专利名称：纺织品色牢度色差评级测试方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对纺织品色牢度色差评定的方法和装置，特指针对纺织品色牢度色差评级测试方法和装置。
背景技术：
传统的纺织品色牢度色差评定是根据试样的变色和贴衬织物的沾色分别评定的。在评定原样与试后样的色差时，目前还是沿用目测法，检验人员首先用肉眼把待测物的颜色差转换为灰度差别，这一步完全依靠检验人员的实践经验，本身就存在缺陷。因此彩色转换为灰色，依靠人的眼睛是靠不住的，存在着人为的主观因素。另外就是转换成的灰色与标准的灰色样卡对照，然后通过判断得出色差的等级，这一步也存在缺陷，与检验人员的经验等因素有很大关系。同时在采用计算机测定织物色差系统时，因扫描仪仪器的老化、标准卡长时间的使用导致磨损误差等，并且整套系统不易维护，出故障后又不易维修，没有做到每次使用时自动校核和调准功能。同时印染企业的配色一直是一个繁琐、费时、费力的过程，随着市场竞争日趋激烈，客户订单愈来愈呈现出小批量、多品种、高质量、高标准和交货期短的趋势，对印染企业而言，依靠传统的人工配色，已远不能适应当今色牢度检测的要求。根据专利“一种日晒色牢度仪(申请号200320108814)”、“日晒机色牢度仪(申请号200430063917)”、“一种高色牢度原液染色合成革及其制造方法(申请号200310116842)”、“一种高色牢度新合纤色织物的制备方法(申请号200310116843)”、“一种高色牢度多异皮芯复合色纱的制备方法(申请号200310116844)”、“一种提高羊绒纤维及其制品深色牢度的染色技术(申请号200310100444)”、“湿色牢度改善、固有光稳定性并且热稳定的聚酰胺(申请号99806283)”、“计算机数码图象处理与感光摄影合成照片的方法(申请号98113635)”和“天然纤维超临界二氧化碳染色新工艺(申请号03133360)”等分析，国内还没有用着这方面的研究，还很不完善和规范。有些研究者只对纺织品色牢度等级的某一方面进行了部分研究，如段亚峰主编的《纺织CAD/CAM》(西安西北工业大学出版社，2002)、曹新忠，赵冬梅发表在《中国纤检》(2000年第10期)的文章“用计算机测定织物色差系统”、孔凡明，张广丽发表在《中国纤检》(2004年第11期)的文章“色差的定量分析与色牢度仪器评级系统的探讨”等分析，国内还没有涉及到色牢度评级检测时自动校核和调准功能。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的不足，本发明的目的就是要提供一种利用计算机图形图像分析技术的纺织品色牢度评级测试的分级方法及装置。其依据现有国标和纺织行业标准，用计算机图形图像分析技术对纺织品色牢度等级进行检测分级。
本发明的目的是通过以下方法实现的在一定的环境下用扫描仪或摄像设备采集纺织品的色牢度图像，通过图像采集设备传送到计算机，计算机从所采集的图像中提取品质特征信息，对纺织品的色牢度图像完成图像预处理、滤波去噪、色值和色差界定、色牢度匹配、标准校核、色差等级判定和色牢度的等级评定，最后融合变色、沾色评定信息和经、纬向摩擦评定信息给出纺织品色牢度的最终等级。
纺织品色牢度色差评级测试系统按照国际标准ISO105/A03-1993“纺织品——色牢度试验——评定沾色、变色灰色样卡”以及GB250-1995“评定变色用灰色样卡”、GB252-1995“评定沾色用灰色样卡”和GB6151-1997“纺织品色牢度试验通则”等，规定了纺织品色牢度试验中评定贴衬织物沾色、变色程度的灰色样卡及其使用方法。此灰卡的精确测色级，可作为永久记录以供新制作的灰卡及在存储或使用中发生变化的灰卡对比之用。基本灰卡由五对无光的灰色小样卡所组成，根据可分辨的色差分为五个牢度等级，即分别是5级、4级、3级、2级和1级。在每两个级别中再补充半级，即4-5级，3-4级，2-3级，1-2级，就扩充成为五级九档灰卡。每个等级由两部分颜色组成，每个等级的第一组成部分均是中性灰色，其中仅色牢度第五等级的第二组成部分与第一组成部分相一致，其他各对的第二组成依次变浅，色差逐级增大。
