CN1176375C - 织物起球等级的客观评估系统 - Google Patents
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Abstract
一种织物起球等级的客观评估系统，其特征在于该系统包括：一箱体，该箱体内设有一细杆、一调节辊和一传动轴，过该细杆、调节辊和传动轴绕设一传送带，当用一电机带动传动轴运动时，可使传送带及固定在该传送带上的织物绕细杆、调节辊和传动轴缓慢移动；在该箱体内，在细杆的正下方设有一光源和毛玻璃，在细杆的正上方的箱体外设有摄像头，该箱体上开有一长方形通光孔，光源发出的光经毛玻璃以准平行光照射到细杆上的待测织物上，摄像头通过长方形孔可对待测织物进行摄像；该摄像头连续摄取的图像通过安装在计算机中的采集卡送入计算机并进行数据分析处理，最后得出待测织物的起球等级。
Description
技术领域：
本发明与织物毛球有关，特别是一种关于织物毛球起球等级的客观评估系统及其评估方法。
背景技术：
织物表面通过实际穿着或者其它机械运动形成毛球后，需要对织物的起球程度进行评估。迄今为止主要由主观评定，常用方法为样照法，即在标准光照条件下，通过人的视觉将起球织物与标准样照进行对比，确定织物的起球程度。织物主观评估由于评估者的经验和把握尺度不一致导致评估结果差异性很大，即使同一评估者在不同的时间里对同一织物评估的等级也有差异。
随着信息时代的到来及计算机软硬件的发展，许多研究者已经借助计算机视觉和模式识别技术来代替人的视觉和人脑分析，对织物起球等级客观评估进行研究。如：
1.Abril，H.C.，Millan，M.S.And Torres，Y.，Objective automaticassessment of pilling in fabrics by image analysis，Optical Engineer.39，1477-1487(2000)；
2.Abrid，H.C.，Torres，Y And Navarro，R，Automatic method based onimage analysis for pilling evaluation in fabrics，Optical Engineer.37，2937-2947(1998)；
3.Airikasemlert，A.And Tao，X.，Objective Evaluation of TextileChanges in Knitted Fabrics by Laser Triangulation，Textile Research Journal.70，1076-1087(2000)；
4.His，C.H.，Bresee，R.R.，and Annis，P.A.，Characterizing Fabric Pillingby Using Image-analysis Techniques Part I：Pill Detection and Description，Journal of the Textile Institute.89，80-95(1998)；
5.His，C.H.，Bresee，R.R.，and Annis，P. A.，Characterizing Fabric Pillingby Using Image-analysis Techniques Part II：Comparison with Visual PillRatings，Journal of the Textile Institute.89，80-95(1998)；
6.Konda，A.，Xin，L.C.，Takadera，M.，Okoshi，Y.，and Toriumi K.，Evaluation of Pilling by Computer Image Analysis，Journal of the textileMachine.Society of Japan.36，96-107(1990)；
