專利名稱：一種實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字化智能紡織技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置和方法。
背景技術(shù)：
紗線編織樣式直接關(guān)系著織物和服裝的外觀視感和性能，在紡織生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。紗線的特征如細(xì)度、顏色、毛羽度和條干均勻度及在編織過程中的不同排列、組合直接影響織物的外觀效果。采用實(shí)物紗線建模的方法能真實(shí)地反映紗線的編織效果。根據(jù)指定織物交織結(jié)構(gòu)，紗線排列順序及經(jīng)、緯紗線間距等信息，直接采用實(shí)物紗線獲取的圖像信息進(jìn)行建模，能真實(shí)模擬出織物的外觀編織樣式，對(duì)全面評(píng)價(jià)紗線質(zhì)量、指導(dǎo)制造工藝、預(yù)測織物外觀效果等有著極其重要的意義，同時(shí)它能幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)、修改織物圖案、減少織物產(chǎn)品的試織次數(shù)，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。編織樣式建模從紡織行業(yè)規(guī)?；a(chǎn)之日起便成為一個(gè)織物設(shè)計(jì)的核心問題；圍繞著紗線外觀質(zhì)量檢測和織物編織樣式建模，國內(nèi)、外紡織同行提出許多的方法，如為織物建立網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型，對(duì)表面細(xì)節(jié)進(jìn)行柔性幾何建模及在此基礎(chǔ)上生成織物外觀的模擬圖像等。另外基于視覺的織物外觀模擬方法也提出，該方法從工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的紋織圖案文件中獲取織物組織信息，并建立了詳細(xì)的光線與織物的相交模型，模擬出復(fù)雜織物圖案，生成織物的近觀與遠(yuǎn)觀模擬圖像?？椢锝７抡娴牧硪环N方法是建立織物的三維模型，如使用各種柱體來表示紗線，建立基本的光照明模型，利用光照因子模板對(duì)繪制進(jìn)行加速，結(jié)合織物組織信息構(gòu)成織物外觀的三維仿真結(jié)果。以上方法的缺陷均是采用紗線的通用圖像或標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行處理和建模，無法對(duì)于指定的實(shí)物紗線，提取其外表特征，如實(shí)際紗線顏色及在不同位置的粗細(xì)形變及絨毛等特征，及指定編織結(jié)構(gòu)和紗線的排列順序，快速地建立的編織樣式模型。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像分析技術(shù)的發(fā)展，直接利用機(jī)器視覺和和數(shù)字圖像處理技術(shù)，可直接獲取實(shí)物紗線的外觀圖像信息。本發(fā)明提出基于機(jī)器視覺和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了雙機(jī)器視覺圖像信息獲取裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一紗線從兩個(gè)不同角度獲取紗線外觀平面圖像，提取紗線表面特征參數(shù)進(jìn)行融合，獲取代表紗線數(shù)字化建模的特征參數(shù)，包括紗線橫截面橢圓度及不勻率、顏色等外觀信息，構(gòu)建紗線織物交織點(diǎn)三維模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)物紗線編織樣式建模。本發(fā)明所提出的方法，能較準(zhǔn)確地反映紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)進(jìn)行編織的實(shí)際視覺效果，為對(duì)紗線性能評(píng)價(jià)和質(zhì)量分析提供科學(xué)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置和方法，能較準(zhǔn)確地反映紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)進(jìn)行編織的實(shí)際視覺效果，為對(duì)紗線性能評(píng)價(jià)和質(zhì)量分析提供科學(xué)依據(jù)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，包括箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)有紗線成像室，紗線成像室內(nèi)穿有紗線，紗線一端與紗線驅(qū)動(dòng)器相連，另一端與卷線裝置相連；所述紗線成像室設(shè)有一組連有光源控制器的背光光源；所述紗線成像室上側(cè)面和后側(cè)面均設(shè)有CCD成像系統(tǒng)，兩個(gè)CCD成像系統(tǒng)相互垂直，用于采集所述紗線兩側(cè)面圖像；所述紗線驅(qū)動(dòng)器和光源控制器分別與計(jì)算機(jī)相連；所述計(jì)算機(jī)利用數(shù)學(xué)建模的方式構(gòu)建出實(shí)物紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像。