一种纺织纱线直径动态快速测量装置与方法
【专利摘要】本发明涉及一种纺织纱线直径动态快速测量装置与方法，装置包括箱体、纱线张力控制器、控制箱、照明光源、图像获取装置及计算机。以截取检测点邻域长度子图像为处理对象，根据其灰度投影曲线的分布特性，快速将子图像化分纱线本体区、纱线本体疑似区和背景区；再以纱线本体疑似区像素的灰度特性及其到纱线本体区方向连通性为约束条件构建分类器，将纱线本体疑似区像素进行分类，提取出完整的纱线本体图像区域；用纱线检测点轴向邻域长度所有位置点直径的平均值作为检测点纱线直径。通过建立检测点与图像序号地址映射表，实现对连续摄取运动纱线的图像序列进行自动批处理。本发明可快速、自动地实现对预设长度纱线所有检测点直径快速检测。
【专利说明】一种纺织纱线直径动态快速测量装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字化智能纺织【技术领域】，特别是涉及一种纺织纱线直径动态快速测
量装置与方法。
【背景技术】
[0002]纱线的细度是织物结构主要参数之一，是评定纱线性状的一项主要指标。纱线直径是描述纱线细度的直接指标，准确并快速测定纱线直径是纺织工业生产一项有工程意义的工作。纱线作为纺织企业的工序产品，它的直径和纺织工艺是密切相关，是在纺纱工艺设计中决定清纱板隔距等工艺参数的依据，同时也是设计纺织生产工艺、计算织物紧度与厚度、预测织物手感与风格的重要参数之一。通过对纱线直径的检测和分析，有助于研究纱线成型过程中各种工艺参数的机理和影响。特别是作为织物生产的一种基本材料，纱线直径是进行织物和针织物设计以及确定编织工艺参数的重要依据。在织物设计中，织物紧度是国家标准规定的一个主要设计指标，而织物紧度正是直接取决于纱线直径大小。纱线直径还涉及到各种棉布品种的划分和价格，以及织物强力计算时织物的纱线强力利用系数和棉布棉结杂质疵点格的百分率，同时还影响到印染厂的幅宽加工系数等等。随着纺织纤维材料迅速发展，各种新型纺纱、变形纱、混纺纱等愈来愈多，它们的体积重量差异也越来越大，采用传统的直径系数去进行织物设计，常常反映出和实际情况不相符结果。在现有工艺条件下，常用棉纱的实际纱线直径系数和习惯上所沿用的纱线直径系数也有较大的差异变化。上述趋势变化对纱线直径的快速、准确和自动测试提出了新的要求。但由于纱线和其他纺织材料都有其固有特征，即相同纱线不同位置，其直径差异较大，截面形态不规则，对纱线直径进行大子样统计和分析需要增加繁重的测试工作。特别是在测试过程中，纱线毛羽和纱线本体难以区分，给测试工作带来了更大的困难。目前国内外长期采用的静态测试纱线直径的各种方法，已难于满足生产实际的需要，尤其通过人工条件下的目光鉴别和手工测量所带来了测试标准不一致，造成了人为的测量误差和测量效率低下，更是已无法适应现代化生产和科研发展的需要。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种纺织纱线直径动态快速测量装置与方法，能去除纱线绒毛及截面形状对纱线直径不确定性的影响，获取检测位置纱线体有效直径。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种纺织纱线直径动态快速测量装置，包括箱体，所述箱体内设有封闭的纱线成像室，被检测纱线穿过纱线成像室，被检测纱线的两端通过导线装置分别与纱线驱动器和纱线张力控制器相连；所述封闭的纱线成像室内设有一组与光源控制器连接的照明光源，在光源前方设有一块照明光滤波片；所述纱线成像室上侧面安装有用于动态采集被检测纱线的运动纱线图像的图像获取装置，下侧铺盖一块黑色背景板；所述纱线驱动器、光源控制器及纱线张力控制器与系统控制箱相连；所述