与物体的无表面起伏的特征相关的可视信息；

(c)检测该无表面起伏的测量出射光并根据测量产生信号，因此该信号是第一参数的函数；以及

(d)利用这些信号测定第一参数；

(II)测定物体的第二参数，通过：

(a′)将该物体在第二参数测量相互作用空间中定位；

(b′)用光照射在第二参数测量相互作用空间中的物体，该空间具有定向的测量光域，以便产生表面起伏测量出射光，其包含与物体的表面起伏特征相关的可视信息；

(c′)检测该表面起伏测量出射光并根据检测产生信号，因此该信号是第二参数的函数，以及

(d′)利用这些信号测定该第二参数。

步骤(I)(a)-(d)可以在步骤(II)(a′)-(d′)之前，同时或之后实施。步骤(I)(a)-(d)和步骤(II)(a′)-(d′)能够自动或非自动例如手动或分批进行。

根据本发明的第二实施例，提供一种用于测定一个物体的至少两个不同的可视特征的装置，包含：

(I)用于测定物体的第一参数的装置包含：

(a)用于使该物体在第一参数测量相互作用的空间中定位的装置；

(b)用于照明在第一参数测量相互作用空间中的物体的装置，该空间具有由基本上均匀的测量光域和一显著均匀的测量光域构成的组合中选择的一个光域，以便形成无表面起伏的(relief)测量出射光，其包含与物体的无表面起伏特征相关的可视信息；

(c)用于检测无表面起伏的测量出射光并产生信号的检测器，因此该信号是第一参数的函数，该检测器与(b)的用于照明的装置在操作上相互联系；以及

(d)用于由该信号测定第一参数的装置，该用于测定的装置与(c)的检测器在操作上相互关联；

(II)用于测定物体的第二参数的位置，它包含：

(a′)用于将该物体在第二参数测量相互作用的空间中定位的装置；

(b′)用于照明在第二参数测量相互作用的空间中的物体的装置，该空间具有一定向的光域，以便产生表面起伏(relief)测量出射光，其包含与物体的表面起伏特征相关的可视信息；

(c′)用于检测该表面起伏测量出射光并产生信号的检测器，因此该信号是第二参数的函数，该检测器与(b′)的用于照明的装置在操作上相互关联；以及

(d′)用于从该信号检测第二参数的装置，该用于检测的装置与(c′)的检测器在操作上相互关联。

第二实施例的装置可以设置用以测定一个物体的至少两个不同可视特征，可以自动地或者非自动地例如手动或分批地进行。

一般基本上均匀的测量光域也是一个基本恒定的测量光域并且特别是一单调光域。通常一个显著均匀的测量光域的使用包含：利用一非单调光域来照明一物体以及通过检测在同一光域中的出射光(利用检测器)，对比被检测的基本上均匀单调白色或基本上均匀单调近白色的物体的图像，对该物体的图像进行标称化处理。

第一类参数测量相互作用空间可以与第二类参数测量相互作用空间不同、重叠或完全一致。当第一和第二参数测量相互作用空间在空间上没有分开时，利用基本上均匀的测量光域或显著均匀的测量光域以及定向的测量光域的光在不同的时间来照明该空间。在本发明的一个特定的方式中，第一参数测量相互作用空间不同于第二参数测量相互作用空间。整个装置可以包含一使第一参数测量相互作用空间和第二参数测量相互作用空间分开的装置。物体可以在第一和/或第二相互作用空间中的一反射表面上(例如光滑黑色表面)或基本上无反射的表面上(例如无光泽的黑色粗糙表面)或者相对一反射背景(例如光滑的黑色背景)或基本上不反射的背景(例如无光泽的黑色粗糙背景)进行测量(即被照射)。通常至少步骤(b)和(b′)的其中之一(通常为至少步骤(b′)，而更为常用的是步骤(b)和(b′))包括在一无光泽的黑色粗糙表面上或在一光滑的黑色表面上或者相对于一无光泽的黑色粗糙背景或相对一光滑的黑色背景光照射该物体的步骤。

用于检测无表面起伏测量出射光的检测器和用于检测表面起伏的测量出射光的检测器可以是分开的检测器，但是通常是相同的检测器。一般该检测器是一种图像检测器例如一种摄像机、行扫描式摄像机或飞行点式扫描器。一般该摄像机是一种彩色摄像机，其具有高分辨率的透镜，例如SLR透镜，例如是由Olympus，Pentax或Nikon制造和销售的(与C型安装透镜相对)。适合的摄像机的实例是广播级质量的、播放室用或ENG摄像机。

该物体可以一固体或各固体材料的合成，例如纤维或其它物质的汇集或群体。物体的实例包括机械制品、矿产品例如金刚石和其它晶体、有机和无机杂质、纤维制品、随机形状的物品、球状物品或圆柱形物品。纤维制品可以是纺织的或绞合的纤维制品，例如纤维束以及特定纤维例如原料羊毛、纤维。纤维制品可以是合成纤维或天然纤维，染色纤维，柔性产品例如绳、线或纱，或者是其束或其纤维束。其它的多股绳、多股线或多股纱可以是如下制品的其中之一如玻璃纤维、麻绳、尼龙、玻璃制物、高湿模量粘胶纤维和聚酯、焦麻、丝、黄麻、亚麻以及纤维素纤维(包括纸、再生纸、玉米杆、甘蔗、木材、木屑、甘蔗渣、木片)，关于纤维，例如粘胶丝、人造丝、铜铵螺萦丝、醋酸纤维素、西沙尔麻、碳、不锈钢、植物纤维材料、聚烯烃的束、绳、线或纱，例如聚乙烯和聚丙烯、钢、硼、铜、黄铜、聚四氟乙烯、涤纶、聚酯薄膜、铝、铝合金、聚酰氨、聚丙烯腈、或者吸收性的纤维束、绳、线或纱例如尼龙66聚丙烯腈或聚乙烯醇以及吸收型的聚酯或聚丙烯、仓储植物型的纤维束、绳、线或纱例如小麦、亚麻或非仓储植物型的纤维素、绳、线或纱，例如木浆或棉花、动物性的纤维束、绳、线或纱，例如，肉，羊驼毛；毛纤维例如由羊所取的羊毛纤维或其它动物的毛制品；发类，例如人的头发、羊毛、牛毛；或羽毛，纱类包括羊毛和棉纱(特别是染色羊毛，兔毛、袋鼠毛、马海毛和棉纱以及短纤维)、绳、线、光导纤维。

产生无表面起伏的测量出射光的相互作用通常为产生非镜式反射、散射、荧光、受激发射、偏振旋转以及其它偏振效应或光吸收之中的一种或其结合。

产生表面起伏的测量出射光的相互作用通常为产生反射、散射、荧光、受激发射、遮蔽、偏振旋转和其它偏振效应、阻断或光吸收之中的一种或其结合。

用于光照射第一参数测量相互作用空间的装置可以是由如下组合中选择的一种或多种光源，例如为白炽灯光源，例如钨丝灯，包含石英—碘灯的钨—氦灯类，近似于白光的宽带光源或近于白光的宽带光源的组合。最好使用一种宽带可见光源，其接近一黑色幅射体并维持恒定颜色温度。

用于照射第二类参数的相互作用空间的光源可以是由如下组合中选择的一种或多种光源，例如为白炽灯光源；钨丝光源；包括石英碘灯类的钨—氦灯类；荧光灯类；蒸气型灯例如包括钠和碘蒸汽灯类的氦灯；放电型灯例如氙弧灯和汞弧灯；固态灯光源，例如光敏二极管，超幅射二极管、发光二极管、激光二极管、场致发光光源、倍频激光器；激光光源类，包括稀有气体激光器例如氩激光器、氩/氪激光器，氖激光器、氦氖激光器、氙激光器和氪激光器、一氧化碳和二氧化碳激光器、金属离子激光器例如镉、锌、汞或硒离子激光器，铅盐激光器类，金属蒸汽激光器类，例如铜和金蒸汽激光器，氮激光器、红宝石激光器、碘激光器、铵玻璃和钕YAG激光器，染料激光器类，例如采用碱性玫瑰精640，奇通红620或碱性玫瑰精590染料的染料激光器，以及浸渍纤维激光器。