所述計(jì)算機(jī)用于預(yù)先構(gòu)建紗線編織結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)庫，并以二元素組成的基本矩陣進(jìn)行存儲(chǔ)，建模時(shí)通過對(duì)選擇的基本矩陣進(jìn)行行、列拓展，得到建模所需規(guī)模的編織矩陣；計(jì)算機(jī)通過橫截面為橢圓的序列圖像擬合成建模紗線形狀，并以相互垂直的兩個(gè)CCD成像系統(tǒng)獲取紗線平面圖像的兩對(duì)邊緣之間的距離，作為紗線橫截面橢圓的長軸和短軸，由實(shí)物紗線與采集到的圖像尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將擬合而成的紗線分割成一個(gè)個(gè)橢圓柱形編織交織點(diǎn)；所述計(jì)算機(jī)從紗線圖像提取建模紗線的顏色，構(gòu)建一張顏色索引表，其表的索引值為紗線的編號(hào)，其對(duì)應(yīng)的三個(gè)域分別表示該紗線顏色的R、G、B值；計(jì)算機(jī)將交織點(diǎn)的羽絨信息，加入到編織樣式的圖像，最終構(gòu)建出實(shí)物紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像。所述箱體和紗線成像室均為封閉結(jié)構(gòu)。所述紗線驅(qū)動(dòng)器用于控制實(shí)物紗線以一定的速度通過紗線成像室，以使CXD成像系統(tǒng)能分段連續(xù)采集其圖像。所述CXD成像系統(tǒng)配有分辨率為IOum的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定模板。所述背光光源為白光LED。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種基于數(shù)字建模的實(shí)物紗線編織樣式的方法，包括以下步驟:(I)設(shè)定織物編織樣式的長、寬及經(jīng)紗間、緯紗線間的編織距離，并對(duì)所有建模紗線進(jìn)行編號(hào)；(2)采用建模裝置自帶標(biāo)定模板，對(duì)兩個(gè)CCD成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算圖像像素所對(duì)應(yīng)檢測對(duì)象的物理尺寸，設(shè)定紗線運(yùn)動(dòng)速度和CCD的拍攝速度；(3)將用于建模的所有紗線分別安裝在上述的裝置上進(jìn)行檢測，當(dāng)紗線按一定的速度通過成像位置時(shí)，兩個(gè)CCD成像系統(tǒng)從兩個(gè)垂直方向連續(xù)地采集紗線兩側(cè)面圖像，并儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中；(4)對(duì)所獲取的同一編號(hào)紗線的連續(xù)兩側(cè)面圖像，分別進(jìn)行拼接處理，再進(jìn)行濾波處理，消除成像過程中引入的光反射噪聲；(5)對(duì)同一編號(hào)紗線，取顏色的均值作為該紗線建模的顏色；對(duì)所有紗線，以其編號(hào)為索引值，顏色R、G、B為表項(xiàng)內(nèi)容，建立一張紗線顏色索引表；(6)采用亞像素定位方法，分別檢測出同一編號(hào)紗線兩側(cè)面圖像的兩對(duì)邊緣，并以像素為步距，沿紗線長度方向，計(jì)算相同位置兩對(duì)邊緣的間距，作為紗線擬合成橢圓形紗線在各位置橫截面的長軸和短軸，同時(shí)計(jì)算紗線羽毛數(shù)目；(7)對(duì)所有紗線進(jìn)行橢圓柱形三維擬合，并根據(jù)織物編織樣式的參數(shù)設(shè)定和紗線圖像與紗線物理尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將擬合的橢圓形紗線分割成一個(gè)個(gè)連續(xù)編織交織點(diǎn)；(8)選擇織物編織基本結(jié)構(gòu)矩陣，并根據(jù)需建模型的大小，對(duì)該矩陣進(jìn)行行、列拓展得到編織矩陣，以編織矩陣和紗線的經(jīng)、緯排列順序及間距為約束，確定各紗線交織點(diǎn)與編織矩陣元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將所有的交織點(diǎn)三維圖像依據(jù)編織結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行排列；
