專利名稱：一種單目ccd多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種紗線外觀數(shù)字化分析裝置，尤其涉及一種采用單目CCD進(jìn)行紗線外觀數(shù)字化分析裝置。
技術(shù)背景 紗線質(zhì)量直接關(guān)系著織物和服裝的外觀性能，物理性能和服用性能，在紡織生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。紗線的細(xì)度，毛羽度和條干均勻度直接影響面料的外觀，還影響強(qiáng)力，拉伸性，彈性，耐磨性等物理機(jī)械性能。紗線的外觀信息(粗細(xì)變化、橢圓度、直徑不均率等)對全面評價紗線質(zhì)量、指導(dǎo)制造工藝、預(yù)測織物外觀效果有著極其重要的意義。因此，對于紗線質(zhì)量的檢測從紡織行業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)之日起便成為一個產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的核心問題；圍繞著紗線的質(zhì)量檢測，國內(nèi)外紡織同行開發(fā)了很多紗線質(zhì)量檢測儀器。目前常見的三類測試設(shè)備包括紗線條干均勻度儀，強(qiáng)力儀和毛羽儀。紗線的外觀質(zhì)量的檢測主要由紗線條干均勻度儀和毛羽儀來完成。紗線條干均勻度的原理和方法分為兩種電容式測量和光電式測量。電容式測量的基本原理是讓紗線以一定速度從平行板電容器極板間通過，由于紗線單位長度的質(zhì)量(線密度)變化而引起電容的介質(zhì)變化，進(jìn)而引起電容量的變化，電容量的變化即反映出紗線條干不勻程度；而光電式測量則讓紗線以一定的速度從兩路正交方向上的光電檢測系統(tǒng)內(nèi)通過，光電傳感器將紗線直徑信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號的變化即反映出紗線的條干不勻程度。80年代末至今，電容式測量一直占據(jù)著條干均勻度測試設(shè)備的主導(dǎo)地位，而相應(yīng)的測試技術(shù)也被烏斯特等少數(shù)幾家大公司所掌握。Hlweger Uster公司先后運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)微機(jī)技術(shù)研制開發(fā)了 UT-3型、UT-4SX型電容式條干均勻度測試分析儀，檢測單元的測試機(jī)理與早期產(chǎn)品相同，但在羅拉轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)牽引系統(tǒng)作了相應(yīng)的改進(jìn)；并采用了檢測分機(jī)+信號分析處理機(jī)+打印機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，用信號分析處理機(jī)取代了早期UT-IIB型、UT-IB型的控制儀、波譜儀、紗疵儀和記錄儀，使整個測試系統(tǒng)的體積縮小了，測試功能大大擴(kuò)展了。此外，在條干測試之外，又加裝了毛羽測量單元，在測試紗樣條干不勻的同時可檢測紗樣毛羽量及其分布頻率。針對國內(nèi)紡織行業(yè)電容式條干儀需求量大的特點(diǎn)，80年代中期，陜西長嶺機(jī)器廠(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司的前身)、江蘇蘇州長風(fēng)機(jī)械總廠(蘇州長風(fēng)有限責(zé)任公司的前身)在有關(guān)科研院所和大專院校的協(xié)助下，消化吸收國外同類測試儀器的技術(shù)特征，運(yùn)用數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行了國產(chǎn)化，先后研制成功了 YG131型、YG133型、YG133A型電容式條干均勻度測試儀，并且在某些技術(shù)指標(biāo)上領(lǐng)先于國外同類產(chǎn)品。90年代中期，瑞士Zllweger Uster公司的，UT-3型、UT-4SX型電容式條干均勻度測試分析儀投放我國市場，針對其技術(shù)先進(jìn)、測試功能較為完善的特點(diǎn)，陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司、江蘇蘇州長風(fēng)有限責(zé)任公司、萊州市電子儀器有限公司不斷采用新技術(shù)和新的計(jì)算機(jī)平臺完善提高國產(chǎn)電容式條干均勻度測試分析儀的綜合性能，推出了 YG135系列、YG133B/M型和YG137型電容式條干分析儀，到目前為止，國產(chǎn)第三代電容式條干均勻度/毛羽測試分析儀YG136A型也已研制成功。