专利名称：基于图像频谱技术的手持式织物密度测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于纺织品检测技术领域，涉及一种基于图像频谱技术的手持式织物密度测 量仪。
背景技术：
目前的织物密度测量主要为人工加辅助工具测量。有的时候，虽然采用了基于图像 技术的辅助工具，但是辅助工具主要是用于织物图像的放大，便于观测。而有关织物密 度之类的参数仍然需要通过人工进行数数和计算。劳动强度大，效率低，且规范性和客 观性不高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种手持式织物密度测量装置，本 发明的测量装置，采用嵌入式全数字化图像处理技术，不仅直接获得织物样本的图像， 而且自动计算出织物密度参数，把样本图像获取、存储、密度参数自动测量和记录等功 能集于一体，可脱离计算机独立使用。
为此，本发明采用如下的技术方案
一种基于图像频谱技术的手持式织物密度测量仪，包括光学成像装置、箱体、白光
LED阵列，图像传感器，DSP数据处理单元，LED光源驱动模块，其特征在于，所述的 光学成像装置包括镜筒，镜筒的前端固定有保护窗，后端与箱体相连，成像镜头固定在 长镜筒的后部，图像传感器固定在靠近长镜筒后端的箱体内，分辨率在300万像素以上； 白光LED阵列为环形阵列，均匀排布在靠近成像镜头前侧的镜筒内；图像传感器采集的 图像被送入DSP数据处理单元，DSP数据处理单元根据所采集到的图像，计算织物密度， 并通过LED光源驱动模块控制白光LED阵列的亮度。
作为优选实施方式，保护窗与成像镜头之间的距离^00mm，镜筒长度=120咖，物 距-92mm，焦距=12腿，像距为13.8mm，景深为士l画；DSP数据处理单元通过计算图像 的整体亮度指标，确定织物的反射散射系数，并以此系数为依据，通过LED光源驱动模 块改变白光LED阵列的照明电流。
本发明具有如下的技术效果
1、 采用了自动亮度LED均匀照明方式，亮度高，功耗小，且可以根据织物的反射率 自动调整照明，保证图像质量；同时采用专用LED光路设计，保证了图像的均匀。
2、 采用固定物距技术，并且使用了大焦深光学设计，保证了织物图像的清晰。并且
3使用中不用手工调焦，使用方便。
3、由于图像传感器的分辨率很高，达到300M 1000M象素，所以对很粗到很细纹理 的织物都能有优良的分辨能力，可以以最高分辨率获取各种织物纹理图像。
4采用了固定物距技术。由于测量时不必根据织物纹理的粗细改变成像放大率，而 采用恒定的放大率，所以镜头焦距、物距和像距都不用改变。
5采用嵌入式DSP技术，可以脱离计算机独立工作，不仅成本低，工作可靠，而且 体积小重量轻，使用方便。
6与光电扫描式不同，本发明采用全数字图像技术， 一次获得高分辨率织物的数字 图像。利用专用的图像频谱处理技术、纹理识别技术、参数提取处理技术，获得高精度 的织物密度参数，抗干扰性强，适应范围宽。
图l本发明测量仪的结构示意图2织物密度测量流程图。 1保护窗 2镜筒 3白光LED 4成像镜头
6数据采集电路板 7数据处理和控制电路板
9按键和接口 10 电源单元
具体实施例方式
下面参照附图和实施例对本发明做进一步详述。
本发明的技术原理是采用CMOS图像传感器把织物图像数字化，传输到存储器，并通 过嵌入式DSP和专用的图像频谱技术算法进行处理和计算，自动得到织物的密度参数。 本发明由8部分组成如图1所示。
(1) 、光学成像装置
本发明采用固定物距，通过筒长限定物距。每次测量时，镜筒紧扣织物表面，那么 物距就恒定，织物表面就能清晰的成像到像面的CMOS/CCD图像传感器上，同时光学成像
放大倍数也恒定。
光学成像装置包括保护窗l、镜筒2、成像镜头4。镜筒的前端固定有保护窗，后端 与箱体相连，成像镜头固定在长镜筒的后部，保护窗与成像镜头之间的距离范围为 画mm。
在光学镜头设计时，镜筒长度=120咖，物距=92面，焦距=12面，像距为13.8mm。 重点考虑成像景深参数。经过专门设计，镜头的景深为ilmra。保证织物表面距离在一定 士lmm范围内变化时，都能在成像面上获得清晰的图像，光学放大倍数保证在0. 15±0.002。
成像系统体积小，重量轻，清晰度高，畸变小。
(2) 、照明光源
5 CCD/CMOS
8 液晶显示屏 11仪器箱体采用白光LED阵列的环形光源照明，白光LED均匀地排布在靠近镜头前部的镜筒内 周，保证织物表面能够获得多个方向的照明光，最大程度地显示织物地纹理图像细节。
LED的数量和位置经过照度测量和计算，使织物测量范围内地照明光强度达到按照设 计分布，消除成像镜头的渐晕效应，得到整个测量表面图像的亮度分布均匀。渐晕效应 指镜头成像时图像从中间到边缘亮度逐渐变低的效应。