图像获取装置和系统控制箱分别与计算机相连；所述计算机对图像获取装置获取的纱线连续动态图像序列进行处理，测出检测点纱线的直径，并分析预设长度纱线直径变化的统计特征；其中，纱线的直径是以检测点为中心，在纱线轴向邻域长度的连续纱线段中所有像素点位置直径的平均值；所述计算机对于指定长度纱线所有预先设定检测点直径的测量是根据检测参数及纱线物理尺寸与图像尺寸的映射关系，自动确定各检测点所对应图像序号和位置，构建检测点与图像序号地址映射表，并采用地址映射表的方式实现检测点在图像序列中的快速寻址。
[0005]所述箱体为半封闭结构，所述纱线成像室为全封闭的避光结构。
[0006]所述照明光源为乳白色卤素光源，所述照明光滤波片为乳白色漫射玻璃。
[0007]所述计算机是以截取所述连续纱线段的子图像为处理对象，先对子图像沿纱线轴向方向进行投影，根据灰度投影曲线的分布特性，将子图像划分为纱线本体区、背景区和纱线本体疑似区；再由子图像灰度直方图双峰分布，将图像灰度划分为三个区间，根据纱线本体疑似区像素灰度值所在区间范围及其到纱线本体区方向连通性，对疑似区像素进一步划分，最终完整分割出纱线本体图像区域。
[0008]所述计算机对所提取出的纱线本体图像区域沿其纱线的中心轴线，从左到右以像素为处理单位，依次统计出每一个像素点位置与中心轴线相垂直的直线所通过纱线本体区域的像素个数，计算出该检测点纱线直径。
[0009]对于纱线直径的检测点若所需处理区间长度的连续纱线段跨接两相邻图像帧时，则先对该区间所跨接的相邻图像进行拼接，再截取其连续的纱线段子图像进行处理。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:还提供一种纺织纱线直径动态快速测量方法，包括以下步骤:
[0011](I)对所检测纱线，先在检测系统上标记纱线开始检测位置，设置样点间隔距离及直径检测参数；
[0012](2)采用系统装置自带标定模板，对图像获取装置进行标定，计算出图像像素所对应检测纱线的物理尺寸，并设定检测纱线张力的大小、纱线运动速度及图像获取装置的拍摄速度；
[0013](3)将用于检测的纱线安装在如权利要求1所述的装置上，并启动检测装置，当纱线按一定的速度通过成像位置时，图像获取装置连续地采集纱线的时间图像序列，并储存于计算机中；
[0014](4)对所获取的同一纱线图像序列，依次进行滤波处理，消除成像过程中引入的噪声，然后将其转换为灰度图像，并按顺序对图像序列进行编号；
[0015](5)对编号后的连续图像序列，按照预先设定参数及成像系统图像尺寸与物理尺寸的映射关系，按顺序确定各纱线检测点在图像序列所对应图像序号及其在该图像中的位置；若检测样点所需处理的纱线段，其区间长度不在同一帧图像内时，则需对该区间所跨接的相邻图像进行拼接处理，使其合成一张图像，然后对该拼接后的图像及其后续图像帧，按顺序重新编号；对后续所有需要拼接的图像，均做类似处理，最后生成检测点地址映射表；
[0016](6)对所有检测点，根据所生成的地址映射表，依次在图像序列中找到相应的图像帧及其检测点位置，计算以检测点为中心，纱线轴向方向的左、右距离分别为直径检测参数的连续纱线段的所有位置点直径的平均值，并以该平均值作为检测点的纱线的直径；
[0017](7)根据所计算结果，自动对指定长度检测纱线的直径进行统计分析，包括纱线直径的平均值、均方差和变异系数等参数；
[0018](8)由液晶显示器显示对纱线直径动态检测与分析的结果。
[0019]有益效果
[0020]由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:
[0021](I)本发明在检测装置设计方面，基于机器视觉系统和图像处理技术，以计算机为中心，将纱线动态图像采集、处理及纱线直径检测、分析集中于一体，并用封闭的箱体结构作为图像采集平台，屏蔽外界杂光干扰，同时在箱体的内部采用卤素光源和乳白色漫射玻璃片作为光滤波器，以消除反射和光照阴影，获取清晰的纱线图像。通过加装纱线驱动器和纱线张力控制器，能真实模拟纱线动态编织状态，满足纱线直径的测试要求。
[0022](2)对位置点纱线直径的测量，以该位置点的一个邻域所有点的直径均值来表示，有助于消除纱线随机因素对测试结果的影响，提高测试结果的准确性和稳定性。同时对纱线本体图像区域的提取，先采用灰度投影曲线的分布特性，快速将子图像初步分类后，再对纱线本体疑似区像素构建分类器的方法，既能快速、准确地提取出完整的纱线本体图像区域，又能有效消除纱线绒毛对纱线本体图像区域影响。
[0023](3)采用机器视觉获取检测纱线运动连续图像序列，并采用地址映射表的方式对所有检测点图像序列中进行快速寻址与定位，实现了纺织纱线直径动态快速测量，为纱线直径进行大子样统计和分析提供有效、快速的分析方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的装置示意图；
[0025]图2是本发明中地址映射表结构示意图；
[0026]图3是本发明中纱线检测点子图截取方法及投影法确定图像初步划分示意图；
[0027]图4是本发明中纱线本体疑似区像素处理方法示意图；
[0028]图中:箱体1，(XD相机2，光学镜头3，成像室4，黑色背景板5，光源6，光源控制器
7,光滤波片8，纱线驱动器9，系统控制器10，导线装置11，张力控制器12，显示器13，计算机14。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0030]本发明涉及一种纺织纱线直径动态分析与测量装置，如图1所示，包括箱体1，所述箱体I内设有封闭的纱线成像室4，被检测纱线穿过纱线成像室4，其两端通过导线装置11分别与纱线驱动器9和纱线张力控制器12相连；所述封闭的纱线成像室4内设有一组连接光源控制器7的照明光源6 ;在光源前方加装一块照明光滤波片8 ;所述纱线成像室4上侧面安装有CXD相机2和光学镜头3，用于动态采集所述运动纱线图像，下侧铺盖一块黑色背景板5 ;所述纱线驱动器9、光源控制器7及纱线张力控制器12与系统控制箱10相连接；(XD相机2和系统控制箱10及显示屏13分别与计算机14相连；所述计算机14对CXD相机获取的纱线连续图像序列进行处理，精确地测出检测点纱线的直径，并分析预设长度纱线直径变化的统计特性。
[0031]所述的箱体1为半封闭结构，纱线成像室4为全封闭避光结构。所述的纱线张力控制器12和纱线驱动器9用于控制实物纱线以一定的速度和张力通过纱线成像室4，以使CCD相机2能连续采集检测纱线序列图像。所述的光源6为乳白色卤素光源，其照明光滤波片8为乳白色漫射玻璃。另外，所述CCD成像系统还配有分辨率为10 μ m的标准标定板，以对成像系统进行标定，精确确定纱线物理尺寸与其图像的比例关系。
[0032]整个装置以计算机为核心并采用Windows操作系统。为了减少检测过程中杂光对成像系统的影响，获取被检纱线清晰的图像，采用全封闭式避光箱体结构，屏蔽外界杂光干扰。同时，在检测室的内部采用乳白色卤素光源构成照明系统，并加装一片乳白色漫射玻璃，以消除光反射及光照阴影对纱线成像质量的影响；在成像室的底部铺设全黑色塑料板作为纱线成像背景，以方便后续提取纱线本体图像区域；通过加装张力控制器和纱线驱动器，能在检测过程中，使纱线保持一定的张力和速度通过成像区，满足纱线直径检测条件。而系统控制器可实现将上位机的控制命令转换成与各执行机构相匹配的控制信号。