可以采用直接或间接的照明。间接的照射可以采用光纤、反射器类例如平面镜或白色表面，例如透镜或其它光折射器件。

第一类参数可以是如颜色、颜色分布、形状、尺寸、面积、化学成分、元件的数量、宽度、长度、吸收率、反射率、介电常数、荧光、位置、取向或密度。

第二类参数可以是一种或多种表面起伏特征，例如形状、直径、面积、元件的数量、厚度、宽度、长度、吸收率、反射率、透射率、介电常数、遮蔽包括自身遮蔽、荧光性、表面结构包括表面周期性或规律性，或其它表面细节特征、位置、取向、表面波纹、表面皱纹、表面伸张、表面粗糙度、表面轮廓或密度。

本发明的装置可以包含：

(dd)用于测定对一物体的第一和/或第二类参数的测量有关的统计信息的装置，该装置与用于测定第一和/或第二类参数的装置在操作上相关连；并且可以或不包括：

(ddd)用于测定对多个物体的多种测量(dd)的相关的统计信息的装置，该装置与(dd)中的用于测定的装置在操作上相关连。

统计信息的实例包括：平均、标准偏差、变化系数、变化量、偏斜度、尖峰值，以及关于平均、仿样拟合spline fits，线配合包括线性的、指数的、对数的、多项和多项式回归，系数配合、模式、中间值，分布符合(fit)包括正态的、高斯的、费米的、泊松的、二项式的、韦布尔的、抛物线的、频率、概率、累积以及顶帽(tophat)分布，数据平滑处理包括：行程的中间值、平均值和最小平方值，制表格式，例如矩形图，以及双向可能性，对于图形、预测、概率统计、模拟、图形辨识、t测试、x(chi Square)测试、样品尺寸、Wilcoxon标志次序(Signed-rank)测试、次序计算(ranksum)测试、Kolmogorov-Smimov测试以及边界值和极限值统计的数据处理。统计技术更详细的介绍公开在由G.E.P.Box，Bcx W，G，Hunter和J.S.Hunter所著的在1978由美国纽约的Joan wiley&Sons，Inc出版的＂实验统计学＂，其内容结合本文可供参考。

总的来说，第二实施例的装置进一步包含如下项目的至少其中之一：

(i)用于由作为第一类参数的函数的信号测定的测量参数测定物体的第一类参数的装置，其与(c)中的检测器在操作上相关连；

(ii)用于存储由作为第一类参数的函数的信号测定的测量参数的装置，其与(c)中的检测器在操作上相关连；

(iii)用于存储物体的第一类参数的装置，其与用于测定第一类参数的装置在操作上相关连；

(iv)用于修正物体的测量参数的装置，其与用于存储由作为第一类参数的函数的信号测定的测量参数的装置在操作上相关连；以及

(v)用于修正物体的第一类参数的装置，其与用于存储第一类参数的装置在操作上相关连。

图1是用于自动测量羊毛纤维束的类型的装置的配置图；

图1a是通过图1中的装置的料盘下降单元的中心的横断面图；

图1b是通过图1中的装置的料盘下降单元的中心的横断面图；

图2是图1中的装置上所用纤维料盘图；

图3是图1中的装置的光学装置配置的详细结构图；

图4是由图1中的装置的TV彩色摄像机所看到的光学可视区图；

图5是描述利用图1中的装置进行纤维颜色分析的步骤的流程图；

图6是描述利用图1中的装置进行纤维几何参数分析的步骤的流程图；以及

图7是描述图1中的利用装置进行纤维卷曲分析的步骤的流程图。

参阅图1，该图描绘了用于测定羊毛的类型特性的装置1。装置1包含了几个主要系统：

·机械式料盘操纵系统2，用于通过在输送装置300上在TV彩色摄像机405下方的容纳羊毛纤维束的料盘架701b，其包含：料盘下降单元100，料盘提升单元200，输送装置300，它们分别在图1中，在图1a中以料盘下降单元100的横断面、在图1b中以料盘提升单元200的横断面方式进行描绘。

·料盘架701b，其用作被测量的羊毛线纤维束的载体，使之通过图2中所示的机械式料盘操纵系统2；

·成像系统400，其包含照明装置401、遮光板组410，如图3所示用于综合在TV彩色摄像机405的视域范围的所需的照明区域，这两者均安装在该机械料盘操纵系统2上；

·微控制器601，其连接到在机械式料盘操纵系统2上的致动器和传感器以及主计算机601，如图1所述；

·电源620和压缩空气源630，向该机械式料盘操纵系统2提供动力，如图1所示；以及

·主计算机610，其具有内部的或可任选的外部图像获取接口，又称为帧画面取样器，该计算机连接到TV彩色摄像机405上，如图1所示。

机械式料盘操纵系统2

料盘下降单元100

该料盘下降单元100具有4个主要组成部分：料盘下降导轨101a、b、料盘下降折板102a、b、下降单元后壁108和下降单元前台座111。

两条料盘下降导轨101a、 b位于在输送装置300的入口端的前后方。每条下降导轨由与料盘长度接近的刚性笔直轨道构成，其配置平行于输送装置300并上下移动。这种移动是由料盘下降导轨气动致动器驱动103a、b造成的，该致动器利用内装式导轨是一双向动作的气缸，通常为Festo元件FEN 25-80加DSNU-25-80-P，其行程方向是竖直的0＝气动针阀，通常为Festo元件GRLA-1/8，装在每个气缸的两个入口处，以便控制沿上下两个方向的运行速度。每个料盘下降导轨的气动致动器103a、b的行程长度为80mm并且不可调。该料盘下降轨道气动致动器103a、b安装在输送装置的侧面板301a、b上。经过微控制器一下降控制和传感线路603，和用单极双向动作的电子一气动控制的阀门605通常为Festo元件6068一MFH-5-33，由微控制器601控制料盘下降导轨101a、b的运行。在该料盘上降导轨气动致动器103a、 b的两端处有各料盘下降导轨气动致动器传感器104a-d，通常为Festo元件SMEO-4-K-LED-24，以便检测上下顶点位置。这些传感器经过该微控制器一下降控制和传感线路603连接到微控制器601上。

两个料盘下降折板102a、b平行料盘下降导轨101a、b并位于其外侧。每个折板由呈倒L形安装的刚性角材构成，在其连接到料盘下降框架112上的底部具有一料盘下降折板铰链107a、b，该框架固定到输送装置的侧面板301a、b上。料盘下降折板的顶部朝前交叉输送装置300，并利用料盘下降折板气动致动器105a、b内外运动，该致动器是一双向动作的气缸，通常为Festo元件ADV-20-10-A，行程方向为水平方向。一气动针阀，通常为Festo元件GRLA-M5-PK3装在每个气缸的一入口处，以便控制朝内方向的运动速度。该料盘下降导轨气动致动器103a、b的行程长度约10mm。经过微控制器一下降控制和传感线路603利用一通常为Festo元件6068-MFH-5-3.3的单极双向动作的电子—气动控制的阀606，由微控制器601控制料盘下降折板102a、b的运行。在料盘下降折板气动致动器105a、b的两端处有各料盘下降折板气动致动器传感器106a-d，通常为Festo元件SME-3-LED-24，以便检测上下顶点位置。这些传感器经微控制器—下降控制和传感线路603连接到微控制器601。投料器后壁108是一从料盘下降单元100的背后利用两个分别在下降装置后壁每一端的竖直的下降装置后壁导向件109和110可竖直上升的平板。下降装置后壁108其位置与料盘下降导轨101a、b以及料盘下降折板102a、b相关，要使正确地位于料盘下降折板102a、b上的料盘盘架701b的盘架刚好接触下降装置后壁108；使两个下降装置后壁导向件109和110的定位以便限制在该盘架中的料盘盘架701b的两端。