(9)對(duì)不同編號(hào)的建模紗線，從顏色索引表提取其顏色，用于模型中對(duì)應(yīng)的經(jīng)、緯交織點(diǎn)進(jìn)行加色處理和光照處理；同時(shí)，將交織點(diǎn)的羽絨信息，加入到編織樣式的圖像，最終構(gòu)建出實(shí)物紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:本發(fā)明基于機(jī)器視覺系統(tǒng)和圖像處理技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為中心，將紗線動(dòng)態(tài)圖像采集、處理和編織樣式建模集中于一體；采用封閉的箱體結(jié)構(gòu)作為圖像采集平臺(tái)，屏蔽外界雜光干擾，同時(shí)在箱體的內(nèi)部采用一組LED白色的背光光源構(gòu)成照明系統(tǒng)，以消除光照陰影；通過加裝兩組型號(hào)和參數(shù)一致的圖像成像裝置，以獲取紗線同一位置兩個(gè)不同側(cè)面圖像；通過計(jì)算機(jī)作為人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)紗線建模特征參數(shù)的檢測和紗線編織樣式建模與結(jié)果顯不O本發(fā)明中采用的建模方法通過控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備，使建模紗線勻速通過成像位置，雙CCD動(dòng)態(tài)采集紗線分段圖像，動(dòng)態(tài)采集實(shí)物紗線圖像，并通過圖像處理技術(shù)，按指定的編織結(jié)構(gòu)和設(shè)定的建模參數(shù)，快速實(shí)現(xiàn)實(shí)物紗線編織樣式數(shù)字化建模，具有操作方便、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、建模逼真等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的裝置示意圖；圖2是本發(fā)明中紗線編織結(jié)構(gòu)數(shù)字化表示意圖；圖3是本發(fā)明中由基本編織結(jié)構(gòu)數(shù)字化拓展圖；圖4是實(shí)施例中紗線模型構(gòu)成示意圖；圖5是實(shí)施例中紗線建模流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，如圖1所示，包括箱體I，所述箱體I內(nèi)設(shè)有紗線成像室7，紗線成像室7內(nèi)穿有紗線，紗線一端與紗線驅(qū)動(dòng)器相連，另一端與卷線裝置8相連；所述紗線成像室7設(shè)有一組連有光源控制器6的背光光源5 ;所述紗線成像室7上側(cè)面和后側(cè)面均設(shè)有CXD成像系統(tǒng)2，兩個(gè)CXD成像系統(tǒng)2相互垂直，用于采集所述紗線兩側(cè)面圖像；所述紗線驅(qū)動(dòng)器4和光源控制器6分別與計(jì)算機(jī)10相連；所述計(jì)算機(jī)10利用數(shù)學(xué)建模的方式構(gòu)建出實(shí)物紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像，所述計(jì)算機(jī)10與顯示屏9相連，顯示屏9用于紗線的編織樣式圖像。所述箱體I和紗線成像室7均為封閉結(jié)構(gòu)，采用封閉的箱體結(jié)構(gòu)作為圖像采集平臺(tái)，屏蔽外界雜光干擾。所述CCD成像系統(tǒng)2配有分辨率為IOum的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定模板，以對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，精確確定紗線物理尺寸與其圖像的比例關(guān)系。所述背光光源5為白光LED，如此可以消除光照陰影。所述紗線驅(qū)動(dòng)器4用于控制實(shí)物紗線以一定的速度通過紗線成像室7，以使CXD成像系統(tǒng)能分段連續(xù)采集其圖像。整個(gè)裝置以臺(tái)式計(jì)算機(jī)為核心，采用Windows操作系統(tǒng)，主要包括外圍接口電路、液晶顯示器、LED白色背光光源、兩個(gè)型號(hào)和性能完全相同的數(shù)字CCD、光學(xué)鏡頭及紗線夾持器與運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制裝置等。