[0033]在本发明的实施过程中，可采用下列器材:
[0034](1)计算机系统:联想启天M7300:CPU采用Intel酷睿i3550，双核心/四线程，频率3.2GHz 二级缓存2X256KB，三级缓存4MB ;主板芯片组IntelH57，主板内存容量为2GB ;内存类型为DDR31333 ;硬盘容量500GB，转速7200转，SATAII ;显卡类型为独显AMDRadeonHD4350，显存容量512MB，显示器尺寸为17英寸。
[0035](2) CCD 相机:CCD 型号为 HV1303UM，主要参数:分辨率为 1280*1024 的 CM0SCCD ;光学尺寸为1/1.8";最高130万像素；最高的水平分辨率为1280 ;数模转换精度为IObit ；45dB的高信噪比(AGCOFF );可开/关的自动增益控制(AGC )，数字增益倍数是:*2、* 1、*0.5、*0.25 ;对于550nm的光源，其灵敏度为:2.lV/Lux-s ;可自动跟踪(ATW) /手动设定的黑白电平衡校正方式；可接受24VAC及12VDC两种电源供应。
[0036](3)光学镜头:型号为 Computar，H0514-MP，l/2〃 规格；C 接口；5 (mm)焦距；光圈(F):1.4-16C ;视角(水平):65.5° ;最近物像距离(m):0.1 ;有效口径前Upmm):27.8，后(cpmm) 14.8 ;前置滤光镜螺纹(φΜχΡ=): 43.0><0.75:外形尺寸(直径X深mm):44.5X45.5。
[0037](4)光源:采用ASB-W-030卤钨光源，灯灯丝尺寸:lmmx4mm，输入功率:30W，输出光:8001umens，电流:2.75A，色温:3100° K。光谱强度分布近黑体辐射。220VAC，50/60Hz供电。并可选用自动远程光纤控制光学照明0.5amp。
[0038](5)光学滤波片:采用乳白玻璃RM1，厚度为2mm，公差±0.1mm，平均中性偏差≤15，最大中性偏差≤≤≤≤≤≤≤20，白光透过系数为31±3，线膨胀系数(温度+20~+120)93，比重为 2.45。
[0039](6)纱线驱动器:机身长:7.6cm+0.2cm ;电机轴长:2.0cm ;机身尺寸:5.6*5.6cm ；额定电压2.3v ;额定电流2.8A ;电阻0.83欧。
[0040](7)张力控制器:采用电磁控纱线张力控制器CZS-152，张力控制范围:0~350g(张力可调)可通计算机进行控制参数设置，张力控制与绕线速度无关，控制精度高，张力稳定，装置供电:AC24V。
[0041]本发明还涉及一种纺织纱线直径动态快速测量方法，其特征在于对纱线直径的测量与分析主要由以下七个步骤组成:
[0042]步骤1:对所检测纱线进行编号，并标记纱线开始检测位置，设置样点间隔距离及直径检测参数δ等检测参数；其中，参数δ是采样点直径检测时截取图像大小的重要参数，由于纱线直径受到绒毛、截面形状等多种因素的影响，本发明为了克服随机因素对检测结果的影响，采用以检测点为中心，长度为2 δ的纱线段的所有位置点直径的平均值，作为检测点的纱线的直径。
[0043]步骤2:采用系统装置自带标定模板，对高速CCD成像系统进行标定，计算出图像像素所对应检测纱线的物理尺寸，并设定检测纱线张力的大小、纱线运动速度及CCD的拍摄速度；由于在检测过程中，纱线直径易受纱线的张力及运行速度的影响，不同测试条件下，测出的纱线的直径是不相同的。国家纺织行业标准FZ/T01034-2008，对纺织品、机织物拉伸弹性实验方法都做了相应的规定，本发明为了满足纱线张力和速度测试条件，可在检测前对系统进行设置，满足测试条件，确保检测结果的有效性。