下降装置前台座是一在料盘下降框架112上水平安装的一平板。这为在料盘下降折板102a、b上方提供了安全防护，以及当堆放料盘时，为操作者提供作为临时作业面。在料盘下降单元100上有很多光束探测器。料盘盘架故障探测器505a、b安装结合在前料盘下降折板102a和下降装置后壁108上。这些传感器使在下降装置后壁108上的料盘—盘架故障探测器发射器505a发出的射束经过料盘盘架701b的盘架通到在前料盘下降折板102a上的料盘—盘架故障探测器接收器505b。该射束在盘架中的底部料盘701的上方和在第二底部料盘701的下方通过在各料盘中的料盘内部缝隙703。该射束的角度稍微向下，使得如料盘盘架701b被正确地堆放在料盘下降单元100上，该射束才可能通过料盘内部缝隙703。料盘盘架701b的任何竖直方向堆放不准将使该射束波阻断。该料盘—盘架故障探测器505a、b通常为Erwin Sick型WLL 6-P122。在料盘下降框架112上有一料盘在盘架上探测器501，其在输出端，以及一安装在料盘下降框架112上的料盘在盘架上探测器的反射器502位于料盘下降单元100的内端。发自料盘在盘架上探测器501的射束沿着输送装置300通常命中该料盘在盘架上探测器反射器502，其再将该射束反射沿着相同的通道返回到料盘在盘架上探测器501。这个通道是这样定位的，使得在料盘下降单元100上的盘架中的底部料盘701将阻断该射束。该料盘在盘架上探测器501通常为Erwin Sick装置型号WL6-P172；在料盘在盘架上探测器反射器502通常为Erwin Sick型PL 31/9210。按这样一种位置，在输送装置300上装有料盘在下降装置下探测器503和料盘在下降装置下探测器反射器504，使得利用料盘下降单元100下降到输送装置300上的料盘701将射束阻断。这种阻断说明在输送装置300的输入端的某处有一物(通常为料盘701，但也可能为不希望有的夹杂物)。该料盘在下降装置探测器503通常为Erwin Sick型号WL 6-D172；该料盘在下降装置下探测器反射器504通常为Erwin Sick型号DL 31/9210。

料盘提升单元200

料盘提升单元200与料盘下降单元100相似，不过利用料盘提升卡具202装置代替折板。料盘提升导轨201a、b与用于料盘下降折板102a、b的相似，并且用相似的气动设备的相似配置：具有料盘提升导轨气动致动器传感器204a-d的由单极双向动作的电子—气动控制阀607控制的料盘提升气动致动器203a。料盘提升卡具202平行于料盘提升导轨201a、b，这样配置以便当该料盘701a被由输送装置300的表面提升时能向上旋转。当料盘701a已经通过料盘提升卡具202时，它们将下降到静止位置，以便使被提升的料盘701a能够停留在其上。该料盘提升单元200具有一竖直的料盘提升返还导向件208a、b，以便对输出的料盘701a提供竖直导向。

在料盘提升单元200上有许多光束探测器。靠近输送装置驱动辊303在输送装置300上装有料盘在端部探测器506，使得光束与输送装置300的表面成直角在输送装置输送带305上的10mm通过，当料盘701a到达在料盘提升单元200下方的输出端时被检测。该料盘在端部传感器506通常为Erwin Sick型号WLL 6-P122。这一光束被阻断说明，料盘701a已经到达输送装置300的端部，并且被料盘提升单元200正确地提升就位。具有的料盘在提升器下传感器507和料盘在提供器下反射器508与安装在输送装置300的输出端的料盘在下降装置下探测器503和料盘在下降装置下传感器504相似。该光束被定位，以便即使当料盘701a并没有阻断料盘在端部探测器506时，该光束也会被在料盘在提升器下传感器507下方某处的在输送装置300上的料盘701a所阻断。这种阻断说明在输送装置300输出端的某处有一物(通常为料盘701a，不过也可能为一夹杂物)。该料盘在提升器下传感器507通常为Erwin Sick型号WL6-P172，该料盘在提升器下反射器508通常为Erwin Sick型号PL 31/9210。

输送装置300

输送装置300包含两个输送装置侧面板301a、b，其上安装有料盘下降单元100，料盘提升单元200和几个光学传感器，还包含在入口端的张力调节辊302和在输出端的输送装置驱动辊303以及输送装置输送带电动机，用于驱动输送装置驱动辊303，以及一围绕两辊的输送装置输送带305。输送装置输送带的上端面从入口端向出口端移动。

装在输送装置300上的光学传感器包括：料盘在下降装置下传感器503、料盘在提升器下探测器507，料盘在端部探测器506，这3个探测器均位于在由TV彩色摄像机405摄得到的区域内，在输送装置300的中部；还包括料盘移动传感器A509，料盘移动传感器B510以及料盘移动传感器C511。每个料盘移动传感器其就位便于探测在输送装置输送带305表面上方约10mm处的按直角穿过输送装置300的光束。料盘移动传感器A509和料盘移动传感器C511的放置交叉输送装置300。分开的距离与如图4中所示的两个料盘窄槽之间的距离相对应。当一个料盘701a已经行进这样一个距离即下一个料盘窄槽702已经移入TV摄像机的视域460时，它们的综合输出提供一个信号。料盘移动传感器B510位于在料盘移动传感器A509和料盘移动传感器C511之间，距料盘移动传感器A509间隔一个半窄槽，距料盘移动传感器C511间隔半个窄槽，使得当来自料盘移动传感器A509和料盘移动传感器C511的一个或二个光束没有被阻断时，来自料盘移动传感器B509的光束一般被阻断，或者情况相反。料盘移动传感器A509、料盘移动传感器B510和料盘移动传感器C511通常为Erwin Sick元件WLL 6-P122。不阻断来自该组料盘在下降装置下传感器503料盘在提升器下传感器507和料盘移动传感器B510的至少其中一条光束对于被放在输送装置300上的一个料盘701a来说是不可能的。

纤维料盘

纤维料盘701是一矩形料盘约715mm长乘200mm宽，在其中通常具有17窄槽。每个料盘窄槽702约180mm长乘大约15到30mm宽，底部10mm深，通常按图2所示排列。各窄槽可以偏置，如图2所示，以便当正确地堆放时，维持各料盘之间分开大约10mm，或者采用其它配置，只要能确保这种分开。如图2所示，在每个料盘窄槽之间有一料盘内部窄槽缝隙703，其由料盘盘架故障探测器505a、b所占用，用于对料盘是否正确堆放进行检查。在料盘701的一端保留一延伸区，以便附着条形码标签642或其自动识别的器件。

料盘701的底侧可以是平滑的或可具有小的凸起，以便保证正确地就位和堆放。料盘701的材料为黑色。其通常由塑料通过真空注模形成的。顶表面是平滑的并且可是精加工成无光泽或光滑的；除非另作说明，底表面是平滑的。最新落到输送装置300上的料盘称为料盘701；先前通过TV摄像机视域460的料盘或落在料盘提升单元200上的料盘被称为料盘701a，在料盘下降单元100上的各料盘盘架称为料盘盘架701b。

成像系统400

成像系统400的一个配置具有4个主要部件：彩色区域光源421～426，卷曲区域光源431～432，遮光板411～415和TV彩色摄像机405。下面进行介绍。

彩色区域光源421～426

对于彩色区域420，有6个石英—卤素(或碘钨)彩色分区光源421～426，其带内装式分色反射器。如图4所示，配置方式为，两对光源421、422和423、424横向照射顶部料盘窄槽710，以及一对光源425、426沿顶部料盘窄槽710的长度方向照射。来自彩色分区光源421-426的光束对竖直线倾斜30°。彩色分区光源421-426在它们的前方有环形红外阻挡滤光器428a-f，以便防止热量到达在料盘701a中的样品。设计彩色分区光源421-426的布置，以便如在＂装置1的使用，彩色分区光源421-426的调节＂中所介绍的，总体在彩色区域420中的料盘701的水平表面平面上提供均匀照射范围。各光源是由General Electric制造的，12V50W为EXN型。

彩色分区光源421-426由彩色分区光源支承框架427支承，该框架由TV摄像机支承板402支承。要保证能够调节彩色分区光源421-426的位置，以便如在＂装置1的使用＂中所述产生均匀的光域。利用长度相等的彩色光源线441-446将彩色分区光源421-426连接到照明电源配电装置440上。照明电源配电装置440电源620提供+12.0V电压。