7.Ramgulam，R.B.，Amirbayat，J.，and Porat，I.，The ObjectiveAssessment of Fabric Pilling Part I：Methodology，Journal of the TextileInstitute.84，221-226(1993)；
8.Ramgulam，R.B.，Amirbayat，J.，and Porat，I.，The ObjectiveAssessment of Fabric Pilling Part II：Experimental Work，Journal of TextileInstitute.85，397-401(1993)；
9.Xu，B.，Instrument Evaluation of Fabric Pilling，Journal of TextileInstitute.88，488-500(1997)等对织物起球等级的客观评估进行了研究。研究方法可分为灰度图像分析方法、距离图像分析方法和光电法。
灰度图像系统就是采用CCD摄像机及个人计算机系统将起球织物的三维场景映射到二维传感平面上，只保留光强信息。灰度图像的像素值代表一定条件下织物表面的反射光强度，通过对灰度图像分析提取毛球信息，然后评级。Konda、Panhuber、Xu、Abril及His等人对织物的灰度图像先进行噪声去除、光照不匀修正、底纹滤除等预处理，再采用全局阈值、分块阈值、或模板匹配对毛球分割，然后根据毛球个数、面积、密度、均匀性、对比度、取向度等指标确定织物的起球等级。尽管以上研究都取得了一定的成果，但仍处于一种探索阶段，只适合于浅色、素色及简单组织织物，不适应于纹理复杂或伴有局部印花的织物。
距离图像系统主要为激光三角法测量系统，通过激光逐点扫描织物表面，得到反映织物表面整个高度分布的二维数据即图像，再进行毛球信息的提取和评级。Ramgulam及Sirikasemler等采用激光三角法对织物的距离图像进行分析，经简单的预处理后，前者采用向后削减的全局阈值法分割毛球，根据毛球的突出面积、毛球总数、最大毛球突出面积和最大毛球高度评级，后者分别用分形理论、傅立叶变换和小波变换对织物的毛球和茸毛进行分析，采用全局阈值分割毛球，提取的指标有平均高度、毛球分形维、毛球功率谱能量变换、小波能量等十四个指标。但由于激光逐点扫描，速度慢(尤其是深色织物)，且价格昂贵。所以，九十年代后分析起球的客观评估系统仍旧以CCD摄像系统为主。
国内学者史广安等根据织物表面光泽度与表面粗糙度的相关性，研究了织物起毛起球程度与正反射光强的相关关系，并引入织物起球度来描述织物的起毛起球程度。他们认为起毛起球程度实质就是起球后表面粗糙度对于未起球时表面粗糙度的相对变化，用实验测出织物起毛起球前后的正反射光强计算织物的起球度来评定织物起毛起球等级。该方法的可测指标只有一个，不能反映同一强度分布范围内各种毛球形态分布及具体指标。
His分析织物茸毛时采用普通光源切面投影的方法计算茸毛的高度。织物缠绕在一杆上，织物的一端给予一定张力后自由悬挂，另一端由微步电机带动作垂直于杆方向的水平运动，普通光源位于杆下方，配有放大镜头的CCD位于织物上方，对绕在杆上的织物进行随机非连续多帧采样。该方法的缺点是所采集图像对应物体表面面积小于2mm×2mm，如茸毛高度大于2mm，则不能被完全统计，而且一根茸毛很有可能部分处于摄像头的焦距之内，另外一部分处于焦距之外，在图像上表现为部分清晰部分模糊，影响茸毛高度的分析。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是要克服上述已有技术的缺陷，寻求一种更可靠、客观的织物起球等级的客观评估系统及其使用方法。
本发明的技术解决方案是：
一种织物起球等级的客观评估系统，其特征在于该系统包括：
一箱体，该箱体内设有一细杆、一调节辊和一传动轴，过该细杆、调节辊和传动轴绕设一传送带，当用一电机带动传动轴运动时，可使传送带及固定在该传送带上的织物绕细杆、调节辊和传动轴缓慢移动；