[0044]步骤3:将用于检测的纱线安装在上述的装置上并启动系统，当纱线按一定的速度通过成像位置时，C⑶成像系统连续地采集纱线时间序列图像，并储存于计算机中；
[0045]步骤4:对所获取的同一纱线图像序列，依次进行滤波处理，消除成像过程中引入的噪声，然后将其转换为灰度图像，并按顺序对其进行图像序列进行编号。
[0046]本发明考虑成像环境和内部电路产生噪声的原因，摄取的纱线图像往往存在随机分布的噪声，即高斯噪声，为了能准确地检测纱线的图像侧面边缘，需要对采集的图像进行去噪处理。采用图像滤波的方法，可有效去除图像噪声。由于频域滤波是通过滤掉图像的高频成份而去掉噪声，它在去除噪声的同时也会丢失图像的纹理特征信息，使图像变模糊，不利于纹理特征的提取。另外，频域变换运算量较大，难于实现实时性。本发明在实施过程中，采用改进的均值和中值滤波算法对图像进行预处理，去除纱线图像的噪声。
[0047]线性滤波缺点在于降低噪声的同时也模糊了整个图像，特别是图像的边缘和图像的纹理细节，因此直接使用均值滤波不利于高频纹理信号的保留。均值滤波操作是依次对操作像素点邻域的像素值取均值而使图像模糊，如果有条件保留原来像素点的值，即只有当像素点的值比邻域均值大于某一阈值时，才取邻域均值为该点的值，否则该点的值保持不变。这种处理方法，可使纱线图像不模糊，同时又能去除噪音。
[0048]同样的，由于中值滤波算法的操作是以一定的操作顺序，选取其滤波窗口内经过排序后中间像素的值，而与原来像素点的值没什么必然联系。如果图像中某些特征尺寸较小，排序后该物体没有像素点排在中间，那么滤波后该物体就会被腐蚀甚至消失。所以采用先设定一个阈值，只有该点的值与邻域中值的差大于预先设定的阈值时，才取邻域的中值，否则就保留该点的值。这样处理，如果某像素点为噪声，它和邻域的中值就会相差较大，就可以把它去掉。如果是图像信息对象，邻域中还有物体本身的点，所以邻域的中值和该点的像素值就不会相差太大，只要设置合适的阈值，就可以保留该点的值，从而保留更多的图像细节特征特别是纱线边缘的特征信息，有利于后续纱线本体图像区域的提取。
[0049]步骤5:对编号后的连续图像序列，按照预先设定参数及成像系统图像尺寸与物理尺寸的映射关系，按顺序确定各纱线检测点在图像序列所对应图像序号及其在该图像中的位置。若检测样点所需处理的纱线段，其区间长度不在同一帧图像内时，则需对该区间所跨接的相邻图像进行拼接处理，使其合成一张图像，然后对该拼接后的图像及其后续图像帧，按顺序重新编号；对后续所有需要拼接的图像，均做类似处理，最后生成检测点地址映射表。
[0050]为了快速实现纱线直径大子样统计和分析要求，需要对一定检测长度所有预定检测点的纱线直径进行自动化批处理。本发明按照预先设定检测参数及成像系统图像尺寸与物理尺寸的映射关系，按顺序确定检测点在图像序列所对应的图像序号及其在该图像中的位置。但可能会存在这样一些检测点，其位置位于纱线某图像帧的边缘，该点所需处理区间长度为2δ纱线段，其子图像跨接两相邻图像帧，无法在一帧图像内截取。本发明提出的方法是，先对该区间所跨接的相邻图像进行拼接处理，使相邻的两帧图像合成一张图像，并对拼接后的图像根据其在图像序列的排列位置，分配一个序号；对其后续图像帧，按顺序重新编号。根据所有检测点的位置特点，对整个图像序列做类似处理，使每一个检测点，均能在其对应的图像帧内截取相应长度为2δ的纱线段子图像。最后根据检测点对应图像序号和在图像中的位置生成检测点地址映射表。