所述从所采集的图像中提取品质特征信息包括从标准灰色样卡评定用图像中提出信息和从待测试的纺织品图像中提取信息。系统主要由三部分组成扫描(输入)、图像处理和调准校核以及计算及显示(输出)。
所述的从待测试的纺织品图像中提出信息包括以下步骤1、根据纺织品色牢度按变色和沾色标准灰色样卡以及棉布标准原样、毛布标准原样、蚕丝标准原样、涤纶标准原样、锦纶标准原样、腈纶标准原样和粘胶标准原样等分别进行扫描或摄像，存储到指定色牢度标准数据库中。同理分别对待测试的样品进行扫描或摄像，存储到相应的变色、沾色样品库中。根据色牢度类别，确定色牢度图像初始型号。从整幅图像中自动识别与区分出待要测试的区域。采用图像阈值分割的方式进行，主要是应用最大类间方差法，或称为大津阈值分割法。阈值分割不仅可以大量压缩数据，减少存储容量，而且能大大简化在其后的分析和处理步骤。
2、把色牢度待测试区域从纺织品条纹、孔状等形式组织中分割出来。采用傅立叶变换进行图像的预处理；利用直方图修改技术进行图像增强；图像滤波采用中值滤波法；使用图像分割、重建、边缘提取、灰度图像形态学处理技术等提取样品检测区的像素等。确定色牢度的初始型号。
3、根据测试要求，由于灰色标准样卡长时间的使用，导致磨损和测量的误差，应对使用中的灰色样卡进行调准和校核，提取出当前状态下的灰色样卡色牢度等级，然后将待测的样品按色牢度标准数据库中的分类与当前状态下的灰色样卡色牢度等级比较判定后输出评级结果。
所述的对纺织品的色牢度图像完成图像预处理主要由二值化、滤波和分割等组成。二值化主要采用迭代法求最佳阈值的方式来进行。对仅有单个物体的图像而言，设物体和背景的灰度级呈正态分布，分布概率密度函数分别为p1(Z)和p2(Z)，其灰度均值分别为μ1和μ2。对灰度均值的标准偏差分别为σ1和σ2，目标物象素数占全图像素比为θ，则使分割误差最小的阈值Zt。
所述的滤波是在图像处理过程，采取中值滤波方法自动去除图像中的各种干扰噪声。由于样品在制作和使用过程中，由于制作方法和试验条件的限制，样品可能会产生折痕、经纬密度不均匀，扫描后得到的图像会产生波纹状、点状的噪声。中值滤波主要是对于二维的数字图像而言，中值滤波实际上就是用一个活动窗口沿图像移动，窗口中心位置的象素灰度用窗口内所有的象素灰度的中值代替；在上述的操作中，所有象素采用了统一的处理方法。因而该过程在滤除噪声的同时，也改变了真正信号点的值，造成了图像模糊。
二维中值滤波器保护边缘消除噪声的特性与子窗口的选择有相当大的关系，考虑到图像在两维方向上均具有相关性，在选取窗口时，活动窗口一般都选为二维窗口(3×3，5×5或7×7等)，窗口的形状常用的有方形、十字形、圆形或X字形等，为了更全面地保护图象的边缘细节而消除噪声，采用全方位子窗口选择办法。同时，由于实际的图象信号都具有极其复杂的结构，这些结构(例如线段、锐角等)都可能被窗口较大的中值滤波处理破坏，因为排序过程很可能破坏任意结构和空间的邻域信息，因此为减少中值滤波器的破坏作用，系统在图像分割后，取二值化后的图像相应区域内原像素值进行客观评级。
图像分割是基于区域增长的方法，在二值图像中，通过由上到下，由左到右对二值化和滤波处理过的图像进行分析，将图像分割。区域增长法能同时利用图像的多种性质，最终决定图像最终边界的位置。
本发明的装置由扫描仪、光照系统、摄像设备、图像采集设备和具有色牢度色差评级测试图像处理识别计算机组成。光照系统包括荧光灯光源、光照箱体、漫反射涂层、高频荧光灯电子镇流器。
系统中扫描仪和摄像机都是作为数字图像输入设备。位于其下方的传动装置由步进电机来控制，试样平整放置在传送带的载物台上，当试样被传送到摄像机正下方时，摄像机进行拍照，照片输入计算机进行“在线检测”。光照箱体的顶部开有一摄像孔和光源孔，光照箱体内侧面涂有一层能产生漫反射的涂层，荧光灯光源布置在光照箱体的底部两侧，与布置在光照箱体两侧的高频荧光灯电子镇流器相联，荧光灯光源发出的光，通过光照箱体漫反射涂层反射，均匀散射到纺织品的测试样品上。该光照箱可用于实验室拍摄图像也可用于生产线拍摄图像。
本发明的有益效果是同时准确地检测出纺织品的边缘、条纹、孔状结构等多个质量指标，并能得到所测颜色灰度值质量等级。与现有色牢度评级员评级方法相比，可以减少劳动强度和人为主官因素的干扰，其结果更客观、准确。