為了減少檢測過程中，雜光對(duì)成像系統(tǒng)的影響，精確獲取紗線圖像信息，采用封閉式箱體結(jié)構(gòu)，屏蔽外界雜光干擾，在紗線檢測室的內(nèi)部采用一組LED白色背光光源構(gòu)成照明系統(tǒng)，以消除光照陰影；同時(shí)通過加裝兩個(gè)相互垂直的數(shù)字CCD及相應(yīng)的光學(xué)成像系統(tǒng)，以獲取兩個(gè)相互垂直視覺方向的紗線圖像。計(jì)算機(jī)采用織物編織樣式數(shù)字化建模時(shí)，將紗線織物編織結(jié)構(gòu)數(shù)字化，編織結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的每一個(gè)交織點(diǎn)代表經(jīng)、諱交織區(qū)域，并分別用“ I”和“O”表示，其中“ I”代表經(jīng)交織點(diǎn)(經(jīng)線在上，緯線在下)，“O”代表緯交織點(diǎn)(緯線在上，經(jīng)線在下)，從而實(shí)現(xiàn)用(1，O)數(shù)字矩陣表示織物編織結(jié)構(gòu)。在建模系統(tǒng)中，將各種編織結(jié)構(gòu)建立數(shù)據(jù)庫，并采用最大無關(guān)組的(1，O)基本矩陣表示織物編織基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，建模時(shí)，通過選擇基本矩陣并對(duì)其進(jìn)行行、列拓展，得到建模所需矩陣的大小。建模紗線形狀由橫截面為橢圓的序列圖像擬合而成，并以相互垂直CCD獲取紗線平面圖像的兩對(duì)邊緣之間的距離，作為紗線橫截面橢圓的長軸和短軸。由實(shí)物紗線與其圖像尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將擬合而成的紗線分割成一個(gè)個(gè)橢圓柱形編織交織點(diǎn)。從紗線圖像提取建模紗線的顏色，構(gòu)建一張顏色索引表，其表的索引值為紗線的編號(hào)，其對(duì)應(yīng)的三個(gè)域分別表示該紗線顏色的R、G、B值。在本發(fā)明的實(shí)施過程中，可采用下列器材:(I)計(jì)算機(jī)系統(tǒng):聯(lián)想啟天M7300:CPU采用Intel酷睿i3550，雙核心/四線程，頻率3.2GHz 二級(jí)緩 存2X256KB，三級(jí)緩存4MB ;主板芯片組IntelH57，主板內(nèi)存容量為2GB ;內(nèi)存類型為DDR31333 ;硬盤容量500GB，轉(zhuǎn)速7200轉(zhuǎn)，SATAII ;顯卡類型為獨(dú)顯AMDRadeonHD4350，顯存容量512MB，顯示器尺寸為17英寸。(2)數(shù)字 CCD:CCD 型號(hào)為 HV1303UM，主要參數(shù):分辨率為 1280*1024 的 CM0SCCD，；光學(xué)尺寸為1/1.8";最高130萬像素；最高的水平分辨率為1280 ;數(shù)模轉(zhuǎn)換精度為IObit ；45dB的高信噪比(AGCOFF );可開/關(guān)的自動(dòng)增益控制(AGC )，數(shù)字增益倍數(shù)是:*2、* 1、*0.5、*0.25 ;對(duì)于550nm的光源，其靈敏度為:2.lV/Lux-s ;可自動(dòng)跟蹤(ATW) /手動(dòng)設(shè)定的黑白電平衡校正方式；可接受24VAC及12VDC兩種電源供應(yīng)。(3)鏡頭:型號(hào)為 ComputarH0514-MP，l/2〃 規(guī)格；C 接口；5 (mm)焦距；光圈(F):
1.4-16C ;視角(水平):65.5° ;最近物像距離(m):0.1 ;有效口徑前(φ_): 27.8^(q>mm)14.8 ;前置濾光鏡螺紋(φΜχΡ=): 43.0X0.75 ;外形尺寸(直徑X深mm):44.5X45.5。(4)光源型號(hào):條形白光源YBL-86-29，電氣參數(shù)24v/8.6w，光強(qiáng)可控，外形尺寸86mmX 29mmX 18mm，LED排數(shù)為5，帶漫射片。環(huán)境溫度為25° C時(shí)，以50%白色光源亮度連續(xù)可靠工作超過30000小時(shí)(衰減量為50%時(shí))，并使用頻閃控制時(shí)可延長光源的使用壽命。(5)控制器型號(hào)為ΠΜ241040171 ;供電電源電壓12V 40VDC ;輸出電機(jī)電流:峰值4A/8A每相(實(shí)際電流由用戶指令設(shè)定，實(shí)時(shí)可調(diào))；驅(qū)動(dòng)方式:恒相流PWM;控制勵(lì)磁方式:整步，半步，4細(xì)分，16細(xì)分；外形尺寸:42.3mmX42.3mmX 13.5mm ;重量:0.1kg。(6)步進(jìn)電機(jī)型號(hào) FL57STH76-2804-01 ;機(jī)身長:7.6cm+0.2cm ;電機(jī)軸長:2.0cm ；機(jī)身尺寸:5.6*5.6cm ;額定電壓2.3v ;額定電流2.8A ;電阻0.83歐。