[0051]在检测点的处理过程中，先根据纱线预先设置，计算出纱线直径检测点的个数N，预先定义一个其长度为Ν+1的二维数组，然后采用该二维数组来存储检测点在图像序列中的两级地址，即图像的序号及在该图像中的位置。在所定义的二维数组中，用数组的下标值表示检测点的序号，如数组的下标为0，表示该元素存储纱线第I个检测点的两级地址，下标为1，表示该元素存储纱线第2个检测点的两级地址，以此类推，下标为Ν-1，表示该元素存储纱线第N个检测点的两级地址。对于具有N个检测点，却定义数组的长度为Ν+1，其目的是在数组的最后一个元素，即下标为其N的元素，存放一个检测点结束标志$，为系统的批处理提供一个结束判别标志。在该数组中，其元素的X域表示检测点的图像序号，而Y域表示该检测点在该图像帧的轴向位置坐标，图2表示了检测点的地址映射表结构。采用上述方法，将为一定长度纱线所有检测点直径检测的快速自动批处理奠定基础。
[0052]步骤6:对所有检测点，根据所生成的地址映射表，依次在图像序列中找到相对应的图像帧和在该图像中的位置点，计算出所有检测点纱线的直径。
[0053]如图3所示，某位置点O所对应的检测线SS'的纱线直径，是以检测线SS'为中心，在纱线轴向方向ZZ'，其左、右距离分别为δ长度连续纱线段的所有位置直径的平均值，作为位置点O的纱线直径。在检测过程中δ的取值一般为2?4毫米，采用这种处理方法是为了更加科学、准确地表征检测样点位置纱线的直径，以减小纱线绒毛、截面形状等随机因素对检测结果不确定性的影响。图3显示如何根据检测点的位置，从包含该区间长度纱线图像中，截取出该纱线段子图像，其中SS'为检测点位置O的纱线直径检测线，其对应的检测区间为2 δ。对纱线长度2 δ上所有像素点位置直径的测量，其关键是如何根据纱线绒毛图像的特征，从截取的图像中分割出纱线本体的图像区域。
[0054]本发明采用的方法是先对该子图像沿纱线轴向方向进行投影，根据灰度投影曲线的分布特性，实现子图像初步划分，分离出纱线本体区、背景区和纱线体疑似区；然后由子图像灰度直方图所确定的背景与纱线体的峰值，将图像灰度划分为三个区间，并根据纱线体疑似区像素的灰度值所在区间范围及该像素到纱线本体区的方向连通性作为约束，构建分类器，进一步将纱线本体疑似区的像素划分为纱线本体区和背景区。
[0055]具体实现方法如图3和图4所示。图3显示了如何对子图像进行初步划分。由于在装置中采用了黑色的背景，摄取图像中其黑色区域对应背景，而变化的灰白色区域对应纱线体或背景与目标的过度区域。对截取的纱线段子图像沿纱线轴向方向进行投影，根据灰度投影曲线的分布特性，将图像分成五个部分，分别为A，B，B'，C，和C'，实现图像的初步划分。其划分方法是，将图像灰度投影曲线为灰度峰值的0.77倍以上区域为A区，并确定其为纱线本体图像区域部分(对不同的检测纱线，其划分阈值可以通过试验方法确定)，并取其中间位置为ZZ'线为纱线的中轴线；在A区两边其投影曲线所对应灰度值为峰值的
0.15倍?0.77倍之间的部分，即B和B'区，认为是纱线本体疑似区。在这两个区域，由于纱线本体受横切面不规则及其纱线表面绒毛的影响，往往难以直接将区的像素划分为纱线本体区域或背景区，需要采用后续方法进行处理。而在纱线本体疑似区外侧，其投影曲线的灰度值在其峰值的0.15倍以下的C和C'区域，则为背景区域。
[0056]进一步对纱线本体疑似区B和B'的像素进行分类，其关键是要考虑像素位置、灰度值特征及与纱线本体图像区域连通性等因素，去除纱线绒毛等随机因素对像素分类的影响。由于我们所截取的子图像的主要部分为纱线本体和图像背景，因此在该子图像的直方图中必然存在两个最显著的峰值，即纱线本体目标聚类像素灰度峰值和背景聚类像素的灰度峰值。利用直方图的双峰对应灰度级位置，将子图像灰度值划分为三个区间，其划分方法是:取背景灰度峰值右侧且灰度下降10%位置以左部分设为S区，取纱线本体灰度峰值左侧灰度下降10%位置以右部分设为T区，在S区和T区的中间区域设为M区。