然而，傳統(tǒng)的電容式或者光電式條干均勻度儀，只能得到反映紗線粗細(xì)的電容量信號或者光電信號，不能夠直接獲得紗線的表面外觀或者顏色紋理等更直觀的信息。在某些情況下，無法更準(zhǔn)確更逼真地實(shí)現(xiàn)對紗線外觀的表征。該方法雖然克服了目光檢驗(yàn)法因受人為因素而影響結(jié)果準(zhǔn)確性這一缺點(diǎn)，但是這種方法受環(huán)境影響較大，同一紗線所處環(huán)境的溫濕度不同將會造成檢測結(jié)果的較大差異；另外，利用電容式條干儀測得的紗線質(zhì)量不勻率與織物表面質(zhì)量的相關(guān)性不強(qiáng)，無法可靠地預(yù)測布面質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像分析技術(shù)的發(fā)展，研究人員開始運(yùn)用光學(xué)CCD技術(shù)(數(shù)字圖象傳感技術(shù))精密檢測紗線外觀，采用計(jì)算機(jī)圖像數(shù)字處理技術(shù)計(jì)量出紗線直徑、橢圓度及不勻率、扭曲度等外觀信息，對紗線的外觀等級進(jìn)行評估，并用測量數(shù)據(jù)模擬紗線黑板，仿真織物效果。計(jì)算機(jī)視覺分析系統(tǒng)用于紗線質(zhì)量分析，是將光學(xué)和數(shù)字成像技術(shù)結(jié)合，利用小波分析、傅立葉分析等數(shù)字圖像處理技術(shù)，對采集到的紗線圖像進(jìn)行圖像處理，得到紗線的外觀特征。其具體流程是先對紗線進(jìn)行圖像采集，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量，輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行圖像平滑、圖像分割等預(yù)處理，得到清晰的紗線圖像，然后進(jìn)行圖像特征提取和識別，最后建立標(biāo)準(zhǔn)樣照圖像數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)樣照的圖像分析數(shù)據(jù)庫，以及被測黑板的圖像和數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行評級。美國勞森公司的EIB光電式紗線外觀檢測分析儀就是利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對紗線進(jìn)行均勻度檢測的。該儀器配有一個數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的攝像機(jī)來記錄紗線外觀輪廓，精確至0. 15mm的疵點(diǎn)也能被檢測到，該軟件用紗線外觀信息產(chǎn)生的圖像及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來衡量紗線疵點(diǎn)對織物外觀的影響，可以自動給紗線定級，并且其測試不受相對濕度、溫度、顏色和纖維介電系數(shù)等因素的影響，與傳統(tǒng)黑板評級相比，消除了人為因素的誤差，并能利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來預(yù)測織物外觀，幫助優(yōu)化紗線的最終用途。綜合而言，目前對此領(lǐng)域的研究主要集中在幾何形態(tài)的測試和表征上，測試方法以電容式、光電式和圖像式為主，著重于傳統(tǒng)的條干均勻度和毛羽測試，測量模式多以單角度測量為主。然而，紗線體為三維立體結(jié)構(gòu)，單角度測量存在信息丟失，而且現(xiàn)在只對紗線直徑進(jìn)行分析，對于紗線表面的可視化外觀和顏色紋理信息的集成表征的研究，尚屬于空白，也沒有對紗線進(jìn)行多角度測量，現(xiàn)有技術(shù)根本不能實(shí)現(xiàn)單個相機(jī)多角度對紗線外觀的數(shù)字化綜合分析。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種單目CCD多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，解決現(xiàn)在無法采用單個相機(jī)進(jìn)行多角度對紗線外觀的數(shù)字化綜合分析的缺陷。