本發(fā)明還涉及一種紗線編織樣式快速數(shù)字建模方法，其特征在于建模主要由以下十個(gè)步驟組成:步驟1:設(shè)定織物編織樣式的長、寬及經(jīng)紗間、緯紗線間的編織距離，并對(duì)所有建模紗線進(jìn)行編號(hào)。步驟2:采用自帶標(biāo)定模板對(duì)兩數(shù)字CCD成像系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)校正和標(biāo)定，計(jì)算出成像系統(tǒng)圖像像素所對(duì)應(yīng)檢測對(duì)象的物理尺寸；設(shè)定紗線運(yùn)動(dòng)速度和CCD的拍攝速度。通過幾何校正，能使整個(gè)檢測區(qū)域不同位置檢測目標(biāo)的實(shí)際尺寸與其相對(duì)應(yīng)的圖像像素保持嚴(yán)格一致的比例關(guān)系。步驟3:將用于建模的所有紗線分別安裝建模裝置上進(jìn)行檢測。對(duì)每一根紗線，當(dāng)其按一定的速度通過成像位置時(shí)，兩高精度CCD成像系統(tǒng)從兩個(gè)垂直方向，連續(xù)地采集紗線兩側(cè)面圖像，并儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中等待進(jìn)一步處理。步驟4:對(duì)步驟3中所獲取的同一編號(hào)紗線的兩側(cè)面圖像，分別進(jìn)行拼接處理，構(gòu)成同一紗線兩幅不同視覺方向獲取的完整紗線平面圖像。通過濾波處理，消除成像過程中引入的光反射噪聲。并通過圖像處理技術(shù)，將兩平面圖像擬合成橢圓形柱狀的紗線?？紤]成像環(huán)境和內(nèi)部電路產(chǎn)生噪聲的原因，攝取的紗線圖像往往存在隨機(jī)分布的噪聲，即高斯噪聲，為了能準(zhǔn)確地檢測紗線的圖像側(cè)面邊緣，需要對(duì)采集的圖像進(jìn)行去噪處理。本發(fā)明采用濾波的方法，去除圖像噪聲。由于頻域?yàn)V波是通過濾掉圖像的高頻成份而去掉噪聲，它在去除噪聲的同時(shí)也會(huì)丟失圖像的紋理特征信息，使圖像變模糊，不利于紋理特征的提取。另外，頻域變換運(yùn)算量較大，難于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。本發(fā)明在實(shí)施過程中，采用改進(jìn)的均值和中值濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除紗線圖像的噪聲。線性濾波缺點(diǎn)在于降低噪聲的同時(shí)也模糊了整個(gè)圖像，特別是圖像的邊緣和圖像的紋理細(xì)節(jié)，因此直接使用均值濾波不利于高頻紋理信號(hào)的保留。均值濾波操作是依次對(duì)操作像素點(diǎn)鄰域的像素值取均值而使圖像模糊，如果有條件保留原來像素點(diǎn)的值，即只有當(dāng)像素點(diǎn)的值比鄰域均值大于某一閾值時(shí)，才取鄰域均值為該點(diǎn)的值，否則該點(diǎn)的值保持不變。這種處理方法，可使紗線圖像不模糊，同時(shí)又能去除噪音。同樣的，由于中值濾波算法的操作是以一定的操作順序，選取其濾波窗口內(nèi)經(jīng)過排序后中間像素的值，而與原來像素點(diǎn)的值沒什么必然聯(lián)系。如果圖像中某些特征尺寸較小，排序后該物體沒有像素點(diǎn)排在中間，那么濾波后該物體就會(huì)被腐蝕甚至消失。所以采用先設(shè)定一個(gè)閾值，只有該點(diǎn)的值與鄰域中值的差大于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，才取鄰域的中值，否則就保留該點(diǎn)的值。這樣處理，如果某像素點(diǎn)為噪聲，它和鄰域的中值就會(huì)相差較大，就可以把它去掉。如果是圖像信息對(duì)象，鄰域中還有物體本身的點(diǎn)，所以鄰域的中值和該點(diǎn)的像素值就不會(huì)相差太大，只要設(shè)置合適的閾值，就可以保留該點(diǎn)的值，從而保留更多的圖像細(xì)節(jié)特征特別是紗線的羽毛信息。步驟5:對(duì)同一編號(hào)紗線圖像，提取兩側(cè)面紗線平面圖像的顏色值(R、G、B)，并取其均值作為該紗線建模的顏色；對(duì)參與建模的所有紗線，以其編號(hào)為索引值，顏色R、G、B為表項(xiàng)內(nèi)容，建立一張紗線顏色索弓I表進(jìn)行存儲(chǔ)。步驟6:根據(jù)步驟4獲取的紗線兩側(cè)面平面圖像，采用亞像素定位方法，分別檢測出同一編號(hào)紗線兩平面圖像的兩對(duì)邊緣。并以像素為步距法沿紗線長度方向，計(jì)算相同位置兩對(duì)邊緣的間距，作為紗線擬合成橢圓形柱體在各位置橫截面的長軸和短軸，實(shí)現(xiàn)紗線橢圓柱狀擬合，如圖4所示。同時(shí)計(jì)算紗線羽毛數(shù)目。