图1装置结构框图；图2工作流程图；图3测试的色牢度分类图；表1高精度模式识别分级测试结果示意图。
图中1-计算机；2-摄像头；3-载物台；4-带试样传动装置；5-扫描仪；6-打印机；7-标准光源；8-光照箱体具体实施方式
本发明由扫描仪、光照系统、摄像设备、图像采集设备和具有色牢度色差评级测试图像处理识别的计算机等组成；其中具有色牢度色差评级测试图像处理识别包括沾色色牢度图像处理和变色色牢度图像处理以及高精度模式识别处理系统。
扫描仪或摄象机数字输人设备有以下几个重要参数分辨率、尺寸、输人输出倍数、尖锐度等，它们的设定对最后的测试结果有较大的影响。通过反复试验，色牢度测试系统确定相关参数主要是原稿种类设定(Original)、扫描方式设定(Mode)、扫描解析度设定(Input/Output)、倍率设定(Scale to)和锐利度设定(Sharpness)等。样品的选取与制备主要考虑的是由于计算机获取的图像是经被测试织物的反射而形成的，织物上微小的疵点与褶皱都会被计算机摄取，所以为了获取真实的图像，使测试的结果能准确的反映被测试样品的色差，所选取的样品应该是有代表性的，应尽量排除含有较大的织疵、折痕等的样品。评定沾色前必须去除附于贴衬织物上的散纤维。其次是试样和贴衬织物在放入扫描仪之前，要恢复正常含水率，一般不需专门调湿，当它们的含水率差异会影响试验结果时，则应将测试织物放人标准大气中平衡。最后所选取的原样与试后样的尺寸为40mm×100mm，沾色试样可按20mm×20mm取样，注意在把它们放入扫描仪或进行摄像时，要紧靠地平行摆放。如图1，将所待测纺织品置于扫描仪或可转动载物台上，在步进电机的带动下随可转动载物台缓慢平稳地转动。光照系统包括荧光灯光源、高频荧光灯电子镇流器、光照箱体和漫反射涂层等。摄像设备安装在光照箱体顶部，通过摄像孔获取图像。扫描仪或摄像头通过线路与计算机相连，将图像传送到计算机。
用以上所述硬件部分到纺织品色牢度检测线上直接获取色牢度图像或取纺织品色牢度到实验室拍摄图像，传入计算机进行处理。
所述的色牢度图像处理过程如图2所示，包括以下处理1、根据纺织品色牢度按变色和沾色标准灰色样卡以及棉布标准原样、毛布标准原样、蚕丝标准原样、涤纶标准原样、锦纶标准原样、腈纶标准原样和粘胶标准原样等分别进行扫描或摄像，存储到指定色牢度标准数据库中。同理分别对待测试的样品进行扫描或摄像，存储到相应的变色、沾色样品库中。根据色牢度类别，确定色牢度图像初始型号。从整副图像中自动区分出待要测试的区域。
2、把色牢度测试区域从纺织品条纹、孔状等形式组织中分割出来。采用傅立叶变换进行图像的预处理；利用直方图修改技术进行图像增强；图像滤波采用中值滤波法；使用图像分割、重建、边缘提取、灰度图像形态学处理技术等提取样品检测区的像素等。确定色牢度的初始型号。
3、根据测试要求，对原灰色样卡部分进行调准和校核，提取出当前状态下的灰色样卡色牢度等级，然后将待测的样品按色牢度标准数据库中的分类与当前状态下的灰色样卡色牢度等级比较判定后输出评级结果。
经以上图像处理的结果自动输入高精度的模式识别软件，并根据现有的国家标准和采集到的标准图片数据库进行识别分析。按照国家标准分为五级九档灰卡等级进行测试，如图3所示得出棉布沾色色牢度的等级，并且得到棉布质量的最终等级。
测试时由于纺织品色牢度色差智能评级测试系统分为两大部分即分别是测定评定变色色差部分和测定评定沾色色差部分，且各自的测量原理和定级范围不一样。首先制备样品，按原样和试后样分别制作。样品放在扫描仪或载物台上，并启动本系统的测试软件。按“扫描”按钮，激活扫描仪程序或摄像程序，并根据不同的样品选择不同的参数。然后把扫描或摄像得到的图象存放在纺织品色牢度色差智能评级测试系统软件的安装目录下。进入用户窗口，输入“用户名”与“口令”进入主界面。按“变色色差评定”按钮或按“沾色色差评定”按钮进人各自分析评定系统界面。按“装人图像”按钮，把待测样的颜色值装人分析系统。按“检测”按钮，对标准灰卡和对应的纺织品原样进行检测，把各种误差降到最低。按“评定”按钮，由分析系统得出色差等级。按“打印”按钮，可将评测结果打印出来，便于分析与保存。按“帮助”按钮，可得到关于本系统的各种介绍和全方面的服务。为使检测人员和相关部门及时了解产品质量信息，在原始数据的基础上，系统采用统计分析手段，使用计算机及时而准确地生成色牢度检验原始记录报表、日报、周报、旬报、月报等各类统计报表。