技術(shù)方案一種單目C⑶多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，包括主要由筒子固定架、引紗羅拉和導(dǎo)紗桿組成的送紗驅(qū)動模塊，及回收紗線的卷繞羅拉，其特征在于在引出紗線的引紗羅拉和回收紗線的卷繞羅拉之間的紗線中段設(shè)置有紗線外觀多角度成像模塊，所述紗線外觀多角度成像模塊包括包圍紗線的上罩板和下罩板，在所述上罩板內(nèi)垂直水平面設(shè)置有CCD相機(jī)，相機(jī)鏡頭正對中間的穿過上下罩板間的紗線，所述CCD相機(jī)周圍設(shè)置有正向光源，所述下罩板上設(shè)置有平面的背光源，在下罩板上還有以不同角度傾斜設(shè)置的多個鏡片組成的鏡片組，使中間的紗線在每個鏡片內(nèi)分別成有虛像，所有虛像和紗線實(shí)像均在CCD靶面上交錯開，所述紗線外觀多角度成像模塊的CCD相機(jī)連接圖像采集模塊，采集成像數(shù)據(jù)后傳送數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。所述鏡片組包括以中間紗線為對稱，左右兩側(cè)分別傾斜設(shè)置一個鏡片，形成了 V型鏡片組，所述上罩板上以CXD相機(jī)對稱設(shè)置有對應(yīng)下罩板上的鏡片的左右兩個正向光源。所述數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)包括圖像分割模塊、圖像提取模塊和圖像分析模塊。所述引紗羅拉由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，提供紗線的輸送動力，所述數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)通過運(yùn)動串行通訊模塊與所述步進(jìn)電機(jī)連接，通過串行通訊協(xié)議控制步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)對紗線 的運(yùn)動控制。所述卷繞羅拉后連接紗線收集箱。所述CXD相機(jī)為彩色CXD相機(jī)。有益效果本實(shí)用新型的單目C⑶多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置通過光源和在單目C⑶相機(jī)對面設(shè)置多角度反射的鏡片組，將紗線實(shí)像和多角度映射在鏡片組的鏡片內(nèi)的紗線虛像同時一起采用單目相機(jī)拍攝在一張相片內(nèi)，然后通過圖像分割將實(shí)像和各虛像分割后分別提取出來，再對各圖象進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和分析，從而完成了單目CCD相機(jī)對紗線的多角度測量和分析，不僅使測量數(shù)據(jù)更完整，而且通過如此方法得到的多角度紗線數(shù)據(jù)可以幫助分析更多的紗線特征，完成對紗線的全面特征的綜合分析。

圖I為本實(shí)用新型的裝置示意圖；圖2為本實(shí)用新型的紗線外觀多角度成像模塊示意圖；圖3為本實(shí)用新型的紗線成像原理示意圖；圖4為本實(shí)用新型的工作流程示意圖。其中1_筒子固定架，2-引紗羅拉，3-導(dǎo)紗桿，4-卷繞羅拉，5-上罩板，6-下罩板，7-CXD相機(jī)，8-正向光源，9-背光源，10-鏡片組，11-圖像采集模塊，12-數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，13-運(yùn)動串行通訊模塊，14-紗線收集箱，15-紗線實(shí)像，16-紗線虛像。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。參照附圖I所示，本實(shí)用新型的紗線外觀多角度數(shù)字化分析裝置包括筒子固定架I、導(dǎo)紗桿3、引紗羅拉2、卷繞羅拉4、紗線外觀多角度成像模塊、圖像采集模塊11、運(yùn)動串行通訊模塊13、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)12、紗線收集箱14。其中，紗線外觀多角度成像模塊由上罩板5、下罩板6、彩色CCD相機(jī)7、正向光源8、紗線體、背光源9、多個反射鏡片合成的鏡片組10組成。筒子固定架I由一個底座、鋼桿和彈簧片組成，其作用是固定紗管；導(dǎo)紗桿3的作用為引導(dǎo)紗線進(jìn)入引紗羅拉2 ;引紗羅拉2由可控變速電機(jī)驅(qū)動，其轉(zhuǎn)動速度由運(yùn)動串行通訊模塊13控制。