卷曲分区光源431-432

对于卷曲区域430有两个带有内装式分色反射器的石英-卤(或碘钨)卷曲分区光源431-432。来自卷曲分区光源431-432的光束与底部料盘窄槽712的长度方向交叉成一角度，如图3所示。来自卷曲分区光源431-432的光束与水平面倾斜约30°。卷曲分区光源431-432在其前方有环绕的红外线阻挡滤光器438a、b，以便防止热量到达在料盘701a中的样品。设计卷曲分区光源431-452的布置，以便总的在卷曲区域430中在料盘701的水平表面处提供良好的均匀的照射区。但并不是必须像对彩色区域420那样均匀。光源是由General Electric制造的为EXZ型12V，50W。卷曲分区光源431-432一起靠近安装在卷曲分区光源支承框架433上，该框架由彩色分区光源支承框架427支承。

利用相等长度的卷曲光源线路447、448将卷曲分区光源431-432连接到照明电源配电装置440上。

遮光板组410

围绕彩色区域420和卷曲区域430配置有5个遮光板411-415，其安装在遮光板支承框架416上，该框架装到TV摄像机支承板402上，如图3所示。遮光板411的配置在于防止来自彩色分区光源421和423的光线落到卷曲区域430。遮光板412的配置在于防止来自彩色分区光源422和424的光线落到彩色区域420上。遮光板413的配置在于防止来自彩色分区光源425的光线落到卷曲区域430。遮光板414的配置在于防止来自彩色分区光源426的光线落到卷曲区域430。遮光板414在其底部具有一个方孔，其适当接近底部料盘窄槽712，以便来自卷曲分区光源431-432的光落到卷曲区域430。以上列出的遮光板组410各部分中的头4个部分围绕TV摄像机的视域的中心对称设置。遮光板415的配置在于防止来自彩色分区光源526的光线落到卷曲区域，以及防止来自卷曲分区光源431-432的光落到彩色区域420。遮光板415由遮光板414支承。

所有遮光板411-415和遮光板支承框架416均漆成无光泽的黑色，以降低对光的反射。

下面介绍成像系统400的第二配置。

彩色分区光源421和423

对于彩色区域420有两个带有内装式分色反射器的石英—卤素(或碘钨)彩色分区光源421和423。如图3所示配置，横向照射顶部料盘窄槽，如图4所示。来自彩色分区光源421和423的光束相对竖直线倾斜30°。彩色分区光源421和423在其前方具有环绕的红外线阻挡滤光器428a和428C，以便防止热量到达料盘701a中的样品。设计彩色分区光源421和423的分布，以便总的在彩色区域420中在料盘701的水平表面平面处形成适度均匀的光域，基本上如在＂装置1的使用，彩色分区光源421-426的调节＂中所述的。该光源是由General Electric制造的，型号为EXN，12V，50W。

彩色分区光源421和423由彩色分区光源支承框架427支承，该框架由TV摄像支承板402支承。

卷曲分区光源431

利用一具有内装式分色反射器的石英—卤素(或碘钨)卷曲分区光源431照射卷曲区域430。来自卷曲分区光源431的光束与底部料盘窄槽712的长度方向交叉成一角度，如图3所示。来自卷曲分区光源431的光束相对水平面约成30°倾斜。卷曲分区光源431在其前方有环绕的红外线阻挡滤光器，以便防止热量到达在料盘701a中的样品。设计卷曲分区光源431的位置，以便总的在卷曲区域430中在料盘701的水平表面处形成相当均匀的光域，不过这并不是像彩色区域420一样均匀。该光源由General Electric制造，为EXA型12V、50W。

分区光源431安装在卷曲分区光源支承框架433上，该框架由彩色分区光源支承框架427支承。

利用卷曲光源线447将卷曲分区光源431连接到照明电源配电装置440上。

镜式遮光片组412和415

在彩色区域420和卷曲区域430之间配置的一个遮光板装在遮光板支承框架416上，而该框架装到TV摄像机支承板402上，如图3所示。遮光板412的配置在于防止来自彩色分区光源421和423的光线落在卷曲区域430。遮光板412还是一平面镜，其配置将来自彩色分区光源421和423的光从对彩色分区光源421和423为相反的一侧反射到彩色区域420。遮光板415的配置在于防止来自卷曲分区光源431的光线落到彩色区域420。

在卷曲区域430侧上的遮光板412和遮光板415以及遮光板框架均漆成无光泽的黑色，以降低光的反射。

TV彩色摄像机405

TV彩色摄像机405安装在TV彩色摄像机安装件404上，具有用于沿水平和竖直平面调节位置取向的装置。TV彩色摄像机安装件404装在TV摄像机安装板402上，TV摄像机安装402经过外部的TV摄像机支承板间接安装在输送装置300上，如图1所示。TV彩色摄像机的输出经过TV摄像机同轴电缆406送到在主计算机601的帧画面获取器中。

TV彩色摄像机405的视域

TV彩色摄像机405朝下指向彩色区域420和卷曲区域430。由TV彩色摄像机405得到的图像如图4中所示。该图像表示沿水平方向配置的三个料盘窄槽；顶部为料盘窄槽710、中间为料盘窄槽711，和底部为料盘窄槽712。沿竖直方向位于该图像任一侧的是图像区黑和白参照区450以及图像区域蓝青、黄和深红参照区451。彩色区域一般位于由顶部料盘窄槽710所占有的区域内，并如彩色区域假想的遮光框所表示的。卷曲区域430一般位于由底部料盘窄槽712所占有的区域内，并如彩色区域假想的遮光框表示的。还有一个未被利用的光学区，一般位于在由彩色区域假想的遮光框720和卷曲区域假想的遮光框721之间的由中间料盘窄槽711所占有的区域内。

微控制器601

微控制器601利用主计算机—微控制器串行传输线611连接到主计算机，利用微控制器—电源线602连接到电源，利用微控制器—下降装置控制和传感线603、微控制器—提升器控制和传感线604以及微控制器—科盘移动探测器信号线608连接到气动致动器和在机械式粉盘操纵系统2上的各种探测器上。这些线路中的每一个可以包含几个控制和传感探测信号。

微控制器601通常为Arcom Sc52，其具有可供选择的隔离的数字接口卡，对输入侧为SINP-6，对于输出侧为Arcom SD-16。在微控制器601上运行的程序采用高级指令，例如＂畅通的输送装置＂和＂前进到下一个料盘窄槽＂，是由主计算机610经过主计算机—微控制器串行传输线611输送的，并控制致动器和读取探测器，使得该机械式料盘操纵系统能执行这些任务。在完成指令后，微控制器601经过主计算机—微控制器串行传输线611向主计算机610发出＂已作＂的回答。在执行这些指令中遇到的问题以相似的方式返回向主计算机610报告。

电源620和压缩空气源630

电源装置620由标准240V电网电源吸收功率，产生Dc电功率，对于气动设备和光学探测器为24V，对于彩色分区光源421-426以及卷曲分区光源431-432为12V，对于输送装置输送带电动机304为+24V，以及对于微控制器601为所需的较低电压(典型情况为+15V、-15V+5V)。

由微控制器601利用沿微控制器—电源线602的信号利用在电源装置620中的一个继电器控制向输送装置输送带电动机304的24V供电。利用电源—电动机线621将+24V电源提供到输送装置输送带电动机304。

由微控制器601利用沿微控制器—电源线602的信号利用在电源装置620中的一个继电器控制彩色分区光源421-426和卷曲分区光源431-432的24V供电。+12V电源利用电电源一光源线622提供到照明电源配电装置440。由在装置1外部的气源向用于气动设备的压缩空气源630供气。利用在微控制器—气源控制和传感探测线609中的信号经过在压缩空气源630中的一气动放空阀控制向气动系统(即所有的致动器)的压缩空气的原始供应。利用在压缩空气源630中的并经过微控制器—气源控制和传感探测线609连接到微控制器的压力探测器检测用于气动系统的压缩空气的利用情况。