实现对区域B和B'图像像素进行分类，其像素处理方法包括两方面:一是关于图像处理顺序。对区域B像素处理顺序是从紧邻A区上侧的行开始，由下往上，从左到右，逐行进行处理；而对于对区域B'的处理顺序是从紧邻A区下侧的行开始，由上往下，从左到右，逐行进行处理，图4显示了其像素的处理顺序，规定如此处理顺序的原因是考虑纱线本体图像的连通性。二是区域B和B'图像像素的处理方法。我们以图4中的O号像素(对区域B)为例，来说明其分类方法。若目前处理像素为O号像素(对区域B)，若其灰度值位于纱线灰度直方图的T区域范围内，且与纱线本体区域方向像素连通(即I号像素与纱线本体区图像连通)，则将该像素为归类于纱线本体图像区域；若该像素灰度值位于纱线灰度直方图的S区域，则该像素为归于背景像素。若该像素灰度位于纱线灰度直方图的M区域，对该像素的分类分为两种情况。若O号像素(对区域B)在纱线本体直接方向的相邻的像素(即区域B的I号像素)，不与纱线本体区域连通，则目前处理像素归类于背景；若O号像素(对区域B)在纱线本体直接方向的相邻的像素(即区域B的I号像素)，与纱线本体图像区域相连通，则需要进一步考察其左下则和其右下侧的像素的联通情况，即2号像素和8号像素(对区域B)，只要这两像素之中有一个像素与纱线本体区域相通，则将目前的处理像素归为目标像素，否则，将该像素仍归为背景像素。对区域B和B'的所有像素，均采用上述方法进行处理，即可从截取的图像中提取出纱线本体图像区域，同时可以较好地剔除纱线绒毛对疑似区像素分类的影响。
[0057]对分割出的纱线体，沿纱线的中心轴线W，从左到右以像素为处理单位，依次统计出每一个像素点位置与中心轴线相垂直的直线所通过纱线本体区域的像素个数，计算出该检测点纱线直径。对所有检测点，由地址映射表，依次在图像序列中找到相对应的图像帧和在该图像中的位置点，按照上述的方法，计算出所有检测点纱线的直径。[0058]步骤7:根据所计算结果，自动对指定长度检测纱线的直径进行分析，包括纱线直径的平均值、均方差和变异系数等参数。
[0059]步骤8:由液晶显示器显示对纱线直径动态检测与分析的结果。
[0060]现代纺织企业的生产要求对纱线直径进行大子样统计和分析，但由于纱线和其他纺织材料都有其固有特征，即纱线直径差异较大，截面形态不规则，纱线毛羽和纱线本体难以区分，给测试工作带来了更大的困难。采用的静态测试纱线直径的各种方法，难于满足生产实际的需要和现代化生产和科研发展的需要。计算机视觉系统和图像处理技术的发展为纱线直径的自动快速测量和统计分析提供新的方法。本发明所提出的装置和方法，可快速、连续地对获取被检测纱线图像序列进行自动批处理，实现对指定长度纱线所有检测点直径检测及其统计特征分析，克服静态纱线直径测量的缺陷。
【权利要求】
1.一种纺织纱线直径动态快速测量装置，包括箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)内设有封闭的纱线成像室(4)，被检测纱线穿过纱线成像室(4)，被检测纱线的两端通过导线装置(11)分别与纱线驱动器(9)和纱线张力控制器(12)相连；所述封闭的纱线成像室(4)内设有一组与光源控制器(7)连接的照明光源(6)，在光源前方设有一块照明光滤波片(8);所述纱线成像室(4)上侧面安装有用于动态采集被检测纱线的运动纱线图像的图像获取装置，下侧铺盖一块黑色背景板(5);所述纱线驱动器(9)、光源控制器(7)及纱线张力控制器(12)与系统控制箱(10)相连；所述图像获取装置和系统控制箱(10)分别与计算机(14)相连；所述计算机(14)对图像获取装置获取的纱线连续动态图像序列进行处理，测出检测点纱线的直径，并分析预设长度纱线直径变化的统计特征；其中，纱线的直径是以检测点为中心，在纱线轴向方向邻域长度的连续纱线段中所有像素点位置直径的平均值；所述计算机对于指定长度纱线所有预先设定检测点直径的测量是根据检测参数及纱线物理尺寸与图像尺寸的映射关系，自动确定各检测点所对应图像序号和位置，构建检测点与图像序号地址映射表，并采用地址映射表的方式实现检测点在图像序列中的快速寻址。