紗線外觀多角度成像模塊是裝置的核心組件，其中彩色CXD相機(jī)7是圖像的成像元件，可實(shí)時動態(tài)采集通過測試區(qū)域的紗線圖像，并將采集到的圖像通過圖像采集模塊11傳送到數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)12，進(jìn)行圖像信號分析和處理。附圖2所示為紗線外觀多角度成像模塊，采用多角度光照，由一對標(biāo)準(zhǔn)白色D65正向光源8和一個LED白色矩陣式背光源9構(gòu)成光源，可實(shí)現(xiàn)對同一紗線的三個方向的光照；采用V型立體鏡片組10，由左右對稱放置的兩個反射鏡片構(gòu)成，反射鏡片與水平成45度，可分別得到垂直于反射鏡表面方向的紗線體的反射圖像，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)超過60度時，虛像變模糊。具體成像原理如附圖3所示，正向光源8對紗線體實(shí)施正向照明，背光源9對紗線體實(shí)施背向照明；左側(cè)反射鏡得到紗線體的左側(cè)虛像，右側(cè)反射鏡得到紗線體的右側(cè)虛像。通過彩色CCD相機(jī)7，調(diào)整相機(jī)的拍攝視野，使得紗線體的正面反射圖像和兩個側(cè)面虛像同時成像于同一個CCD靶面，實(shí)現(xiàn)單目多角度紗線圖像的采集。引紗羅拉2、卷繞羅拉4以及控制紗線運(yùn)動的運(yùn)動串行通訊模塊13，共同構(gòu)成紗線的運(yùn)動控制系統(tǒng)。紗線在某一段時間At內(nèi)走過Al，A I小于測試區(qū)域的有效測試距離，當(dāng)走過的距離等于大于有效測試距離時，因此觸發(fā)彩色CCD相機(jī)7拍攝新一幀圖像，圖像采集模塊11實(shí)時將圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)12進(jìn)行特征提取與分析。紗線連續(xù)運(yùn)動，可拍攝連續(xù)的紗線圖像序列，從而獲得走過測試區(qū)域的紗線外觀特征信息。所述數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)12包括圖像分割模塊、圖像提取模塊和圖像分析模塊。通過將圖像分割、圖像增強(qiáng)、邊緣提取將紗線實(shí)像和虛像分開來，通過彩色相機(jī)的顏色校準(zhǔn)完成顏色測量，通過圖像測量紗線在多個角度的側(cè)面投影寬度、紗線在多個角度的毛羽量、紗線體的表面顏色以及在此三類參數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算得到的其他外觀特征參數(shù)，如紗線等效直徑，紗線細(xì)度，紗線條干不勻率，粗細(xì)節(jié)個數(shù)，花式紗線的變異系數(shù)等完成紗線外觀的綜合分析。為了保證光照環(huán)境的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)一個可以隔絕自然光的密閉空間容納試樣。密閉空間的實(shí)現(xiàn)方式是由上下兩個閉合的罩板構(gòu)成，罩板構(gòu)成的密閉空間，將紗線外觀多角度成像模塊包括在內(nèi)。紗線外觀多角度數(shù)字化分析裝置的工作流程如附圖4所示，主要包括系統(tǒng)初始化使數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)12，紗線運(yùn)動系統(tǒng)，光源，CCD相機(jī)7、圖像采集模塊11均處于工作狀態(tài)；視頻圖像的初始化采集采集初始化圖像，用于系統(tǒng)的校準(zhǔn)；基準(zhǔn)色和比例校準(zhǔn)校準(zhǔn)系統(tǒng)的顏色和分辨率；紗線驅(qū)動觸發(fā)電機(jī)使得紗線以一定的速度進(jìn)入測試區(qū)域；圖像采集試樣驅(qū)動裝置和圖像采集系統(tǒng)同時運(yùn)行，采集得到紗線試樣的多角度外觀圖像序列；紗線圖像分割將紗線圖像按照左中右的位置關(guān)系，分成左側(cè)虛像，右側(cè)虛像和正面圖像；圖像分析分別對三幅子圖像進(jìn)行特征分析，提取每個角度下，紗線的幾何特征信息和顏色特征信息，主要包括投影直徑、毛羽系數(shù)、紗線顏色；特征參數(shù)計(jì)算根據(jù)校準(zhǔn)的比例和顏色數(shù)據(jù)，得到紗線多個角度的實(shí)際幾何尺寸和表面顏色信息組；結(jié)果輸出計(jì)算得到每個紗線段的特征參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，按照采集順序拼接得到被測紗線的立體外觀圖，可用于基于真實(shí)紗線數(shù)據(jù)的織物外觀模擬。