主计算机610

主计算机610经主计算机—微控制器串行传输线611连接到微处理器601，经过条形码—主计算机线641连接到二头式条形码读取单元640a、b，经过摄像机同轴电缆406通过一般在内部的帧画面采样器连接到TV彩色摄像机405上。在计算机610上运行的程序进行对微处理器601的控制。以便得将毛线的顺序的纤维束移动到TV彩色摄像机405的视域内，获得经过TV彩色摄像机405的纤维束的TV图像，处理这些图像，以便提取与先前登记的纤维特性有关的所需信息以及其它适用的信息，并且按照需要显示或存储所得到的信息。

装置1的使用

为了顺序地分析按照轮廓线的RGB图像，对于在第一种配置方式中的彩色分区光源421—426的调节，要求调节该彩色分区光源421—426，以便在彩色区域420内部产生基本均匀的光域。按照下述进行：

由所用类型的理想点光源石英—卤素灯幅射的光强投射到与按照被称为高斯曲线的图形或分布照射的光束正交的一个平的表面上。当不严格分析时，存在一个区域，其距图形中心有某一距离，在该处光的强度的下降粗略与距该中心的距离成线性关系。两个这样的光的图形的叠加可能导致形成三种各自不同的综合的图形的其中之一，这取决于在各图形中心的分开距离S：

·当S很小时为一个单一的峰值

·当S大时为两个相邻的峰值

·当S的数值比较合适时，形成一个具有一适当单调中心的结合图形。

最后一种情况的解释涉及来自一个光源的粗略线性降低光强的区域与来自第二个光源的粗略线性增加的区域的重叠。因此，放置在合适位置的一对灯可以产生一个基本上均匀和具有恒定光强的区域，环绕着该适当均匀和恒定光强区域有一基本线性低光强的区域。通过结合这样两对光源就能够产生在这些光源之间的具有均匀和恒定光强的很大面积的区域。利用附加的各对光源可以扩大这一区域。

在装置1的第一配置方式中，为了获得上述理论的优点，按照这样几对灯：灯421和422，灯423和424以及灯425和426来分布彩色分区光源421-426。然而，来自彩色分区光源421-426的光束成30°偏离竖直线或与料盘701a的顶部表面的垂直线成30°。这就将圆形的光图形变为椭圆形光图形。此外，由所使用类型的石英—卤素灯形成的区域并不是在第一位置形成的良好圆形的区域，图为具有限定尺寸的灯丝并不是像一个点光源那样产生作用。

为了在彩色区域420中形成均匀的区域，对彩色分区光源421-426的调节需要对沿着彩色分区光源支承框架427的每个光源的位置以及每个光源相对该框架倾斜角度进行调节。利用TV彩色摄像机405和在主计算机610上的诊断软件帮助监测该光照区域。分别对每对光源进行调节。将光照区域维持均匀度达到在1％RMS(均方根值)对于本发明就足够了，这已作到。改变彩色分区光源421-426每次都进行这种调节。

在装置1的第二配置方式中，为了形成适当均匀的光照区对彩色分区光源421和423的调节要求对每个光源沿彩色分区光源支承框架上的位置和每个光源相对该框架的倾斜角度进行调节。将光照区的均匀度维持平均值在30％之内对本发明就足够了，并已作到。当获取物体的图像时，要以由软件形成的参考白色光域的图像为对比，将物体的图像进行重整到一个基本单调的光域状态。当每次改变彩色分区光源421和423时，要调节该光照区。

正常操作使用

对于一个操作者来说，装置1的正常操作使用方式将一料盘701或一料盘盘架701b放在料盘下降单元100上并启动在主计算机610中的软件。然后料盘下降单元将放下一个料盘701到输送装置300上，然后料盘通过TV摄像机的视域460，如图用料盘701a所示，在该处获取用于分析的纤维束的图像，最终料盘701a将达到料盘提升单元200，在该处它被从输送装置300上移开。

利用一由料盘下降导轨101a、b和料盘下降折板102a、b两部分组成的机构，料盘下降单元100每次一个地将每一个料盘701由料盘架701b放到输送装置300上。正常料盘架701b由料盘下降折板102a、b的顶部水平部分支承，当料盘701被放到输送装置上时，料盘下降导轨101a、b上升刚好在料盘下降折板102a、b下方。然后折板打开，使料盘架701b下降几毫米落到料盘下降导轨101a、b上。然后料盘下降折板102a、b关闭，使得该顶部水平部分处在底部料盘和在料盘盘架701b中的邻近的料盘之间。大约10mm的料盘之间的间隔和每个循环周期料盘盘架701b下降的距离综合起来，保证实现这一点。然后料盘下降导轨101a、b下降到输送装置300，将底部料盘701放到输送装置输送带305上。当料盘下降导轨101a、b下降时，已经由底部料盘701支承的料盘盘架701b的其余部分命中料盘下降折板102a、b的顶部水平部分，并因此替代由该部分开始支承该架。料盘架现在具有一个新的底部料盘。

料盘架701b由下降装置后壁108支承在后部，在输送装置300行进的方向上的料盘盘架701b的横向定位由下降装置后壁导向件109和110限制，使得当因此放到输送装置300上时，每一料盘701的位置每次可重复在几毫米误差范围内。

假如料盘架701b未正确组装或未正确放在在几毫米误差范围内。料盘下降折板102a、b上，使得料盘下降单元100的运行可能易于产生故障，料盘盘架故障探测器505a、b将检测到不恰当的堆放并向微控制器601提供一个误差信号。另外，料盘在下降装置下探测器503用于检查料盘701是否已经成功地放在输送装置300上。当在料盘下降单元100上不再有料盘时(料盘架701是空的)，料盘在架上探测器501不再动作，这一点由微控制器601所检测。

输送装置300的运动由微控制器601控制。起动输送装置输送带电动机304，在料盘下降单元100下方的料盘701朝着TV摄像机的视域460前进。用于中止输送装置300的机理取决于如下情况：

·假如在TV摄像机的视域460中已经有一个料盘701a，输送装置300的运动将由料盘701a和料盘移动探测器A509和料盘移动探测器C511的结合信号来控制。

·假如在TV摄像机的视域460中已经没有料盘701a，那么输送装置300将送进一个最新落下的料盘，直到它阻断料盘移动探测器A509的光束为止。在来自料盘移动探测器A509的光束中止被阻断的瞬间，该输送装置300的位置就是严格中止位置。在这个阶段，料盘701实际上已经变为料盘701a。

·当料盘701离开TV摄像机的视域时，只有料盘移动探测器C511将会检测到最终的料盘窄槽702的通过。

当料盘下降导轨101a、b被完全降下，当由料盘下降导轨气动致动器探测器104a-b探测到时，料盘701在输送装置300上，条形码读取单元640a、b被起动以便读取在料盘701上的条形码标志642。在料盘701已经刚好落在输送装置300之上或移动在头10mm范围内，将会成功地实施这一点。经过条形码—主计算机连线641，条形码读取单元640a、b向主计算机610报告这一条形码标志642。条形码标志642的成功读取是对需成像的料盘701的主要预报。假如在短的时间内一般为几秒，条形码标志642不能被成功地读取，条形码读取单元640a、b向主计算机610报告这一故障，然后该计算机会产生适当的行为。这种行为一般是完成先前的料盘701a的成像，然后中止输送装置300，向操作者报警，操作者可以移开未经识别的料盘701或手动对该料盘输入一条形码。

在进入TV摄像机的视域460时，在料盘窄槽702中的一个特定的纤维首先进入彩色区域420。一旦输送装置300静止，主计算机610获取TV摄像机的视域460的RGB图像。该RGB图像包含在彩色区域420的特定纤维的彩色图像：为了分析纤维的存在、彩色信息和几何参数信息，将这一信息由该图像中提取并分析。同时，另一纤维可能处在卷曲区域430并进行卷曲分析。一旦已经完成这一点，输送装置300然后行进一个距离，其为一个料盘窄槽702加一个料盘内部窄槽缝隙703，这使得该特定纤维放在彩色区域420和卷曲区域430之间。再次由主计算机610获取在整个TV摄像机视域460中的RGB图像，不过对该特定纤维来说并没有汇集信息。可以对RGB图像中的其它纤维进行彩色和卷曲分析。一旦作到这一点，输送装置300再次行进同样的距离，使得该特定的纤维处在卷曲区域430中。再次由主计算机610获取RGB图像，提取对该特定纤维的卷曲信息并进行分析。这就完成了对特定纤维的分析。利用这种分析方式交错进行其它纤维的分析。