步驟7:對(duì)紗線進(jìn)行橢圓三維柱形體擬合，并根據(jù)織物編織樣式的參數(shù)設(shè)定和紗線圖像與紗線物理尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將擬合的橢圓形紗線分割成一個(gè)個(gè)連續(xù)編織交織點(diǎn)。步驟8:選擇織物編織基本結(jié)構(gòu)矩陣，并根據(jù)建模尺寸，對(duì)基本矩陣進(jìn)行行、列拓展，得到建模編織結(jié)構(gòu)矩陣大小。以編織矩陣和紗線的經(jīng)、緯排列順序及間距為約束，確定各紗線交織點(diǎn)與編織矩陣元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將所有的交織點(diǎn)三維圖像依據(jù)編織結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行排列。由于紗線織物的編織樣式圖像可以看成是由一個(gè)個(gè)大小和顏色不同的交織點(diǎn)按編織結(jié)構(gòu)排列而成。實(shí)現(xiàn)實(shí)物紗線編織樣式數(shù)字化建模的關(guān)鍵是要確定各交織點(diǎn)的形狀、顏色及排列方式及羽毛特征。交織點(diǎn)的形狀采用橢圓形柱體表示，顏色由所在位置紗線的顏色決定，而排列方式可以由指定的編織結(jié)構(gòu)決定。編織樣式建模的前提是構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)成后，所有的紗線被視為是沿垂直或水平方向直行條紋。紗線的交織點(diǎn)類型取決于緯紗和經(jīng)紗在交織時(shí)相對(duì)位置。如果經(jīng)紗在上方，則該組織點(diǎn)為經(jīng)交織點(diǎn)，反之為緯交織點(diǎn)。在本發(fā)明中，由于通過一個(gè)由O和I兩元素構(gòu)成的矩陣來表示織物的編織結(jié)構(gòu)。如圖2所示，其中，左邊的是織物的實(shí)際編織樣式，右邊的是編織樣式所對(duì)應(yīng)的矩陣。實(shí)際上，織物編制樣式是由一個(gè)基本組織循環(huán)單元(完全組織)重復(fù)排列構(gòu)成的，從而使織物圖像表現(xiàn)出一定的紋理特征。每一個(gè)基本循環(huán)單元在織物圖像中具有相同的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成織物基本循環(huán)單元的組織結(jié)構(gòu)，是織物編織樣式的基本約束。若將織物編織結(jié)構(gòu)的交織點(diǎn)類型圖轉(zhuǎn)換成由0，I構(gòu)成的組織矩陣，則其矩陣的行和列向量的最大無關(guān)向量組就是織物基本循環(huán)單元。其中行向量最大無關(guān)組個(gè)數(shù)即為緯紗循環(huán)數(shù)，列向量最大無關(guān)組個(gè)數(shù)為經(jīng)紗循環(huán)數(shù)。所以，在建模系統(tǒng)中，可以用基本矩陣代表編織結(jié)構(gòu)，并預(yù)先存入系統(tǒng)供建模者選擇，在建模過程中，對(duì)選擇基本矩陣，分別沿著經(jīng)、緯方向進(jìn)行延展，便可得到建模所需要大小的編織矩陣和編織結(jié)構(gòu)，如圖3所示。根據(jù)建模所設(shè)定的參數(shù)，可確定紗線所分割出的交織點(diǎn)與編織矩陣元素的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)生成的交織點(diǎn)進(jìn)行排列。步驟9:對(duì)不同編號(hào)的建模紗線，從顏色索引表提取其顏色，用于模型對(duì)應(yīng)的經(jīng)、緯交織點(diǎn)進(jìn)行加色處理；同時(shí)，將交織點(diǎn)的羽絨信息，加入到編織樣式的圖像，最終構(gòu)建出實(shí)物紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像。在進(jìn)行紗線編織樣式建模過程中，經(jīng)紗和緯紗在編織樣式模型中的顏色信息可由兩個(gè)一維矩陣和一個(gè)紗線顏色索引表構(gòu)成。顏色索引表類似位圖的調(diào)色板。若建模紗線的數(shù)目為N，每根紗線所對(duì)應(yīng)編號(hào)為0，1，2，...N-1，通過顏色編號(hào)，在顏色映射表中就可以查到實(shí)際的顏色值。所以在經(jīng)、緯方向上，紗線顏色排列可用兩個(gè)一維矩陣表示，矩陣中元素為紗線的編號(hào)。所以用紗線編號(hào)排列可簡單明了的表示紗線的排列規(guī)律，并方便地確定交織點(diǎn)的顏色。所以在建模過程中，選擇不同紗線置于編織樣式的經(jīng)、緯不同位置進(jìn)行建模，實(shí)際上就是建立了兩個(gè)顏色矩陣，矩陣的元素代表了紗線的編號(hào)，而根據(jù)所建立的顏色索引表就可確定紗線的顏色及該紗線對(duì)應(yīng)的交織點(diǎn)的顏色。對(duì)每個(gè)格子進(jìn)行顏色填充方法為:當(dāng)顯示為經(jīng)交織點(diǎn)時(shí)，具體顏色值與經(jīng)線顏色對(duì)應(yīng)；當(dāng)顯示為緯交織點(diǎn)時(shí)，具體顏色值與緯線顏色相對(duì)應(yīng)；交織點(diǎn)的絨毛信息，可以以處理紗線圖像對(duì)應(yīng)交織點(diǎn)絨毛均值數(shù)目進(jìn)行填充。整個(gè)建模的流程如圖5所示。
