一种生丝质量检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种纺织原料检测装置，特别是一种生丝质量检测装置及检测方法。

背景技术：

目前，中国是世界上最大的生丝生产和出口国，其生产和出口量均占国际市场的70%以上。茧丝绸产业是四川省的特色优势产业，随着我国“东桑西移”工程和新一轮西部大开发战略的深入实施，四川正成为我国蚕桑丝绸产业的主要转移承接地，产业发展潜力极大。四川省作为我国茧丝绸的发源地和全球的丝绸产业基地之一，既是生产高品位生丝的主产区，又是大量使用生丝（丝绸织造、捻线用丝等）的省份。但传统的生丝检测手段显的相对落后，尤其是比较集中的黑板检验（清洁度、洁净度和匀度检验），长期以来一直采用目光检测，手工计数等方法。一是检验人员劳动强度大，生丝黑板检验需在暗室里进行，长时间检测会造成人眼睛充血，极大影响人的身心健康；二是目光检测结果对人的依赖性特别强，受人为因素影响较大。

技术实现要素：

为了克服现有的生丝人工检测技术的不足，本发明提供一种生丝质量检测装置及检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生丝质量检测装置，包括支架和生丝黑板，还包括，黑板支座、光源、ccd相机、滚珠丝杠导轨、滑块、步进电机、计算机；

生丝黑板两侧边对称设有黑板安装中轴，黑板安装中轴设置在生丝黑板两侧边高度的中点位置，两个黑板支座对称设置在支架上；生丝黑板通过黑板安装中轴安装在黑板支座上，在支架的相对侧设有水平方向安装的滚珠丝杠导轨，滚珠丝杠导轨上设有滑块，滚珠丝杠导轨连接有步进电机；ccd相机和光源安装在滑块上；计算机通过设有的线缆分别连接ccd相机、光源和步进电机。

进一步方案，ccd相机为竖向方向平行设置的两台。因为生丝黑板国家标准基本参数为：长度为1359mm，宽度为436mm，厚度包括边框为37mm，每块黑板上分为10片丝片，每片的宽度为127mm。由于每片生丝的宽度为127mm，而黑板的长度为1359mm，且黑板上缠绕10片生丝，同时左右两边的生丝与黑板的边缘之间均存在一定的间隔，所以黑板上总计11个间隔，则计算得出每个间隔的平均宽度为8mm。采用两个ccd相机平行设置在竖直方向上，利用支架装置，将两个ccd相机之间的距离固定。由于黑板丝片之间存在间隔，为了在后续图像处理的时候便于分割图片，因此可以充分利用该间隔作为标志线。两个平行设置在竖直方向上ccd相机可对两片丝片缠绕区域同时进行拍摄，这样在充分利用生丝黑板自身特性的同时也增大了拍摄效率。

黑板支座内设有用于生丝黑板翻转的旋转机构，旋转机构内设有可套接黑板安装中轴的轴承。按国家检测规范要求，生丝黑板需要对生丝黑板正面和背面进行检测，旋转机构实现生丝黑板按其水平方向中轴进行对称翻转，可避免翻转至背面后的角度和区域变化引发的拍摄图像失真。

支架上水平方向安装的滚珠丝杠导轨的轴线与支架对侧上安装的两个黑板支座的连线平行，即与生丝黑板的水平中轴平行。安装在滑块上的ccd相机和光源在滚珠丝杠导轨上移动时保持对生丝黑板的距离恒定，可实现ccd相机的对生丝黑板进行精确的分区域二维平移拍摄，避免角度距离变化引发的拍摄图像失真。

光源为两个，平行安装在ccd相机两侧，光源为矩阵式led光源。其技术效果是光源分布在ccd相机两侧，对拍摄区域照度均匀、发出光线的亮度稳定；保证对生丝黑板照射均匀和照射区域及照射角度以满足检测需求；并且能够通过调节开关调节光源亮度和色温，矩阵式led光源的性能可靠、使用寿命长。