当整个料盘701已经通过TV摄像机视域460和所有纤维已经成像和被分析时，料盘701a行进到料盘提升单元200。在料盘701a通过TV摄像机视域460的过程中的任何故障都可能使对料盘701a的分析结果无效。在这种情况下，输送装置300中止并通知操作者从循环通道移开料盘701a。假如整个料盘701a的测量是成功的，那么在料盘701a中的各纤维的有关信息被积累，可能进行平均或其它的统计分析，以及利用条形码标志642和可能包括的时间、日期、装置号码、操作者ID(标志)等的其它信息未识别鉴定该结果。

当料盘701a在料盘提升单元200下方通过时最终会被提升器料盘挡块213所阻挡，其在料盘窄槽702的标高处而不是在顶部表面起作用。同时，料盘窄槽702阻断了该料盘在端部探测器506，该探测器由微控制器601检测。料盘提升导轨201a、b上升，提升料盘701a通过料盘提升卡具202。在短暂中止之后，通常大约1秒之后，料盘提升导轨201a、b下降返回到输送装置300。该料盘提升卡具202的位置是这样的，使得料盘701a下降的过程中被其截住并位于其上，其方式与在料盘下降折板102a、 b所实施的相似。各料盘全都在由提升器料盘挡块213所限定同一实际位置上中止，这就保证了各料盘在料盘提升单元200上落在一起，其方式与在料盘下降单元100上相同。微控制器601的功能在于减轻主要对机械式料盘操纵系统2的实时操作的负担。主计算机610通常指令微控制器601进行＂前进到下一个窄槽＂，其余的控制细节由微控制器601实施。另外由主计算机610向微控制器601发出的其它公用指令包括：＂起始化＂、＂畅通输送装置＂、＂起动新的料盘＂和＂完成旧的料盘＂。＂起始化＂保证在接通压缩空气源提供压缩空气之前使机械式料盘操纵系统2处在安全状态。＂畅通输送装置＂是指使输送装置300行进以及当来自料盘在下降装置下探测器503，料盘移动探测器510和料盘在提升器下探测器507的光束信号被阻断时，在料盘提升单元200处将各料盘卸下。＂开始新的料盘＂和＂完成旧的料盘＂保证对每个料盘在主计算机610和微控制器610之间的同步。其它用于详细测试硬件的诊断指令可以包含在用于微控制器601的软件中。

算法规则

由主计算机610记录的信息形成表示GRB图像的像素(图像元素)的二维(2-D)阵列。对于由摄像机产生的红、绿和蓝(RGB)三种颜色通道的每一条记录一单独的的2—D阵列。像素范围的值为从零，表示黑暗，到满刻度值，这根据在特定配置中所用的硬件而定，表示最大亮度。表示在彩色区域中的任一像素的三个数值被称为RGB矢量。

所有图像均由计算机程序分三个阶段进行分析：

1.分析毛线的颜色、夹杂物和夹杂物分布；

2.分析纤维的几何参数：长、粗、端部形状等；

3.分析纤维卷曲频率和卷曲轮廓。

利用由彩色区域420得到RGB信息完成任务1和2；利用通过仅利用一种颜色通道由卷曲区域430得到的信息完成任务3。

包含各纤维的料盘行进按步通过TV摄像机视域460，每次只行进一个料盘窄槽。在每一步中获取全部TV图像。一特定的纤维首先出现在彩色区域420，在该处由该图像汇集用于任务1和2的信息。然后移动到彩色区域420和卷曲区域430之间的区域。在这一步中没有关于纤维的信息要汇集。在下一步该特定纤维被移动到卷曲区域430，在该处汇集用于任务3的信息。

通常与原料毛线相关的各种颜色覆盖一限定的范围并且可以分为3个种类：夹杂物(一般工业分类包括红、棕、灰、黑)，原料毛线(一般工业采用白和淡黄的各种不同色调)以及其它(例如在加工羔羊毛过程中的各种识别颜色、由于生物损害、草地污染形成的颜色等)。通常不必要知道毛线或杂物的严格的颜色，一般利用这里作为实例给出的有限的颜色色调值的范围就足够了。为了研究利用的毛线和杂物区域的平均X、Y、Z数值，在执行这一步以后，可以代替记录报告。

通过这一分析得到的信息对每一纤维可以制表登记。对于由操作者识别或利用在料盘上的条形码标志识别的料盘，也可以对在一料盘中的所有纤维进行汇集，平均和作用平均值列表登记。

在大量论文中讨论了图像处理技术，例如由A.K Jain.Prentice Hall在1989在ISBN O-13-336165-9上发表的＂数字图像处理基础＂(本文称为＂Jain＂)以及由Rosenfeld&AC Kak在Acodemic press于1982的ISBN O-12-597301-2上发表的＂数字图像处理＂(本文称为R&K)，它们的内容结合本文可交叉参考。用于通用的算法的计算机代码可以由几个来源得到：由WH Press、BPFlannery、S A Teukolsky和W T Vetterling在Cambridge Up.1992 ISBN O-52-138330-7上发表的＂数字方法：科学计算的技术＂(Fortran方式)(本文称为NR)，其内容结合本文可交叉参考。

根据在图5中的流程图1200进行毛线纤维的颜色分析(步骤1)。利用主计算机610进行颜色分析的过程中进行的各个步骤概括如下：

在步骤1201，对在关注的区域内部的超过一特定强度值的像素的数目进行计数，假如该数目超过一阈值，则说明有一纤维存在。该特定强度值是一取决于该特定配置的参数，其选择在于在图像中的纤维区域和图像中的料盘背景(无纤维)之间进行辨别。

a.所关注的区域通常为在彩色区域420中的料盘窄槽内部的区域，不过也可能根据被检验的纤维的类型而改变。

b.用于指明纤维存在的阈值数目可以取决于被检验毛线的一般类型和尺寸。

在步骤1202，对所关注的区域进行阈值设定操作(参阅Jain的.2节或在A&K中的10.1.2节)，其中将具有的数值小于一特定值的所有像素设为零值，以便在顺序的操作中在被为代表纤维的像素和不代表纤维的像素之间进行辨别。所采用的阈值将取决于使用中的硬件，其通常具有标定范围为：0-63(6比特)、0-255(8比特)，0-1023(10比特)。这一操作将会留下代表纤维的非为零的像素的很大相互连接的面积区域，但是也可能留下非为零的像素的其它各小的区域，代表无关的物体例如灰尘颗粒。利用如下的其中一种方法可以除去各小的区域：

a.在关注区域内的消蚀和扩展(参阅Jain的9.9节)或者

b.在关注区域内标记所有连接的非为零的区域(参阅Jain的9.13节)然后对像素全都进行变换。除了将最大的标记区域置为0以外。

其余的各像素的非为零的区域被称为经阈值化的目标(物体)。

在步骤1203，对将经阈值化的目标中的每个像素的RGB矢量乘以4×3的变换矩阵，以便产生对于该像素的CIE(CommissienInternatinonale de 1′Eclairage)XZZ矢量(参阅Jain的3.8节)。对于正常的颜色范围，X、Y和Z数值范围粗略从0约到100。利用X、Y、Z空间，因为它是国际标准并且公知利用线性变换由RGB空间可以得到(参阅Jain中的P67)。该4×3变换矩阵中的各基元一般是根据利用已知的X、Y、X数值的带颜色的目标的校正方法，对于每个系统利用线性回归得到的。

