CN113724241B - 一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法、装置和存储介质，通过预设算法将图片转换为灰度图像数据，再进行均值滤波处理将图像变得更为平滑，在黑白相间的碳纤维布面区域中，经过滤波后使黑色变淡，白色变深，即黑色区域像素点的灰度值由小变大；当变化超过一定设定范围，则选中超过区域，筛选出灰度值差值大于预设偏移量的像素点，形成若干检测区域；通过预设侵蚀圆区域去除检测区域边缘处的循环结构区域，使布面特征更为清晰，再检测重新筛选出检测区域，通过每个检测区域包含的像素点个数判定是否为毛丝区域；通过电子设备实现对碳纤维布面毛丝的在线智能检测，提高检测精度，同时节省了大量的人力物力。

Description

一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及碳纤维生产技术领域，尤其涉及一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法、装置和存储介质。

背景技术

碳纤维既具备碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工特征，是新一代增强纤维，常用作飞机、航空以及风电叶片材料等。碳纤维是一种黑色的扁平纱线，易脆且容易起毛；碳纤维板材的生产需要将碳纤维经编织物浸渍树脂后热固成型。

碳纤维经编织物通过碳纤维经纱与玻璃纤维纬纱一起用捆绑线进行编织，使展纤后的碳纤维经纱在纬向上分成多股碳纤丝束。在编织成型的碳纤织物表面上，玻璃纤维纬纱沿经向均布且由经向设置的捆绑纱固定连接；其中，碳纤维是黑色的，玻璃纤维和捆绑纱均是白色，使碳纤维经编织物的表面呈现出由玻璃纤维和捆绑纱分隔出的若干黑色碳纤维区域。

当碳纤维织物生产输送过程中，碳纤与辊筒之间相互摩擦，容易起毛，产生毛丝，如果在碳纤维织物上出现毛丝会影响碳纤维织物的强度和品质。人工检测不适用自动化程度较高的生产线，且检出率很低，因此需要在生产过程中对织物进行在线检测。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法、装置和存储介质，使其更具有实用性。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法、装置和存储介质。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法，包括以下步骤：

S1：设置监控区域并确认预设参数，实时采集碳纤维经编织物的视频图像，

S2：提取视频图像中的每一帧图片，将每一图片的彩色图像数据f转换为第一灰度图像数据g ₀ ；

S3：将第一灰度图像数据g ₀ 均值滤波处理，生成第二灰度图像数据g _t ；

S4：将第一灰度图像数据和第二灰度图像数据的差值与预设偏移量α比较，并筛选出边界点；

S5：提取所有边界点并根据其连续性分割出若干个检测区域；

S6：通过预设腐蚀半径R去除每一检测区域中具有循环结构元素的区域；

S7：根据预设条件判定侵蚀后的检测区域是否表示毛丝。

进一步的，在步骤S2中，通过预设算法提取每一图片中所有像素点的灰度值，具体通过如下公式获得灰度图像数据：

g ₀ =0.299*R+0.587*G+0.114*B；

其中，g ₀ 表示计算处理得出的像素点的灰度值，R、G、B分别表示该像素点的三原色数值。

进一步的，在步骤S1中，当监控区域设置完成后，通过检测相机采集织物图片，确定其中每股碳纤维丝束的宽度为w；由玻璃纤维和捆绑纱分隔出的若干黑色碳纤维区域中每一小块黑色碳纤维区域的面积为w²/2；玻璃纤维纬纱的线宽区间为[0.1w，0.2w]；

设置偏移量α的取值区间为[5，10]；设置预设腐蚀半径R的取值区间为[0.1w，0.2w]，判定毛丝的预设条件为：侵蚀后的检测区域面积S≥βw²，其中β为毛丝在碳纤维经纱长度方向上遮挡的小块黑色碳纤维区域个数，β的取值区间为[5，8]。

进一步的，通过预设核为K的矩阵对第一灰度图像数据g ₀ 中的所有像素点依次进行均值滤波处理。

进一步的，在步骤S3中，将图片中的所有像素点放入坐标系中，其中碳纤维经纱长度方向为y轴，图片中左下端的像素点处为坐标原点；

在步骤S4筛选边界点的过程中，当像素点灰度图像数据满足如下公式：

g _t - g ₀ ≥α；

则选定该处坐标的像素点为边界点。

进一步的，在步骤S5中，将坐标系中位置连续的多个边界点所构成的区域设定为一个检测区域。

进一步的，在步骤S6中，根据预设腐蚀半径R设置一个腐蚀圆区域，并将腐蚀圆区域的圆心沿检测区域的边缘边界点行走一圈，同时剔除检测区域中与腐蚀圆区域相接触的像素点，完成检测区域中循环结构元素的去除。