權(quán)利要求1.一種單目C⑶多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，包括主要由筒子固定架(I)、引紗羅拉(2)和導(dǎo)紗桿(3)組成的送紗驅(qū)動模塊，及回收紗線的卷繞羅拉(4)，其特征在于在引出紗線的引紗羅拉(2)和回收紗線的卷繞羅拉(4)之間的紗線中段設(shè)置有紗線外觀多角度成像模塊，所述紗線外觀多角度成像模塊包括包圍紗線的上罩板(5)和下罩板(6)，在所述上罩板(5)內(nèi)垂直水平面設(shè)置有CCD相機(jī)(7)，相機(jī)鏡頭正對中間的穿過上下罩板間的紗線，所述CCD相機(jī)(7)周圍設(shè)置有正向光源(8)，所述下罩板(6)上設(shè)置有平面的背光源(9)，在下罩板(6)上還有以不同角度傾斜設(shè)置的多個鏡片組成的鏡片組(10)，使中間的紗線在每個鏡片內(nèi)分別成有虛像，所有虛像和紗線實(shí)像均在CCD靶面上交錯開，所述紗線外觀多角度成像模塊的C⑶相機(jī)(7)連接圖像采集模塊(11)，采集成像數(shù)據(jù)后傳送數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(12)。
2.如權(quán)利要求I所述的單目CCD多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，其特征在于所述鏡片組(10)包括以中間紗線為對稱，左右兩側(cè)分別傾斜設(shè)置一個鏡片，形成了 V型鏡片組，所述上罩板(5)上以C⑶相機(jī)(7)對稱設(shè)置有對應(yīng)下罩板(6)上的鏡片的左右兩個正向光源⑶。
3.如權(quán)利要求I所述的單目CCD多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，其特征在于所述引紗羅拉(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，提供紗線的輸送動力，所述數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(12)通過運(yùn)動串行通訊模塊(13)與所述步進(jìn)電機(jī)連接，通過串行通訊協(xié)議控制步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)對紗線的運(yùn)動控制。
4.如權(quán)利要求I所述的單目CCD多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，其特征在于所述卷繞羅拉(4)后連接紗線收集箱(14)。
5.如權(quán)利要求I所述的單目CCD多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，其特征在于所述C⑶相機(jī)(7)為彩色CXD相機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種紗線外觀多角度數(shù)字化分析裝置，屬于紡織品測試領(lǐng)域。一種單目CCD多角度紗線外觀數(shù)字化分析裝置，包括筒子固定架、引紗羅拉和導(dǎo)紗桿，及回收紗線的卷繞羅拉，其特征在于在紗線中段設(shè)置有紗線外觀多角度成像模塊，所述紗線外觀多角度成像模塊包括上罩板和下罩板，在所述上罩板內(nèi)垂直設(shè)置有CCD相機(jī)，相機(jī)鏡頭正對穿過上下罩板間的紗線，CCD相機(jī)周圍設(shè)置有正向光源，下罩板上設(shè)置有背光源，下罩板上還有以不同角度傾斜設(shè)置的多個鏡片，紗線在每個鏡片內(nèi)分別成有虛像，所有虛像和實(shí)像均在水平面上交錯開，所述CCD相機(jī)連接圖像采集模塊，采集成像數(shù)據(jù)后傳送數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。
文檔編號G01N21/84GK202362250SQ20112021435
公開日2012年8月1日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者劉彩云, 劉曉霞, 林蘭天, 辛斌杰 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)