进一步，上述一种生丝质量检测装置用于生丝检测的方法，采用机器视觉方式，对生丝检测黑板进行分区图像采集处理的方法，包括以下步骤：

步骤1、首先准备作为标准对照的生丝黑板；再按规范在黑板排绕待检生丝，另外制成待检的生丝黑板；（该规范是国家标准gb/t1798-2008《生丝试验方法》）；

步骤2、将作为标准对照的的生丝黑板通过黑板安装中轴安装在黑板支座上，用光源照射，通过计算机控制步进电机使滚珠丝杠导轨上的滑块沿水平方向平移，ccd相机对生丝黑板划分成若干区域进行分区平移拍摄；在相同的ccd相机分辨力情况下，划分区域可以提高生丝检测的分辨力及测量精度；避免了划分区域，对于洁净度指标中的小糠，会出现分辨力不足，导致检测结果不准的问题；

步骤3、拍摄的分区域图像通过计算机进行图像合成，去除边界和各次图像采集之间冗余部分，存储合成图像后；再采用大津法进行图像二值化处理，制成标准样照图像；并依照国家标准gb/t1798-2008《生丝试验方法》统计以下指标：

清洁度：统计标准样照图像的疵点种类x、疵点面积a、各疵点长a、宽b，并根据国家标准设定长宽范围m；建立各疵点数据表；

洁净度：统计标准样照图像在国家标准的评分规则下疵点面积a，并计算出洁净度100分样照的疵点平均面积a1，80分的疵点平均面积a2，50分的疵点平均面积a3；

匀度：标准样照图像的按国家标准的各评级要求，计算图像灰度的对比值范围确定匀度；

步骤4、在支架上再安装待检的生丝黑板，按步骤2的方法，同样用光源照射，ccd相机对待检的生丝黑板进行划分区域平移拍摄；

步骤5、将待检的生丝黑板以黑板安装中轴为旋转轴翻转至背面，按步骤2的方法，同样用光源照射，采用ccd相机进行划分区域平移拍摄；

步骤6、对步骤4和步骤5拍摄的分区域图像通过计算机进行图像合成，去除边界和各次图像采集之间冗余部分，存储合成的正面图像和背面图像后；再采用大津法进行图像二值化处理，制成正面和背面两面图像；

步骤7、将步骤6获取的正面和背面两面图像进行图像局部均值滤波，去除毛羽噪声和孤立噪声后；对图像再次采用大津法进行二值化处理；

步骤8、将图像数据通过图像傅立叶变换方法纠偏，得到被测生丝两面待检图像；

步骤9、统计被测生丝两面待检图像各非零点的形状参数：疵点面积a、疵点长a、宽b，与步骤3获取的标准样照图像得到疵点面积a、疵点长a、宽b数据比较，得到清洁度疵点种类，按国家标准的清洁度种类进行评级，得到被测生丝的清洁度指标；

步骤10、计算步骤8获取的被测生丝两面待检图像的疵点面积；采用八邻域连通区域或四邻域连通区域标记算法，计算出二值化图像各非零点连通区域像素个数，得到被测生丝的洁净度；

步骤11、选取步骤8得到的任意一面的被测生丝待检图像，获取其图像中的非零点像素，记录其下标即为坐标值，再用步骤6获取的未进行二值化前存储的选取面图像的非零点领域灰度进行替代，消除疵点对匀度影响；计算各列灰度梯度，找出灰度变化最大的列；计算灰度最大的列和相邻列的对比度，再与步骤3得到的标准样照图像的匀度指标对比，得出对比值即被测生丝的匀度。

步骤2中的黑板的划分区域面积，在相同的ccd相机分辨力情况下，划分区域可以提高生丝检测的分辨力及测量精度；若不划分区域，对于洁净度指标中的小糠，会出现分辨力不足，导致检测结果不准确。

步骤8中的图像傅里叶变换，是对图像位于同一直线像素点信号的周期提取，通过对不同位置直线上像素点周期的比较，当像素点所在直线与丝线位置平行时，得到的周期值最小，根据周期值最小的原则，可以确定旋转角度，从而使得图像中生丝调整为完全竖直方向，以便后续计算生丝膨大处宽度。