在该箱体内，在细杆的正下方设有一光源和一毛玻璃，在细杆的正上方的箱体外设有CCD摄像头，该箱体上开有一长方形通光孔，光源发出的光经毛玻璃以准平行光照射到细杆上的织物上，摄像头通过长方形孔可对织物进行摄像；
该摄像头连续摄取的图像通过安装在计算机中的采集卡送入计算机并进行数据分析处理。
所说的调节辊具有调节机构，可以调节传送带的张力。
利用上述织物起球等级的客观评估系统进行织物毛球起球等级的评估方法，其特征在于包括下列步骤：
①织物固定在传送带上；
②开光源，以准平行光通过毛玻璃照射到细杆上；
③调节背景光，达到灰度值约200；
④启动电机驱动传动轴旋转，带动传送带运动，织物跟随运动；
⑤当织物开始包覆细杆时，摄像头连续对织物摄取多帧图像，送入计算机；
⑥计算机利用边缘检测算子——LOG算子，检测每一帧织物切面投影轮廓线，并提取轮廓线高度，得到一维高度数据；
⑦将多帧图像的轮廓线高度数据，根据织物运动方向拼接，得到二维数据矩阵，即距离图像；
⑧利用匹配滤波器组，对距离图像进行匹配滤波，检测距离图像中的毛球，应用自适应阈值法分割毛球，将背景和毛球区分开来；
⑨特征提取，计算机根据毛球所占像素的大小，将毛球分成大(像素≥16)、中(6≤像素≤16)、小(3≤像素＜6)三类，然后分别统计大、中、小三类毛球的面积、数量和体积指标；
⑩起球等级模糊识别：选取大毛球个数、大毛球面积和大毛球体积作为模糊特征向量，然后进行毛球等级的综合评定，最后输出织物起球等级。
本发明的优点是：
用该方法测试织物毛球，成本低，获取织物三维轮廓信息速度较快(相对于激光三角测量而言)。由于该方法先提取序列投影图像轮廓线高度数据，再拼接得到反映织物三维轮廓信息的距离图像，色织物的色彩和印花织物的花纹对轮廓线提取无任何影响，且因大多数毛球浮于织物的组织结构之上，织物的组织结构也基本上对轮廓线提取无影响，因此避免了织物组织结构和色彩对毛球信息提取的影响，从后面具体实施方式部分的距离图像也可看出本方法具有上述优点，从而使本系统达到了以计算机视觉代替人眼客观评估织物起球等级的目的。
附图说明：
图1是本发明织物起球等级的客观评估系统结构示意图。
图2是织物切面投影图。
图3是利用边缘检测LOG算子对图2织物切面投影图进行边缘检测的结果。
图4是匹配滤波检测和局部毛球分割示意图。
图5是毛球图像的小波多尺度匹配滤波输出检测示意图。
图6是织物织物起球等级评估结果图像。
图中：
1-光源 2-毛玻璃3-细杆 4-调节辊 41-调节机构
5-传送带 51-织物 6-传动轴 7-箱体 71-长方形孔
8-摄像头 9-计算机
具体实施方式：
图1是本发明织物起球等级的客观评估系统结构示意图，由图可见，本发明织物起球等级的客观评估系统，包括：
一箱体7，该箱体7内设有一细杆3、一调节辊4和一传动轴6，过该细杆3、调节辊4和传动轴6绕设一传送带5，当用一电机带动传动轴6运动时，可使传送带5及固定在该传送带5上的织物51绕细杆3、调节辊4和传动轴6缓慢移动；
在该箱体7内，在细杆3的正下方设有一光源1和一毛玻璃2，在细杆3的正上方的箱体7外设有CCD摄像头8，该箱体7上开有一长方形通光孔71，光源1发出的光经毛玻璃2以准平行光照射到细杆3上的织物51上，摄像头8通过长方形孔71可对织物51进行摄像；
该摄像头8连续摄取的图像通过安装在计算机9中的采集卡送入计算机9，该计算机根据软件程序进行数据分析处理。
所说的调节辊4具有调节机构41，可以调节传送带5的张力，以保证摄像的质量。
利用上述系统进行织物毛球起球等级的评估方法，包括下列步骤：
①将织物，即织物51固定在传送带5上；
②开启光源1，以准平行光通过毛玻璃2照射到细杆3上；
③调整背景光，达到灰度值约200；
④启动电机驱动传动轴6旋转，带动传送带5运动，织物51跟随运动；
⑤当织物51开始包覆细杆3时，启动CCD摄像机，摄像头8连续对织物51摄取400帧图像，送入计算机9；
⑥计算机9利用边缘检测算子——LOG算子，检测每一帧图像——织物51切面投影轮廓线，并提取轮廓线高度，如图3所示，得到一维高度数据(400个高度数据)；