利用如下的其中一种方法可以做到，把X、Y、Z颜色空间降低到少量的一般工业分类或颜色色调数值；可以使其它的方法来得到等效的信息：

a.最大值似然估算法(见Jain 8.15节和NR的14.6节)

b.主要成分分析法(参见Jain的7.6节)。

在步骤1204，对在该阈值的目标中的每个像素进行这种降低作业。

在步骤1205，对每种颜色色调数值的在经阈值化的目标中的像素进行计数。对于那些在毛线中可能发现的杂物相对应的颜色，按照有很大概率的选择利用最高数字表示的颜色并且将具有其它杂物颜色的像素加之改变，以便表示该选择的或很大概率的杂物的颜色。记录报告根据典型的工业分类和/或平均的X、Y、Z数值对于该杂物区域的杂物颜色。

在步骤1206，根据与原料毛线对应的颜色，以类似的方式对这些像素全都提供最相象的原料毛线的颜色，如在步骤1203中一样。对杂物区域的，根据典型工业分类和/或平均X、Y、Z数值确定的这种毛线颜色被记录报告。

在步骤1207，利用如下方法确定沿着纤维长度由杂物区域向原料毛线区域的变换的位置，该方法为：

a.将像素的2D阵列缩减为沿着纤维长度的1D的二矢量，一个1D矢量部分表示杂物像素的计数值，第二个1D矢量表示原料毛线像素的计数值，每一个矢量与在2D阵列中的列相对应，

b.由两个矢量定位在杂物和原料毛线像素之间的50％转变点。

假如纤维的端部区域包含很大数量的清洁的毛线像素，以相似的方式确定由清洁的毛线到杂物的转变点的位置，这被作为＂洗清＂距离记录报告。

由上述参数可以得到彩色图像的其它统计特性，包括：

a.杂物区域的百分率(杂物面积对总的纤维面积的比例)

b.＂洗清＂区域的百分率(洗清区域对总的纤维面积的比例)。

在任务2中，根据在图6中的流程图1300进行几何参数的分析。在步骤1301中，利用如下的步骤求出包含经阈值的目标的边界：

a.根据与在目标图像中对应列中的非为0的像素的计数值相对应的基元部分产生1D纤维粗细度(Width)矢量。

b.根据在相应的各排中的非为0的像素的计数值相对应的基元部分产生1D纤维长度矢量。

c.沿两个方向扫描在每个1D矢量中的各基元部分，从第一个朝向最后一个及从最后一个朝向第一个，以及查出这样一些基元，在该处非为零的像素的数目首先超过一与该系统适宜的一个阈值。

d.对于纤维长度矢量，左和右转换的位置被称为左和右边界；对于纤维粗细度矢量，上和下转变位置被称为顶部和底部边界。

在步骤1302，计算上下边界之间的距离并称为纤维的粗细度；计算左和右边界之间的距离并被称为纤维的长度。目标纤维的长度和粗细度可以用像素的计数值来表示，或者可以根据像素间隔对图像间隔的变换系数变换为毫米。这一变换系数可以通过分析已知尺寸的目标简单地产生。在步骤1303，分析在纤维的端部的纤维粗细度矢量，以便得到从纤维的端部到纤维的主体部分的转变的斜度。在25％的粗细度和75％的粗细度之间的距离被称为端部形状参数。通过参照由许多有经验的毛线业的工作者提出的校准比例，利用A-E的最终标定比例，将这一参数变为一端部倾斜度。

在任务3中，根据图7中的流程图1400进行卷曲分析。在步骤1401，检查存在的目标的纤维尺寸。通过利用由颜色分析步骤1202得到的纤维存在的信息，假如先前已经进行的话，或者可以再次以相似的方式进行分析。

在步骤1402，形成经阈值化的形式的图像。通过利用由步骤1202得到的信息，或者假如有可能使纤维可以在窄槽内部移动，由于该信息被计算，然后可以重复进行在步骤1202中的相同程序，也可以实现形成该图像。所采用的阈值可以与在步骤1202中的相同也可以不相同，这取决于在彩色和卷曲区域上的相对光的强度。

在步骤1403，计算纤维的卷曲频率。利用富里埃变换可实现。利用几个已知的其中一种方法(参阅在Jain的第2章和NR的第12章)就可完成该变换。对图像的经阈值化的纤维区域中的每一排进行该变换，对所有各行的频谱进行加和，以便对整个阈值化的区域产生平均的频谱。对所关心的频率范围进行分析，对于原料毛线纤维一般从每厘米一个卷曲到每厘米12个卷曲。

在步骤1404，对产生的频谱进行简化，对峰值进行扫描，将最高幅值的峰值的频率、正常超过选择的阈值的频率指定为卷曲频率。每厘米的卷曲数被记录报告，与现行的毛线行业的实践相一致。

在步骤1405，对可表明卷曲轮廓的很多参数，分析卷曲的形状、频率、峰值进行分析(其中＂卷曲轮廓＂在毛线行业是一公知的术语)。这些参数可以包括：

a.卷曲峰值高度，

b.在二分之一高度处的卷曲峰值宽度，如在每毫米卷曲中所测量的，

c.卷曲频率对b的比，像在电子工程领域中峰值下的Q值一样，也是公知的，

d.上述参数的任何其它结合。

可以根据在各自步骤的标定值例如A-E或根据数字标定值将卷曲记录报告；前者避免了由于对以上列举的可能的各轮廓的不同范围所带来的问题。通过参照由很多的有经验的毛线行业工作者提出的校准标定值，求出数字值对步骤标定值的变换关系。

典型应用

对于操作者来说装置1的正常使用方式为将一料盘或一料盘架放在料盘下降单元100上以及启动在主计算机610的程序。料盘下降单元100然后将每次一个将各料盘降到输送装置300上，使料盘通过TV摄像机视域460，在该处获取用于分析的RGB图像，最终料盘将到达料盘提升单元200，在该处各料盘从输送装置300移开。

当料盘降低到输送装置300上时，具有两个头的条形码读取单元640a、b试图由料盘的一端或另一端读取条形码标志642。假如成功作到这一点，由条形码读取单元640a、b送向主计算机的信息由条形码头的识别符号(对于接近TV摄像机视域460的头为1，对于远离的头为2)以及条形码标志642本身组成。由条形码头提供的条形码标志642的信息用于描述纤维在料盘中的取向，这一信息简化了图像分析的方法。

料盘进入TV摄像机视域460及由主计算机610获取所需的图像，当料盘离开TV摄像机的视域460朝向料盘提升单元200时，对图像进行分析和综合。关于在料盘中的纤维的汇集信息然后存储到数据存储器中，该存储器该信号可以打印或传输到另一台计算机以便进一步处理。对于一典型的料盘所汇集数据可以表示如下：

                                            表1

纤维号	粗细度mm	端部斜度	卷曲频率	卷曲轮廓	毛线X％	毛线Y％	毛线Z％	杂物area％	杂物X％	杂物Y％	杂物Z％
												1	12	D	7	A	44	46	46	10	18	18	14
2	15	A	7	B	48	49	50	11	20	20	15
												3	17	C	8	A	39	39	39	19	15	15	11
4	13	B	8	A	31	32	32	13	12	12	8
												5	19	B	7	B	33	33	32
6
												7	13	A	8	A	45	46	45	18	14	14	10
8	14	D	7	A	49	50	50	14	19	19	15
												9	16	D	7	A	45	46	47	16	18	18	14
10	17	A	8	B	52	53	53	15	20	20	16
												11	15	D	8	B	48	49	49	14	15	15	11
12	14	E	6	A
												13	16	D	8	A	40	41	41	11	16	16	13
14	11	B	7	D	38	39	39	15	16	16	12
												15	17	A	8	A	44	45	46	10	21	21	17
16	10	B	6	A	43	44	46	10	20	19	15
												17	11	B	6	A	47	48	49	4	25	25	20
												No.	16	16	16	16	14	14	14	14	14	14	14
平均	14	B	7	A	44	45	45	13	18	18	14

*下面为对于以上结果应当指出的说明：

·所有的纤维都有杂物区(例如6^#纤维)或杂物与毛线区域分开(例5^#纤维)