步骤11中，计算和相邻列的对比度，再与步骤3得到的标准样照图像的匀度指标对比，其对比过程如下：

若得到的对比度和标准样照中的对比度相符，则匀度直接评级，若不相符，则采用如下规则：对比度超过标准样照v0的对比度，不超过v1的对比度，则为匀度一度变化；超过v1不超过v2则为匀度二度变化，超过v2则按匀度三度变化评定。（该评级规则是国家标准gb/t1798-2008《生丝试验方法》，其中的v0、v1、v2是标准规定参数）。其技术效果是根据生丝匀度和图像灰度的对应关系，建立生丝匀度和图像灰度的函数关系。匀度评级并不包含清洁度和洁净度信息，并且影响清洁度和洁净度的指标主要体现为疵点数据，疵点一般在图像上表现为较整体背景灰度比较大的点，所以消除疵点有利于匀度指标定级。

本发明的有益效果是：本发明采用机器视觉方式，对生丝检测黑板进行分区图像采集处理，生丝检测黑板分若干区域进行拍摄；生丝黑板两侧对称设有黑板安装中轴，以中轴为旋转轴对称翻转至背面拍照，可避免翻转至背面后的角度和区域变化引发的拍摄图像失真，可满足规范的背面检测要求，两个平行设置在竖直方向上ccd相机可对生丝黑板上两片丝片同时进行拍摄，这样在充分满足生丝黑板国家标准的尺寸的同时也增大了拍摄效率。

步进电机配合滚珠丝杠导轨，具有良好的定位精度，使得ccd相机在滑块上的定位准确、抖动小，有利于ccd相机的对生丝黑板进行精确的分区域二维平移拍摄。

支架上水平方向安装的滚珠丝杠导轨的轴线与支架对侧上安装的两个黑板支座的连线平行，即与生丝黑板的水平中轴平行。安装在滑块上的ccd相机和光源在滚珠丝杠导轨上移动时保持对生丝黑板的距离恒定，可实现ccd相机的对生丝黑板进行精确的分区域平移拍摄。避免距离和角度变化引发的拍摄图像失真。

对生丝检测黑板划分若干区域进行拍摄；在相同的相机分辨力情况下，划分区域可以提高生丝检测的分辨力及测量精度；避免了不划分区域拍摄，对于洁净度指标中的小糠，会出现分辨力不足，导致影响检测结果准确性。

图像采用大津法进行二值图像化处理及图像的傅里叶变换对生丝黑板图像进行纠偏，大大提高检测精度；通过图像滤波去除毛羽噪声和孤立噪声；图像处理采用并行处理，效率高。

获取被测生丝待检图像非零点的坐标值后，用步骤6获取的未进行二值化前存储的正面图像的非零点领域灰度进行替代，消除疵点对匀度影响；计算列灰度梯度，找出灰度变化最大的列；计算和相邻列的对比度，再与步骤3得到的标准样照图像的匀度指标对比，得出对比值即被测生丝的匀度。其技术效果是根据生丝匀度和图像灰度的对应关系，建立生丝匀度和图像灰度的函数关系。匀度评级并不包含清洁度和洁净度信息，并且影响清洁度和洁净度的指标主要体现为疵点数据，疵点一般在图像上表现为较整体背景灰度比较大的点，所以消除疵点有利于匀度指标定级的准确性，即图像合成后采用未进行二值化前存储的图像的非零点领域灰度进行替代，消除了疵点对匀度影响。

采用本发明可同时检测出生丝的清洁度、洁净度和匀度三个质量指标；大的提高生丝黑板检验的科学性、客观性和准确性，缓解由于劳动力成本提高给生丝检验检疫机构带来的压力，提高了生丝检测效率，有利于实现生丝检测的标准化和规范化，对丝绸行业和检验检疫机构具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的滚珠丝杠导轨结构示意图。