2.根据权利要求1所述的纺织纱线直径动态快速测量装置，其特征在于，所述箱体(1)为半封闭结构，所述纱线成像室(4)为全封闭的避光结构。
3.根据权利要求1所述的纺织纱线直径动态快速测量装置，其特征在于，所述照明光源(6)为乳白色卤素光源，所述照明光滤波片(8)为乳白色漫射玻璃。
4.根据权利要求1所述的纺织纱线直径动态快速测量装置，其特征在于，所述计算机是以截取所述连续纱线段的子图像为处理对象，先对子图像沿纱线轴向方向进行投影，根据灰度投影曲线的分布特性，将子图像划分为纱线本体区、背景区和纱线本体疑似区；再由子图像灰度直方图双峰分布，将图像灰度划分为三个区间，根据纱线本体疑似区像素灰度值所在区间范围及其到纱线本体区方向连通性，对疑似区像素进一步划分，最终完整分割出纱线本体图像区域。
5.根据权利要求4所述的纺织纱线直径动态快速测量装置，其特征在于，所述计算机对所提取出的纱线本体图像区域沿其纱线`的中心轴线，从左到右以像素为处理单位，依次统计出每一个像素点位置与中心轴线相垂直的直线所通过纱线本体区域的像素个数，计算出该检测点纱线直径。
6.根据权利要求1所述的纺织纱线直径动态快速测量装置，其特征在于，对于纱线直径的检测点若所需处理区间长度的连续纱线段跨接两相邻图像帧时，则先对该区间所跨接的相邻图像进行拼接，再截取其连续的纱线段子图像进行处理。
7.一种纺织纱线直径动态快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)对所检测纱线，先在检测系统上标记纱线开始检测位置，设置样点间隔距离及直径检测参数； (2)采用系统装置自带标定模板，对图像获取装置进行标定，计算出图像像素所对应检测纱线的物理尺寸，并设定检测纱线张力的大小、纱线运动速度及图像获取装置的拍摄速度； (3)将用于检测的纱线安装在如权利要求1所述的装置上，并启动检测装置，当纱线按一定的速度通过成像位置时，图像获取装置连续地采集纱线的时间图像序列，并储存于计算机中；(4)对所获取的同一纱线图像序列，依次进行滤波处理，消除成像过程中引入的噪声，然后将其转换为灰度图像，并按顺序对图像序列进行编号； (5)对编号后的连续图像序列，按照预先设定参数及成像系统图像尺寸与物理尺寸的映射关系，按顺序确定各纱线检测点在图像序列所对应图像序号及其在该图像中的位置；若检测样点所需处理的纱线段，其区间长度不在同一帧图像内时，则需对该区间所跨接的相邻图像进行拼接处理，使其合成一张图像，然后对该拼接后的图像及其后续图像帧，按顺序重新编号；对后续所有需要拼接的图像，均做类似处理，最后生成检测点地址映射表； (6)对所有检测点，根据所生成的地址映射表，依次在图像序列中找到相应的图像帧及其检测点位置，计算以检测点为中心，纱线轴向方向的左、右距离分别为直径检测参数的连续纱线段的所有位置点直径的平均值，并以该平均值作为检测点的纱线的直径； (7)根据所计算结果，自动对指定长度检测纱线的直径进行统计分析，包括纱线直径的平均值、均方差和变异系数等参数； (8)由液晶显示器显示 对纱线直径动态检测与分析的结果。
【文档编号】G01B11/10GK103759662SQ201310754359
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】钟平, 胡睿, 李鹏飞, 张康 申请人:东华大学