基于圖像處理分析的機(jī)織物構(gòu)成要素的綜合識別方法與裝置.pdf

1、織物構(gòu)成要素涉及結(jié)構(gòu)和品質(zhì)兩要素，是機(jī)織物本身特征的表述，也是其質(zhì)量的基本依據(jù)。人們以往只是根據(jù)應(yīng)用特征將其簡單地劃分為外觀、物理（力學(xué)）品質(zhì)，并多為定性的表述與評價(jià)。顯然，建立這兩類要素的表征及對應(yīng)方法，進(jìn)而明確結(jié)構(gòu)要素與織物性能間的關(guān)系，對織物的生產(chǎn)和使用都具有十分重要的理論指導(dǎo)意義。
　　 機(jī)織物構(gòu)成要素包括織物組織、結(jié)構(gòu)、紗線構(gòu)成、纖維的類別與混合比等。要從一塊織物上獲得如此大的信息，最佳檢測方案是采用同試樣同機(jī)測量的技

2、術(shù)來實(shí)現(xiàn)，但目前尚無此類多特征、易交互紡織面料的組合測量理論和裝置。
　　 本文針對覆蓋織物構(gòu)成要素的基本評價(jià)，將原本分立進(jìn)行的檢驗(yàn)集中到一臺操作系統(tǒng)上同步完成，探索實(shí)現(xiàn)織物大容量同機(jī)同試樣測量的新途徑。
　　 研究在以下方面取得成果:
　　 (1)研制了一個集成光、機(jī)、電、算和控制技術(shù)一體化的織物構(gòu)成要素的組合原位測量裝置(FaCFAS系統(tǒng))。FaCFAS系統(tǒng)由變焦、高分辨、動態(tài)攝像系統(tǒng)，多光路光源系統(tǒng)和力學(xué)測

3、量系統(tǒng)組成。它可以有效地?cái)z取織物的組織和結(jié)構(gòu)特征及紗線的結(jié)構(gòu)與形態(tài)、實(shí)現(xiàn)纖維的觀察識別和圖像獲取，為利用數(shù)字圖像處理分析技術(shù)對織物構(gòu)成要素的原位測量提供了新的手段。
　　 (2)針對以往圖像算法難以解決緊密織物，歪斜織物，扭曲變形織物，絨面織物及組織結(jié)構(gòu)不規(guī)則織物的紗線定位及紗線排列密度的換算問題，建立了一種力學(xué)拉伸矯正技術(shù)。通過力學(xué)拉伸方式去矯正織物的結(jié)構(gòu)，從而改變了織物中紗線間隙的遮蓋、移位的情形，獲得清晰化的紗線排列的圖像

4、要素特征。特征的歸一化，可統(tǒng)一紗線的分割算法，實(shí)現(xiàn)了紗線的準(zhǔn)確定位和紗線排列密度的測量。實(shí)踐證明效果較好，因此開辟了一種力學(xué)拉伸矯正技術(shù)和圖像處理技術(shù)組合的新思路和新方法。
　　 (3)在色紗排列分析方面:討論了力學(xué)拉伸對織物顏色識別的影響，設(shè)計(jì)了若干針對色紗劃分和顏色分析的算法。獲取色紗信息的浮動窗口算法能夠提取到純組織點(diǎn)的像素;所設(shè)計(jì)的減色算法有效降低了數(shù)據(jù)的處理量，簡化了運(yùn)算過程;改進(jìn)的模糊C均值算法實(shí)現(xiàn)了色紗分色;所設(shè)計(jì)

5、的調(diào)色板算法，采用了點(diǎn)位取樣和顏色統(tǒng)計(jì)值中位數(shù)做色彩，有效克服了隨機(jī)的顏色變異點(diǎn)的失真影響，明顯優(yōu)于通常使用均值生成色彩的效果;具有自驗(yàn)功能的模板疊合算法，糾正色紗排列圖的少數(shù)錯誤點(diǎn)，計(jì)算復(fù)雜度低，是對初始識別結(jié)果進(jìn)行二次識別復(fù)驗(yàn)的把關(guān)工具。
　　 (4)在織物組織的識別方面:提出了力學(xué)拉伸與圖像處理結(jié)合的識別方案和相應(yīng)算法?；谶z傳算法的特征篩選和可分性原則的特征整合，構(gòu)造出可以克服因毛羽或不確定因素所致個別組織點(diǎn)特征數(shù)據(jù)變異

6、的組合特征，使縮減特征維數(shù)和提高特征性能兼?zhèn)洹ＡW(xué)拉伸織物的作用，強(qiáng)化了圖像紋理，使組織點(diǎn)的異類特征值更趨分離，簡化為明暗特征和紋理特征的織物的兩個判析模式。對多個平行試樣的組織意匠圖，利用最小規(guī)格化和經(jīng)組織點(diǎn)配準(zhǔn)算法及模板疊合算法進(jìn)行互驗(yàn)，可糾正原意匠圖中少數(shù)的誤判點(diǎn)，重構(gòu)意匠圖的識別正確率達(dá)到100％。
　　 (5)在織物中紗線結(jié)構(gòu)的測量方面:
　　 其一，從織物中原位測量紗線的直徑，不同測量點(diǎn)的測量精度不同。通過實(shí)

7、驗(yàn)得到織物組織點(diǎn)處紗線的投影寬度dc與紗線的真實(shí)直徑的線性度最好，應(yīng)選擇該處作為測量點(diǎn)。每個樣品按照本文的方法測量26次，取置信度為0.95，則測量值與真實(shí)值的誤差不超過3.5％。
　　 提出了紗線的壓扁系數(shù)η是一個具有很強(qiáng)實(shí)用性的紗線幾何參數(shù)，通過對η的測算對于預(yù)測紗線和面料的一些性能具有參考價(jià)值。η小的織物，手感柔軟，質(zhì)地輕薄，覆蓋接觸面積大，防風(fēng)保暖性好，適宜做秋冬的貼身面料。
　　 其二，利用圖像全局特性檢測紋理

8、的方向，將空間域比較困難的全局檢測問題轉(zhuǎn)化為適合探測紋理形狀和主體方向的變換域求解。
　　 設(shè)計(jì)了基于Fourier變換的纖維傾角算法，從角向功率譜中提取出紋理的主方向，由于受到樣品和技術(shù)因素的影響，造成測量結(jié)果波動，代表性和穩(wěn)定性尚不令人滿意。
　　 設(shè)計(jì)了基于Hough變換的纖維傾角算法，即使當(dāng)纖維粘結(jié)成塊，代表?xiàng)l紋方向直線出現(xiàn)的幾率仍然是最大的，用簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)條紋的外形，它的抗噪能力強(qiáng)，直觀性較好。與人工測量

9、結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.959,誤差基本控制在5％之內(nèi)，具有應(yīng)用潛力。
　　 其三，長期以來，紗線密度（δ）一直沿用簡化假設(shè)基礎(chǔ)上的經(jīng)典理論和公式，被視為均值的表達(dá)，無法正確反映影響紗線中纖維實(shí)際的分布狀態(tài)。本文以紗線直徑與紗線線密度關(guān)系的經(jīng)典模型為基礎(chǔ)，利用δ隨紗線結(jié)構(gòu)松緊變化引起紗線外形輪廓的變化，而捻角能夠體現(xiàn)紗線結(jié)構(gòu)松緊變化的規(guī)律，本算法采用有監(jiān)督的方式，引入了捻角對傳統(tǒng)的δ值的修正系數(shù)k(R)，由于質(zhì)量沿長度的隨機(jī)變化，將