图中零部件及编号：

1-支架；2-生丝黑板；21-黑板安装中轴；3-黑板支座；4-光源；5-ccd相机；6-滚珠丝杠导轨；7-滑块；8-步进电机；9-计算机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

如图1～图2所示，一种生丝质量检测装置，包括支架1和生丝黑板2，还包括，黑板支座3、光源4、ccd相机5、滚珠丝杠导轨6、滑块7、步进电机8、计算机9；

生丝黑板2两侧边对称设有黑板安装中轴21，黑板安装中轴21设置在生丝黑板2两侧边高度的中点位置，两个黑板支座3对称设置在支架1上；生丝黑板2通过黑板安装中轴21安装在黑板支座3上，在支架1的相对侧设有水平方向安装的滚珠丝杠导轨6，滚珠丝杠导轨6上设有滑块7，滚珠丝杠导轨6连接有步进电机8；ccd相机5和光源4安装在滑块7上；计算机9通过设有的线缆分别连接ccd相机5、光源4和步进电机8。

进一步，ccd相机5为竖向方向平行设置的两台。两个平行设置在竖直方向上ccd相机5可对两片丝片同时进行拍摄，这样在充分利用生丝黑板自身尺寸特性的同时也增大了拍摄效率。

黑板支座3内设有用于生丝黑板2翻转的旋转机构，旋转机构内设有可套接黑板安装中轴21的轴承。按国家检测规范要求，生丝黑板2需要对生丝黑板2正面和背面进行检测，旋转机构实现生丝黑板2按其水平方向中轴进行对称翻转，可避免翻转至背面后的角度和区域变化引发的拍摄图像失真。

支架1上水平方向安装的滚珠丝杠导轨6的轴线与支架1对侧上安装的两个黑板支座3的连线平行；即与生丝黑板2的水平中轴平行。实现ccd相机5的对生丝黑板2进行精确的分区域二维平移拍摄。避免拍摄角度和位置的变化引发的拍摄图像失真变形。

光源4为两个，平行安装在ccd相机5两侧，光源4为矩阵式led光源，可保持对生丝黑板2的拍摄区域均匀照射。

上述一种生丝质量检测装置用于生丝检测的方法，采用机器视觉方式，对生丝检测黑板进行分区图像采集处理的方法，包括以下步骤：

步骤1、首先准备作为标准对照的生丝黑板2；再按规范在黑板排绕待检生丝，另外制成待检的生丝黑板2；（该规范是国家标准gb/t1798-2008《生丝试验方法》）；

步骤2、将作为标准对照的的生丝黑板2通过黑板安装中轴21安装在黑板支座3上，用光源4照射，通过计算机9控制步进电机8使滚珠丝杠导轨6上的滑块7沿水平方向平移，ccd相机5对生丝黑板2划分成若干区域进行分区平移拍摄；在相同的ccd相机5分辨力情况下，划分区域可以提高生丝检测的分辨力及测量精度；避免了划分区域，对于洁净度指标中的小糠，会出现分辨力不足，导致检测结果不准的问题；

步骤3、拍摄的分区域图像通过计算机9进行图像合成，去除边界和各次图像采集之间冗余部分，存储合成图像后；再采用大津法进行图像二值化处理，制成标准样照图像；并依照国家标准gb/t1798-2008《生丝试验方法》统计以下指标：

清洁度：统计标准样照图像的疵点种类x、疵点面积a、各疵点长a、宽b，并根据国家标准设定长宽范围m；建立各疵点数据表；

洁净度：统计标准样照图像在国家标准的评分规则下疵点面积a，并计算出洁净度100分样照的疵点平均面积a1，80分的疵点平均面积a2，50分的疵点平均面积a3；

匀度：标准样照图像的按国家标准的各评级要求，计算图像灰度的对比值范围确定匀度；具体实施过程：根据清洁度标准样照图像中各疵点分类，计算出在图像中各疵点的长度a（像素值）、宽度b（像素值）和形状x，建立标准样照的11类标准疵点数据。即根据洁净度标准样照图像，计算出各评分标准中各疵点面积s（像素值）、数量c，建立8个标准洁净度评分数据；根据匀度标准样照图像，计算出各级匀度下，对应图像灰度的对比度，建立3个标准匀度数据；