进一步的，偏移量α在其取值区间中选取最小值，腐蚀半径R在其取值区间中选取中间值。

一种碳纤维经编织物的毛丝检测装置，包括：

输送模块，用于碳纤维织物的输送；

摄像模块，用于实时采集经过的碳纤维织物图像；

检测模块，对采集的碳纤维织物图像进行处理并筛查出布面毛丝。

一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序处理器执行时实现上述碳纤维经编织物的毛丝检测方法。

本发明的有益效果为：

在本发明中，通过预设算法将采集的彩色图像数据转换为灰度图像数据，对灰度图像数据进行均值滤波处理使图像变得更为平滑，具体的，在黑白相间的碳纤维布面区域中，经过滤波后使黑色变淡，白色变深，即黑色区域像素点的灰度值由小变大；

当变化超过一定设定范围，则选中超过区域，具体将灰度图像数据与滤波图片进行比较，筛选出灰度值差值大于预设偏移量的像素点，形成若干检测区域；

通过预设侵蚀圆区域去除检测区域边缘处的循环结构区域，使布面特征更为清晰，再检测重新筛选出检测区域，通过每个检测区域包含的像素点个数判定是否为毛丝区域；

通过电子设备实现对碳纤维布面毛丝的在线智能检测，提高检测精度，同时节省了大量的人力物力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中毛丝检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中转换为灰度图像数据的示意图；

图3为本发明实施例中均值滤波处理后的示意图；

图4为本发明实施例中动态阈值分割提取后的示意图；

图5为本发明实施例中去除循环结构元素后的示意图；

图6为本发明实施例中筛选出毛丝区域后的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明公开了一种碳纤维经编织物上的毛丝检测方法，用于碳纤维生产过程中在线检测碳纤维布面上的毛丝，具体通过计算机对采集到的布面图像进行逐步处理，将布面上属于毛丝部分的像素点筛选出来。如图1所示，包括以下步骤：S1：设置监控区域并确认预设参数，实时采集碳纤维经编织物的视频图像， S2：提取视频图像中的每一帧图片，将每一图片的彩色图像数据f转换为第一灰度图像数据g ₀ ；S3：将第一灰度图像数据g ₀ 均值滤波处理，生成第二灰度图像数据g _t ；S4：将第一灰度图像数据和第二灰度图像数据的差值与预设偏移量α比较，并筛选出边界点；S5：提取所有边界点并根据其连续性分割出若干个检测区域；S6：通过预设腐蚀半径R去除每一检测区域中具有循环结构元素的区域；S7：根据预设条件判定侵蚀后的检测区域是否表示毛丝。

本发明具体用于检测碳纤维经编织物上的毛丝区域，碳纤维经编织物通过碳纤维经纱与玻璃纤维纬纱一起用捆绑线进行编织，碳纤维和毛丝均是黑色，玻璃纤维和捆绑纱均是白色，使布面呈现出若干黑白相间的区域。在监控区域设置检测相机，光源通过折射板向布面打光，便于相机采集。

具体实施过程中，通过预设算法将采集的彩色图像数据转换为灰度图像数据，如图2所示，对灰度图像数据进行均值滤波处理使图像变得更为平滑，如图3所示，去除图片中的细节与轮廓信息，保留大致背景，具体的，在黑白相间的碳纤维布面区域中，经过滤波后使黑色变淡，白色变深，即黑色区域像素点的灰度值由小变大。

当变化超过一定设定范围，则选中超过区域，具体将灰度图像数据与滤波图片进行比较，筛选出灰度图像中像素点灰度值减去滤波图像中像素点灰度值大于预设偏移量的像素点，将筛选出的彼此之间相邻的像素点分割形成若干检测区域，如图4所示。

再通过预设侵蚀圆区域去除检测区域边缘处的循环结构区域，使布面特征更为清晰，再检测并重新筛选出检测区域，如图5所示，通过每个检测区域包含的像素点个数判定是否为毛丝区域，如图6所示。本发明中，通过电子设备实现对碳纤维布面毛丝的在线智能检测，提高检测精度，同时节省了大量的人力物力。

当检测时，在步骤S1中，当监控区域设置完成后，需要根据检测环境确定预设参数，通过检测相机采集织物图片，确定其中每股碳纤维丝束的宽度为w；由玻璃纤维和捆绑纱分隔出的若干黑色碳纤维区域中每一小块黑色碳纤维区域的面积为w²/2；玻璃纤维纬纱的线宽区间为[0.1w，0.2w]。

进一步，设置偏移量α的取值区间为[5，10]；设置预设腐蚀半径R的取值区间为[0.1w，0.2w]，判定毛丝的预设条件为：侵蚀后的检测区域面积S≥βw²，其中β为毛丝在碳纤维经纱长度方向上遮挡的小块黑色碳纤维区域个数，β的取值区间为[5，8]。