步驟10:由液晶顯示器顯示紗線的編織樣式圖像。目前紡織企業(yè)的生產(chǎn)已呈現(xiàn)小批量、多品種的發(fā)展趨勢，紡織企業(yè)需要一種快速、準(zhǔn)確的實(shí)物紗線編織樣式的建模系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估紗線編織樣式的視覺效果。計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展為紗線編織樣式的智能快速建模提供新的方法，它不僅可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)提取紗線特征參數(shù)，更能根據(jù)用戶的要求，實(shí)現(xiàn)編織樣式的快速建模。本發(fā)明采用雙機(jī)器視覺系統(tǒng)，直接獲取紗線兩側(cè)面表面圖像進(jìn)行分析和處理，提取紗線建模特征參數(shù)，根據(jù)要求快速建立紗線的編織樣式模型。本發(fā)明所提出的裝置和方法，有助于紗線織物進(jìn)行快速設(shè)計(jì)，評(píng)估紗線編織樣式視覺效果，對(duì)我國紡織和服裝企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、智能的快速反應(yīng)設(shè)計(jì)制作系統(tǒng)和紗線質(zhì)量的檢測與評(píng)價(jià)體系與世界標(biāo)準(zhǔn)接軌具有重大意義。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，包括箱體(I)，其特征在于，所述箱體(I)內(nèi)設(shè)有紗線成像室(7)，紗線成像室(7)內(nèi)穿有紗線，紗線一端與紗線驅(qū)動(dòng)器(4)相連，另一端與卷線裝置(8)相連；所述紗線成像室(7)設(shè)有一組連有光源控制器(6)的背光光源(5);所述紗線成像室(7)上側(cè)面和后側(cè)面均設(shè)有CXD成像系統(tǒng)(2)，兩個(gè)CXD成像系統(tǒng)相互垂直，用于采集所述紗線兩側(cè)面圖像；所述紗線驅(qū)動(dòng)器(4)和光源控制器(6)分別與計(jì)算機(jī)(10)相連；所述計(jì)算機(jī)(10)利用數(shù)學(xué)建模的方式構(gòu)建出實(shí)物紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)(10)用于構(gòu)建紗線編織結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)庫，并以二元素組成的基本矩陣進(jìn)行存儲(chǔ)，建模時(shí)通過對(duì)選擇的基本矩陣進(jìn)行行、列拓展，得到建模所需規(guī)模的編織矩陣；計(jì)算機(jī)通過橫截面為橢圓的序列圖像擬合成建模紗線形狀，并以相互垂直的兩個(gè)CCD成像系統(tǒng)獲取紗線平面圖像的兩對(duì)邊緣之間的距離，作為紗線橫截面橢圓的長軸和短軸，由實(shí)物紗線與采集到的圖像尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將擬合而成的紗線分割成一個(gè)個(gè)橢圓柱形編織交織點(diǎn)；所述計(jì)算機(jī)從紗線圖像提取建模紗線的顏色，構(gòu)建一張顏色索引表，其表的索引值為紗線的編號(hào)，其對(duì)應(yīng)的三個(gè)域分別表示該紗線顏色的R、G、B值；計(jì)算機(jī)將交織點(diǎn)的羽絨信息，加入到編織樣式的圖像，最終構(gòu)建出實(shí)物紗線對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，其特征在于，所述箱體(I)和紗線成像室(7 )均為封閉結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，其特征在于，所述紗線驅(qū)動(dòng)器(4)用于控制實(shí)物紗線以一定的速度通過紗線成像室(7)，以使CXD成像系統(tǒng)(2)能分段連續(xù)采集其圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，其特征在于，所述CCD成像系統(tǒng)(2)配有分辨率為IOum的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定模板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模裝置，其特征在于，所述背光光源(5)為白光LED。