不同的织物表面反射散射率不同因此获得的图像亮度可能有很大的差别，有的过 亮，有的过暗，直接影响图像处理的参数计算。本发明采用密闭的筒状结构，隔离环境 光，只有系统提供的直流稳定的LED光线照明，因此消除的不同环境光强度和变化的影 响，获得稳定均匀织物表面数字图像。
(3) 、 CCD/CMOS数字图象传感器
采用高分辨率的CCD/CMOS数码图象传感器，分辨率达到300M 1000M象素，不仅功 耗小，而且直接获得数码图象，避免了一般视频摄像机信号和格式转换带来的各种误差， 因此图象清晰稳定，畸变小。
(4) 、 DSP数据处理单元及其专用算法
数据处理和控制电路板，由DSP数据处理单元、数据存储单元、LED光源驱动单元等 组成。DSP数据处理单元，包括高性能低功耗的DSP及其辅助电路，负责对织物图象进行 采集、处理、检测计算和操作控制，不仅获得原始织物图象，而且获得织物密度的密度、 方向、纹理等各种参数。
与光电扫描式不同，本发明采用全数字图像技术。利于专用图像频谱处理技术和纹 理识别和参数提取处理技术，获得高精度的织物密度参数，抗干扰性强，适应范围宽。
(5) 、数据缓存和FLASH存储单元 系统包含几个不同功能的数据存储单元。缓存单元保存临时图象数据和运算中间结
果。FLASH存储单元负责存储最终处理后的织物图象和织物密度参数数据。
(6) 、 LED光源驱动单元
本发明的LED照明通过改变LED电流可以调节LED的亮度丄ED光源阵列由数据处理 和控制电路板上的LED光源驱动单元驱动。DSP数据处理单元计算图像的整体亮度指 标，确定织物的反射散射系数。以此系数为依据，通过LED光源驱动单元改变LED的照 明电流，从而改变织物表面的照明光强，使得不同反射散射率得织物都能获得合适亮度 水平的图像。
(7) 显示单元
釆用液晶显示，功耗小，信息量大，分辨率高。可以根据仪器档次分别显示数字、 灰度示意图象或高分辨率彩色图象等。
(8) 、数据传输接口和管理软件 该单元负责测量仪与外部其他设备的数据交换。通过USB或RS232C或TCP/IP网络
接口，可以把存储的数据传送到计算机。通过专用的计算机软件，可以对织物图像进行进一步精细处理。软件的总流程框图如图2所示。同时对各个织物图像及其参数进行数
据库管理，实现査询、浏览、统计、打印等功能。
(9)、电源
本仪器采用可充电的锂电池供电，并且采用多种电源管理技术，达到电能的高效率 利用，延长连续工作时间。
权利要求
1.一种基于图像频谱技术的手持式织物密度测量仪，包括光学成像装置、箱体、白光LED阵列，图像传感器，DSP数据处理单元，LED光源驱动模块，其特征在于，所述的光学成像装置包括镜筒，镜筒的前端固定有保护窗，后端与箱体相连，成像镜头固定在长镜筒的后部，图像传感器固定在靠近长镜筒后端的箱体内，分辨率在300万像素以上；白光LED阵列为环形阵列，均匀排布在靠近成像镜头前侧的镜筒内；图像传感器采集的图像被送入DSP数据处理单元，DSP数据处理单元根据所采集到的图像，计算织物密度，并通过LED光源驱动模块控制白光LED阵列的亮度。
2. 根据权利要求1所述的手持式织物密度测量仪，其特征在于，保护窗与成像镜头之间 的距离400mm，镜筒长度=120腿，物距二92mm，焦距二12mm，像距为13.8mm，景 深为士1腿。
3. 根据权利要求1所述的手持式织物密度测量仪，其特征在于，DSP数据处理单元通 过计算图像的整体亮度指标，确定织物的反射散射系数，并以此系数为依据，通过 LED光源驱动模块改变白光LED阵列的照明电流。
全文摘要
本发明属于纺织品检测技术领域，涉及一种基于图像频谱技术的手持式织物密度测量仪，包括光学成像装置、箱体、白光LED阵列，图像传感器，DSP数据处理单元，LED光源驱动模块，光学成像装置包括镜筒，镜筒的前端固定有保护窗，后端与箱体相连，成像镜头固定在长镜筒的后部，图像传感器固定在靠近长镜筒后端的箱体内，分辨率在300万像素以上；白光LED阵列为环形阵列，均匀排布在靠近成像镜头前侧的镜筒内；图像传感器采集的图像被送入DSP数据处理单元，DSP数据处理单元根据所采集到的图像，计算织物密度，并通过LED光源驱动模块控制白光LED阵列的亮度。本发明把样本图像获取、存储、密度参数自动测量和记录等功能集于一体，可脱离计算机独立使用。
文档编号G01N21/84GK101609051SQ20091006924
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者蔡怀宇, 黄战华 申请人:天津大学