·6号纤维例如可能第二次切断的，对进行有效测量太短。

·在这种情况下将X、Y、Z数值而不是将行业颜色记录报告。

·清洁的毛线不会是亮白色其X、Y、Z数值近于100；所示数值为很多毛线类型的典型值

表1中所示的这些结果与由200个有经验的鉴定人员得到的结果广为一致，指出如下的注意之处：

·与客观的测量系统例如装置1相比，人的鉴别纤维粗细程度的能力是不佳的；3mm的误差是一般的。此外，一般情况下不同的操作者对于纤维端部具有不同的分辨力，除非其是受过长期训练并且方法正规。

·端部斜度是由不同的人按不同的方式鉴别的，因此是主观度量效果不佳的。利用算法将该端部分为五类的其中之一，如机械标准所限定，为了评定纤维，认为这种结果是足够的。

·在表1引用的卷曲频率达到1卷曲/cm，但是对于低于10卷曲/cm的数值，易于测量到0.1卷曲/cm，人的鉴定能够使误差易于达到10-20％。

·由不同的人以不同的方式鉴定卷曲轮廓，因此是主观度量的，效果不佳。优于3级的分辨率不是普遍的。而利用算法一般精确到1％。

·由人很少能测量出毛线颜色和杂物颜色，相当程度上所做分类是分为红、综、灰等。对于各种颜色之间的边界，鉴定人们之间存在相当大的差别。对于以X、Y、X方式用2单位的颜色测量的一般接受的限值具有较大的重要性。表1中所示的测量一般可重复到一个单位，尽管越过一纤维的天然变化可以达到10个单位。

·由人进行杂物面积的鉴别很少分辨超过10％的水平。通过选择在算法中的阈值之大小可以由算法进行鉴别，而且对于一指定的阈值，可再现达到1％。

整个说明书中术语＂包含＂是取作＂包括＂基本上由…组成＂或＂由…组成＂之中的任一含意。

Claims (15)

1.用于测定一个物体的至少两个不同的可视特征的方法，包含

(I)测定物体的第一参数，利用

(a)在第一参数测量相互作用空间中使该物体定位；

(b)光照射在第一参数测量相互作用空间中的物体，该空间具有的光域是由一基本上均匀分布的测量光域和一显著均匀分布的测量光域构成的组合中选择出来的；以便产生无表面起伏的测量出射光，该光包含与物体的无表面起伏的特征相关的可视信息；

(c)检测该无表面起伏的测量出射光和由其产生信，因此该信号是第一参数的函数；以及

(d)由该信号测定第一参数；

(II)测定物体的第二参数，利用

(a′)在第二参数测量相互作用空间中使该物体定位；

(b′)光照射在第二参数测量相互作用空间中的物体，该空间具有定向的测量光域，以便产生表面起伏的测量出射光，该光包含与物体的表面起伏特征相关的可视信息；

(c′)检测该表面起伏的测量出射光并由其产生信号，因此，该信号是第二参数的函数；以及

(d′)由该信号测定第二参数。

2.如权利要求1所述的方法，其中的步骤(b)包含光照射的所述物体所在位置是由如下组合之中选择出来的，该组合包含：在非反射的表面上，在基本上非反射的表面上、在无光泽的黑色粗糙表面上，相对于非反射的背景、相对于基本非反射的背景，以及相对于无光泽的黑色粗糙背景。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中步骤(b)和(b′)中的至少一个包含：光照射的所述物体所在位置是由如下组合之中选择出来的，该组合包含：在一反射的表面上，在一光滑的黑色表面上，在一基本上非反射的表面上，在一无光泽的黑色粗糙表面上，相对一反射的背景，相对于一基本上非反射的背景，相对于一光滑的黑色背景，以及相对于一无光泽的黑色粗糙背景。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中的物体包含由如下组合中选择出来的一个或多个纤维类物体，该组合包含：纤维束、人造纤维、原料羊毛纤维、羊毛线纤维、合成纤维、天然纤维、染色纤维、纤维绳、线、纱、线束、纱束、纤维束、绳束、短纤维线、短纤维纱、短纤维绳、棉纤维、原料棉纤维、羊毛发纤维和原料羊毛发纤维。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中的第一参数是由如下的组合中选择出来的，该组合包括：颜色、颜色分布、形状、直径、面积、化学成分、元件的数量、宽度、长度、吸收率、反射率、介电常数，荧光性，位置，取向和密度。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中的第二参数是由如下的组合中选择出来的，该组合包含：形状、直径、面积、元件的数量、厚度、宽度、长度、吸收率、反射率、透射率、介电常数、遮蔽、自身遮蔽、荧光性、表面结构，表面周期性，表面规律性、其它表面细节特征、位置、取向、表面波纹、表面皱纹、表面伸张、表面粗糙度、表面轮廓和密度。

7.一种用于测定一个物体的至少两个不同的可视特征的装置，包含：

(I)用于测定物体的第一参数的装置，包含：

(a)用于使该物体在第一参数测量相互作用空间中定位的装置；

(b)用光照射在第一参数测量相互作用空间中的物体的装置，该空间具有的光域是由下组合中选择出来的，该组合包含一基本均匀的测量光域和显著均匀的测量光域，以便产生无表面起伏测量出射光，其包含与物体的无表面起伏特征有关的可视信息；

(c)用于检测该无表面起伏测量出射光以及由其产生信号，因此该信号是第一参数的函数，该检测器与(b)中的用于光照射的装置在操作上相关连；以及

(d)用于测定该第一参数的装置，该用于检测的装置与(c)中的检测器在操作上相关连；

(II)用于检测物体第二参数的装置，包含：

(a′)用于使该物体在第二参数测量相互作用空间中定位的装置；

(b′)用于光照射在第二参数测量相互作用空间中的该物体的装置，该空间具有一定向测量光域，以便产生表面起伏测量出射光，该光包含物体的表面起伏特征相关的可视信息；

(c′)用于检测该表面起伏测量出射光以及由其产生信号的装置，因此，该信号是第二参数的函数，该检测器与(b′)中的用于光照射的装置在操作上相关连；以及

(d′)用于由该信号测定第二参数的装置，该测定装置与(c′)中的检测器在操作上相关连。

8.如权利要求7所述的装置，其中用于光照射在第一参数测量相互作用空间中的物体的装置包含用于对有基本恒定的光域的第一参数测量相互作用空间中的该物体进行光照射的装置。

9.如权利要求7所述的装置，其中一用于光照射在第一参数测量相互作用空间中的物体的装置包含，用于对在具有一基本恒定和单调光域的第一参数测量相互作用空间中的该物体进行光照射的装置。

10.如权利要求7所述的装置，还包括用于将第一参数测量相互作用空间和第二参数测量相互作用空间相分隔的装置。

11.如权利要求7所述的装置，其中该用于检测无表面起伏测量出射光的检测器和该用于检测表面起伏测量出射光的检测器是一个检测器，是一个图像检测器。

12.如权利要求11所述的装置，其中的图像检测器是由摄像机、行扫描摄像机和飞行点扫描器构成的组合中选择出的。

13.如权利要求7所述的装置，还包括：

(dd)用于测定与一个物体的第一和/或第二参数的测量相关的统计信息的装置，其与用于测定第一和/或第二参数的装置在操作上相关连。

14.如权利要求13所述的装置，还包括：

(ddd)用于测定对多个物体进行(dd)中的多项测量相关的统计信息的装置，其与用进行(dd)中的测定的装置在操作上相关连。

15.如权利要求7所述的装置，还包括由如下组合选择出的至少其中一个装置，该组合包含：

(i)用于由作为第一参数的函数的信号测定的测量参数来测定物体的第一参数的装置，其与(c)中的检测器在操作上相关连；

(ii)用于对由作为第一参数的函数的信号测定的测量参数进行存储的装置；其与(c)中的检测器在操作上相关连；

(iii)用于存储物体的第一参数的装置，其与用于测定第一参数的装置在操作上相关连；

(iv)用于修正物体的测量参数的装置，其与用于存储由作为第一参数的函数的信号测定的测量参数的装置在操作上相关连；以及

(v)用于修正物体的第一参数的装置，其与用于存储第一参数的装置在操作上相关连。

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