7.一種實(shí)物紗線編織樣式的數(shù)字建模方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)設(shè)定織物編織樣式的長、寬及經(jīng)紗間、緯紗線間的編織距離，并對(duì)所有建模紗線進(jìn)行編號(hào)； (2)采用建模裝置自帶標(biāo)定模板，對(duì)兩個(gè)CCD成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算圖像像素所對(duì)應(yīng)檢測對(duì)象的物理尺寸，設(shè)定紗線運(yùn)動(dòng)速度和CCD的拍攝速度； (3)將用于建模的所有紗線分別安裝在權(quán)利要求1所述的裝置上進(jìn)行檢測，當(dāng)紗線按一定的速度通過成像位置時(shí)，兩個(gè)CCD成像系統(tǒng)從兩個(gè)垂直方向連續(xù)地采集紗線兩側(cè)面圖像，并儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中； (4)對(duì)所獲取的同一編號(hào)紗線的連續(xù)兩側(cè)面圖像，分別進(jìn)行拼接處理，再進(jìn)行濾波處理，消除成像過程中引入的光反射噪聲； (5)對(duì)同一編號(hào)紗線，取顏色的均值作為該紗線建模的顏色；對(duì)參與建模的所有紗線，以其編號(hào)為索引值，顏色R、G、B為表項(xiàng)內(nèi)容，建立一張紗線顏色索引表； (6)采用亞像素 定位方法，分別檢測出同一編號(hào)紗線兩側(cè)面圖像的兩對(duì)邊緣，并以像素為步距，沿紗線長度方向，計(jì)算相同位置兩對(duì)邊緣的間距，作為紗線擬合成橢圓形紗線在各位置橫截面的長軸和短軸，同時(shí)計(jì)算紗線羽毛數(shù)目； (7)對(duì)所有紗線進(jìn)行橢圓柱形三維擬合，并根據(jù)織物編織樣式的參數(shù)設(shè)定和紗線圖像與紗線物理尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將擬合的橢圓形紗線分割成一個(gè)個(gè)連續(xù)編織交織點(diǎn)； (8)選擇織物編織基本結(jié)構(gòu)矩陣，并根據(jù)需建模型的大小，對(duì)該矩陣進(jìn)行行、列拓展得到編織矩陣，以編織矩陣和紗線的經(jīng)、緯排列順序及間距為約束，確定各紗線交織點(diǎn)與編織矩陣元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將所有的交織點(diǎn)三維圖像依據(jù)編織結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行排列； (9)對(duì)不同編號(hào)的建模紗線，從顏色索引表提取其顏色，用于模型中對(duì)應(yīng)的經(jīng)、緯交織點(diǎn)進(jìn)行加色處理和光照處理；同時(shí)，將交織點(diǎn)的羽絨信息，加入到編織樣式的圖像，最終構(gòu)建出實(shí)物紗線 對(duì)指定編織結(jié)構(gòu)編織樣式三維圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)物紗線編織樣式數(shù)字建模裝置和方法，裝置包括箱體、紗線夾持器件與卷線驅(qū)動(dòng)控制裝置、光源及成像系統(tǒng)。采用數(shù)字化建模方法，以基本矩陣表示各種編織結(jié)構(gòu)圖，預(yù)先建立編織結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，建模時(shí)通過對(duì)選定基本矩陣進(jìn)行行和列拓展，得到所需編織矩陣的大小。構(gòu)建橢圓柱形紗線模型，并以索引表形式管理紗線顏色信息；基于紗線物理尺寸與其圖像大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以選擇的編織矩陣，紗線的經(jīng)、緯排列順序及編織間距為約束，將實(shí)物紗線模型圖像分割為一個(gè)個(gè)建模交織點(diǎn)，并確定其與編織矩陣元素的對(duì)應(yīng)關(guān)系；依據(jù)上述信息構(gòu)建出紗線編織樣式的三維模型圖。本發(fā)明能快速實(shí)現(xiàn)實(shí)物紗線編織樣式圖像的重建。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103176420SQ20131009827
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者鐘平, 胡睿, 譚慶新, 張常鵬, 王洋 申請人:東華大學(xué)