在步骤S3中，通过预设核为K的矩阵对第一灰度图像数据g ₀ 中的所有像素点依次进行均值滤波处理。在本实施例中，设置核大小为(40,40)的矩阵，

，历遍灰度图像数据中每一像素点，在此设置的矩阵核越大，滤波处理效果越均匀。

进一步的，在步骤S3中，将图片中的所有像素点放入坐标系中，其中碳纤维经纱长度方向为y轴，图片中左下端的像素点处为坐标原点；步骤S4筛选边界点的过程中，当像素点灰度图像数据满足如下公式，则选定该处坐标的像素点为边界点。

g _t - g ₀ ≥α；

在本发明中，设置偏移量为5，若灰度图像减去滤波图像对应像素点的灰度值大于等于5，则选中该像素点。

筛选出所有满足上述条件的边界点，在步骤S5中，将坐标系中位置连续的多个边界点所构成的区域设定为一个检测区域。形成的检测区域边缘精度不足。在步骤S6中，根据预设腐蚀半径R设置一个腐蚀圆区域，并将腐蚀圆区域的圆心沿检测区域的边缘边界点行走一圈，同时剔除检测区域中与腐蚀圆区域相接触的像素点，完成检测区域中循环结构元素的去除，使布面特征更为清晰。

经过侵蚀后的检测区域，可能会在其薄弱的部分进一步分割，使布面纹理更清晰。重新筛选符合条件的检测区域，并根据其中包含的像素点个数判定是否为毛丝区域。作为上述实施例的优选，偏移量α在其取值区间中选取最小值，腐蚀半径R在其取值区间中选取中间值。偏移量取值越小，筛选越精确，腐蚀半径R取值过大会直接消除碳纤维纹理特征以及需要检测的毛丝区域特征，取值过小无法将碳纤维纹理区域分割清晰，适中的值可以使碳纤维纹理经过适当腐蚀得以保留，同时保留毛丝瑕疵特征。

本发明还公开了一种碳纤维经编织物的毛丝检测装置，包括：输送模块，用于碳纤维布的输送；摄像模块，用于实时采集经过的碳纤维图像；检测模块，对采集的碳纤维图像进行处理并筛查出布面毛丝。

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可以在处理器上运行计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述碳纤维经编织物的毛丝检测方法。

以及一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序处理器执行时实现上述碳纤维经编织物的毛丝检测方法。

程框架图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种碳纤维经编织物的毛丝检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设置监控区域并确认预设参数，实时采集碳纤维经编织物的视频图像；

S2：提取视频图像中的每一帧图片，将每一图片的彩色图像数据f转换为第一灰度图像数据g ₀ ；

S3：将第一灰度图像数据g ₀ 均值滤波处理，生成第二灰度图像数据g _t ；

S4：将第一灰度图像数据和第二灰度图像数据的差值与预设偏移量α比较，并筛选出边界点；

S5：提取所有边界点并根据其连续性分割出若干个检测区域；

S6：通过预设腐蚀半径R去除每一检测区域中具有循环结构元素的区域；

S7：根据预设条件判定侵蚀后的检测区域是否表示毛丝；

在步骤S2中，通过预设算法提取每一图片中所有像素点的灰度值，具体通过如下公式获得灰度图像数据：

g ₀ =0.299*R+0.587*G+0.114*B；

其中，g ₀ 表示计算处理得出的像素点的灰度值，R、G、B分别表示该像素点的三原色数值；

在步骤S1中，当监控区域设置完成后，通过检测相机采集织物图片，确定其中每股碳纤维丝束的宽度为w；由玻璃纤维和捆绑纱分隔出的若干黑色碳纤维区域中每一小块黑色碳纤维区域的面积为w²/2；玻璃纤维纬纱的线宽区间为[0.1w，0.2w]；

设置偏移量α的取值区间为[5，10]；设置预设腐蚀半径R的取值区间为[0.1w，0.2w]，判定毛丝的预设条件为：侵蚀后的检测区域面积S≥βw²，其中β为毛丝在碳纤维经纱长度方向上遮挡的小块黑色碳纤维区域个数，β的取值区间为[5，8]；

通过预设核为K的矩阵对第一灰度图像数据g ₀ 中的所有像素点依次进行均值滤波处理；

在步骤S3中，将图片中的所有像素点放入坐标系中，其中碳纤维经纱长度方向为y轴，图片中左下端的像素点处为坐标原点；

在步骤S4筛选边界点的过程中，当像素点灰度图像数据满足如下公式：

g _t - g ₀ ≥α；

则选定该处坐标的像素点为边界点；

在步骤S5中，将坐标系中位置连续的多个边界点所构成的区域设定为一个检测区域；

在步骤S6中，根据预设腐蚀半径R设置一个腐蚀圆区域，并将腐蚀圆区域的圆心沿检测区域的边缘边界点行走一圈，同时剔除检测区域中与腐蚀圆区域相接触的像素点，完成检测区域中循环结构元素的去除。

2.根据权利要求1所述的碳纤维经编织物的毛丝检测方法，其特征在于，偏移量α在其取值区间中选取最小值，腐蚀半径R在其取值区间中选取中间值。

3.一种碳纤维经编织物的毛丝检测装置，采用上述权利要求1和2中任一项所述的碳纤维经编织物的毛丝检测方法，其特征在于，包括：

输送模块，用于碳纤维织物的输送；

摄像模块，用于实时采集经过的碳纤维织物图像；

检测模块，对采集的碳纤维织物图像进行处理并筛查出布面毛丝。

4.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序处理器执行时实现根据权利要求1和2中任一项所述的碳纤维经编织物的毛丝检测方法。

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