色牢度的客观评级根据最大的两块区域计算每一点的像素值，并求其平均值的差值，判断色牢度等级。系统进行了六组样品试验以上仅列出棉布沾色的原样和试后样，其余样品及原样略。评级误差为半级，系统的准确率为98.2％。测试结果如下表1
权利要求
1.纺织品色牢度色差评级测试方法，其特征在于用扫描仪或摄像设备采集纺织品的色牢度图像，通过图像采集设备传送到计算机，计算机从所采集的图像中提取品质特征信息，对纺织品的色牢度图像完成图像预处理、滤波去噪、色值和色差界定、色牢度匹配、标准校核、色差等级判定和色牢度的等级评定，最后融合变色、沾色评定信息和经、纬向摩擦评定信息给出纺织品色牢度的最终等级。
2.根据权利要求1所述的纺织品色牢度色差评级测试方法，其特征在于从所采集的图像中提取品质特征信息包括从标准灰色样卡评定用图像中提出信息和从待测试的纺织品图像中提取信息；所述的从待测试的纺织品图像中提出信息包括以下步骤(1)根据纺织品色牢度按变色和沾色标准灰色样卡以及棉布标准原样、毛布标准原样、蚕丝标准原样、涤纶标准原样、锦纶标准原样、腈纶标准原样和粘胶标准原样分别进行扫描或摄像，存储到指定色牢度标准数据库中；同样分别对待测试的样品进行扫描或摄像，存储到相应的变色、沾色样品库中；根据色牢度类别，确定色牢度图像初始型号；采用图像阈值分割的方式从整幅图像中自动识别与区分出待要测试的区域。(2)把上述区分出的色牢度待测试区域从纺织品条纹、孔状等形式组织中分割出来，采用傅立叶变换进行图像的预处理；利用直方图修改技术进行图像增强；图像滤波采用中值滤波法；使用图像分割、重建、边缘提取、灰度图像形态学处理技术提取样品检测区的像素等，确定色牢度的初始型号；(3)对使用中的灰色样卡进行调准和校核，提取出当前状态下的灰色样卡色牢度等级，然后将待测的样品按色牢度标准数据库中的分类与当前状态下的灰色样卡色牢度等级比较判定后输出评级结果；
3.根据权利要求2所述的纺织品色牢度色差评级测试方法，其特征在于二维中值滤波器在选取窗口时，活动窗口选为二维窗口，窗口的形状有方形、十字形、圆形或X字形，采用全方位子窗口选择办法，系统在图像分割后，取二值化后的图像相应区域内原像素值进行客观评级。
4.根据权利要求2所述的纺织品色牢度色差评级测试方法，其特征在于图像分割是基于区域增长的方法，在二值图像中，通过由上到下，由左到右对二值化和滤波处理过的图像进行分析，将图像分割。
5.实现权利要求1所述的纺织品色牢度色差评级测试方法的装置，其特征在于由扫描仪、光照系统、摄像设备、图像采集设备和具有色牢度色差评级测试图像处理识别计算机组成，其中光照系统包括荧光灯光源、光照箱体、漫反射涂层、高频荧光灯电子镇流器；系统中扫描仪和摄像机都是作为数字图像输入设备；位于其下方的传动装置由步进电机来控制，试样平整放置在传送带的载物台上。光照箱体的顶部开有一摄像孔和光源孔，光照箱体内侧面涂有一层能产生漫反射的涂层，荧光灯光源布置在光照箱体的底部两侧，与布置在光照箱体两侧的高频荧光灯电子镇流器相联。
全文摘要
本发明涉及一种对纺织品色牢度色差评定的方法和装置，其由扫描仪、光照系统、摄像设备、图像采集设备和具有色牢度色差评级测试图像处理识别计算机组成，在一定的环境下用扫描仪或摄像设备采集纺织品的色牢度图像，通过图像采集设备传送到计算机，计算机从所采集的图像中提取品质特征信息，对纺织品的色牢度图像完成图像预处理、滤波去噪、色值和色差界定、色牢度匹配、标准校核、色差等级判定和色牢度的等级评定，最后融合变色、沾色评定信息和经、纬向摩擦评定信息给出纺织品色牢度的最终等级。其可同时准确地检测出纺织品的多个质量指标，并能得到所测颜色灰度值质量等级，减少劳动强度和人为主观因素的干扰，其结果更客观、准确。
文档编号G01N33/36GK1793844SQ200510122659
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者方喜峰, 朱鹏程, 孙飞 申请人:江苏科技大学