步骤4、在支架1上再安装待检的生丝黑板2，按步骤2的方法，同样用光源4照射，ccd相机5对待检的生丝黑板2进行划分区域平移拍摄；

步骤5、将待检的生丝黑板2以黑板安装中轴21为旋转轴，翻转至背面，按步骤2的方法，同样用光源4照射，采用ccd摄像机5进行划分区域平移拍摄；

步骤6、对步骤4和步骤5拍摄的分区域图像通过计算机9进行图像合成，去除边界和各次图像采集之间冗余部分，存储合成的正面图像和背面图像后；再采用大津法进行图像二值化处理，制成正面和背面两面图像；

步骤7、将步骤6获取的正面和背面两面图像进行图像局部均值滤波，去除毛羽噪声和孤立噪声后；对图像再次采用大津法进行二值化处理；

步骤8、将图像数据通过图像傅立叶变换方法纠偏，得到被测生丝两面待检图像；图像傅立叶变换方法是对图像位于同一直线像素点信号的周期提取，通过对不同位置直线上像素点周期的比较，当像素点所在直线与丝线位置平行时，得到的周期值最小，其原理是根据周期值最小的原则，可以确定旋转角度，从而使生丝成为完全竖直方向，以便后续计算生丝膨大处宽度；

步骤9、统计被测生丝两面待检图像各非零点的形状参数：疵点面积a、疵点长a、宽b，与步骤3获取的标准样照图像得到疵点面积a、疵点长a、宽b数据比较，得到清洁度疵点种类，按国家标准的清洁度种类进行评级，（该评级标准是国家规范gb/t1798-2008《生丝试验方法》），得到被测样品的清洁度指标；

步骤10、计算步骤8获取的被测生丝两面待检图像的疵点面积；采用八邻域连通区域或四邻域连通区域标记算法，计算二值化非零区域的欧拉数，即像素点个数，计算出二值化图像各非零点连通区域像素个数，得到被测生丝的洁净度；

步骤11、选取步骤8得到的任意一面的被测生丝待检图像，获取其图像中的非零点像素，记录其下标即为坐标值，再用步骤6获取的未进行二值化前存储的选取面图像的非零点领域灰度进行替代，消除疵点对匀度影响；计算各列灰度梯度，找出灰度变化最大的列；计算灰度最大的列和相邻列的对比度，再与步骤3得到的标准样照图像的匀度指标对比，得出对比值即被测生丝的匀度。

其中，若得到的对比度和标准样照中的对比度相符，则匀度直接按标准评级（该评级规则是国家标准gb/t1798-2008《生丝试验方法》，其中的v0、v1、v2是标准规定参数），若不相符，则采用如下规则：对比度超过标准样照v0的对比度，不超过v1的对比度，则为匀度一度变化；超过v1不超过v2则为匀度二度变化，超过v2则按匀度三度变化评定。其技术效果是根据生丝匀度和图像灰度的对应关系，建立生丝匀度和图像灰度的函数关系。匀度评级并不包含清洁度和洁净度信息，并且影响清洁度和洁净度的指标主要体现为疵点数据，疵点一般在图像上表现为较整体背景灰度比较大的点，所以消除疵点有利于匀度指标精确定级。

本发明采用机器视觉方式，对生丝检测黑板进行分区图像采集处理。可以实现生丝黑板检测的自动化，检验的结果正确度达到目前人工检验的水平，提高检验效率，减少人为因素引起的误差，代替完全手工的黑板检验，代替检验结果手工记录和手工输证。采用本发明可同时检测出生丝的清洁度、洁净度和匀度三个质量指标；大的提高生丝黑板检验的科学性、客观性和准确性，缓解由于劳动力成本提高给生丝检验检疫机构带来的压力，提高了生丝检测效率，有利于实现生丝检测的标准化和规范化，对丝绸行业和检验检疫机构具有很高的实用价值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。