⑦将400帧图像的轮廓线高度数据(400个高度数据)根据织物51运动方向拼接，得到一个400×400的二维矩阵，即距离图像；该图像反映织物51表面三维轮廓高度情况，每帧切面投影图像的轮廓线高度数据对应于该图像的某一行；
⑧利用匹配滤波器组，对上述距离图像进行匹配滤波，检测距离图像中的毛球，应用自适应阈值法分割毛球，将背景和毛球区分开，其形象过程如图4和图5所示；
⑨特征提取，根据毛球所占像素的大小，将毛球分成大(像素≥16)、中(6≤像素≤16)、小(3≤像素＜6)三类，然后分别统计大、中、小三类毛球的面积、数量和体积指标；
⑩起球等级模糊识别，选取大毛球个数、大毛球面积和大毛球体积三个指标作为模糊特征向量，并以相关值大小，作为模糊积分中各指标的主观权重进行毛球起球等级的综合评定，输出织物起球等级。
采用本发明的评估系统和上述方法，对平纹印花织物和深色色织物进行起球客观评估，其结果如图6所示，自上而下分别为一个平纹印花织物和3个深色色织物，从左至右分别为原图像、距离图像和毛球分割图，由图可以看出距离图像已经消除了印花和色织物纹理的影响，对平纹印花织物起球程度的客观评定结果是2级，色织物分别为1级、2级和3级。
本发明织物起球等级的客观评估系统，经实践证明具有下列优点：
1、用本发明测试织物起球等级，成本低，可快速获得织物三维轮廓信息；
2、评估与织物的色彩、纹理基本无关，只与毛球有关；
3、一旦样本建立以后，起球等级的评估避免了人为的主观因素，比较客观，重复误差小，一致性较好。
Claims (3)
1、一种织物起球等级的客观评估系统，其特征在于该系统包括：
一箱体(7)，该箱体(7)内设有一细杆(3)、一调节辊(4)和一传动轴(6)，过该细杆(3)、调节辊(4)和传动轴(6)绕设一传送带(5)，当用一电机带动传动轴(6)运动时，可使传送带(5)及固定在该传送带(5)上的织物(51)绕细杆(3)、调节辊(4)和传动轴(6)缓慢移动；
在该箱体(7)内，在细杆(3)的正下方设有一光源(1)和一毛玻璃(2)，在细杆(3)的正上方的箱体(7)外设有摄像头(8)，该箱体(7)上开有一长方形通光孔(71)，光源(1)发出的光经毛玻璃(2)以准平行光照射到细杆(3)上的织物(51)上，摄像头(8)通过长方形孔(71)可对织物(51)进行摄像；
该摄像头(8)连续摄取的图像通过安装在计算机(9)中的采集卡送入计算机(9)并进行数据分析处理。
2、根据权利要求1所述的织物起球等级的客观评估系统，其特征在于所说的调节辊(4)具有调节机构(41)，可以调节传送带(5)的张力。
3、根据权利要求1所述的织物起球等级的客观评估系统进行织物毛球起球等级的评估方法，其特征在于包括下列步骤：
①织物(51)固定在传送带(5)上；
②开光源(1)，以准平行光通过毛玻璃(2)照射到细杆(3)上；
③调节背景光，达到灰度值约200；
④启动电机驱动传动轴(6)旋转，带动传送带(5)运动，织物(51)跟随运动；
⑤当织物(51)开始包覆细杆(3)时，摄像头(8)连续对试样(51)摄取多帧图像，送入计算机(9)；
⑥计算机(9)利用边缘检测算子--LOG算子，检测每一帧织物(51)切面投影轮廓线，并提取轮廓线高度，得到一维高度数据；
⑦将多帧图像的轮廓线高度数据，根据织物(51)运动方向拼接，得到二维数据矩阵，即距离图像；
⑧利用匹配滤波器组，对距离图像进行匹配滤波，检测距离图像中的毛球，应用自适应阈值法分割毛球，将背景和毛球区分开来；
⑨特征提取，计算机根据毛球所占像素的大小，将毛球像素≥16、6≤像素≤16、3≤像素＜6分别为大、中、小三类，然后分别统计大、中、小三类毛球的面积、数量和体积指标；
⑩起球等级模糊识别：选取大毛球个数、大毛球面积和大毛球体积作为模糊特征向量，然后进行毛球等级的综合评定，最后输出织物的起球等级。
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