計算機圖像處理技術(shù)在紡織測試中的應(yīng)用

1、 紡織工程研究河南紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報JOURNAL OF HE NAN TEXTI L E COLLEGE2006年第 18卷 第 1期 計算機圖像處理技術(shù)在紡織測試中的應(yīng)用鄒清云(河南紡織高等專科學(xué)校 , 河南 鄭州 450007摘 要 :指出了傳統(tǒng)紡織品檢驗和測試的局限性 , 、 起毛 起球性 、 密度 、 纖維長細(xì)度測試上應(yīng)用原理及優(yōu)點 關(guān) 鍵 詞 :圖像處理 ; 紡織測試 ; 應(yīng)用中圖分類號 :TS101:100828385(2006 0120019203收稿日期 :2005-10-09作者簡介 :鄒清云 (1967- , 女 , 河南鄧州人 , 副教授 , 主要研究紡織品設(shè)計。1

2、引言紡織品在生產(chǎn)過程中以及在進入市場之前必須 經(jīng)過各種各樣的檢驗和測試 。隨著紡織工業(yè)的發(fā) 展 , 對紡織品的檢驗和測試水平提出了越來越高的 要求 。 在傳統(tǒng)紡織品檢驗與測試中 , 人為影響因素 較大 , 測試周期較長 , 準(zhǔn)確度不高 。 利用計算機圖像 處理技術(shù) , 可以提高紡織品測試的準(zhǔn)確性 、 快速性和 全面性 , 為企業(yè)在線控制和提高紡織品質(zhì)量提供保 障 。 計算機圖像處理技術(shù)是指利用計算機及其他有 關(guān)數(shù)字技術(shù) , 對圖像進行某種運算和處理的技術(shù) 。 當(dāng)前 , 計算機技術(shù)已廣泛應(yīng)用于纖維微結(jié)構(gòu)的分 析 、 紗線品質(zhì)控制 、 整塊織物性能測試等領(lǐng)域 。 本 文僅就計算機圖像處理技術(shù)在織物

3、懸垂性 、 起毛起 球性 、 織物密度和纖維長細(xì)度等方面的測試進行討 論 。2 計算機圖像處理技術(shù)在紡織測試中的應(yīng)用2. 1 測試織物懸垂性性能織物的懸垂性是指織物因自重而下垂的性能 , 是影響織物外觀美感的重要因素之一 。 目前國際上 公認(rèn)的織物的懸垂性測試指標(biāo)是織物的懸垂系數(shù) 。 織物懸垂系數(shù)的傳統(tǒng)測試方法是 :把一定尺寸的圓 形試樣放在一個小圓盤上 , 在平行光的作用下 , 通過 有機玻璃板在紙上畫出織物的投影 , 這樣可以得到織物的投影圖像 , 測試出投影圖像面積 , 計算出織物 的懸垂系數(shù) 。 這種方法的不足之處有 : 指標(biāo)比較 單一 , 不能反映織物的動態(tài)懸垂性能 , 不能表示懸垂

4、 波數(shù) 、 懸垂曲線的弧度 , 而這些特征對于有懸垂要求 的織物如掛帷窗簾類來說是非常重要的 。 測試結(jié) 果準(zhǔn)確度不高 , 測試中將織物視為黑體 , 但大多數(shù)織 物或多或少都具有透光性 , 特別是絲綢類輕薄織物 透光性較大 , 測試結(jié)果易出現(xiàn)誤差 。應(yīng)用計算機圖像處理技術(shù)進行織物懸垂性測試 的過程 :用攝像頭攝取織物懸垂的物理圖像 , 將其轉(zhuǎn) 換成數(shù)字圖像 , 以灰度圖像格式存儲在計算機的存 儲器內(nèi) , 并進行一系列的圖像預(yù)處理 ,如濾波 、 二值 化 、 邊緣增強等 , 除去噪聲 、 背景等無用信息 ; 最后對 懸垂圖像的形態(tài)結(jié)構(gòu)進行分析 , 提取各種特征參數(shù) , 直接得到表征織物懸垂性能的

5、各種指標(biāo) 。采用計算機圖像處理方法測定織物的懸垂性 , 其優(yōu)勢是 : 獲得信息全面 , 可以得到表征織物懸垂 程度和懸垂形態(tài)的多個指標(biāo) , 如懸垂距離比 、 懸垂不 對稱度 、 平均懸半徑等 ; 還可以利用攝像頭連續(xù)攝取 圖像的性能 , 對織物在運動狀態(tài)下的懸垂形態(tài)進行 分析 , 進而研究服裝在實際應(yīng)用中所表現(xiàn)出來的動 態(tài)懸垂性能1。 得到的指標(biāo)穩(wěn)定性好 、 準(zhǔn)確度高 , 懸垂系數(shù)是通過計算懸垂形態(tài)所占像素個數(shù)得 到的 , 不受人為因素及織物透光性的影響 。 節(jié)約 時間 , 整個測試和計算過程都是由計算機自動完成 的 。 鄒清云 計算機圖像處理技術(shù)在紡織測試中的應(yīng)用2. 2 測量機織物經(jīng)緯密度

6、傳統(tǒng)織物經(jīng)緯密度的測量方法是 :借助照布鏡 或密度鏡 , 用人眼觀察數(shù)出單位長度內(nèi)的經(jīng)紗或緯 紗的根數(shù) 。 這種方法雖然需要的儀器簡單 , 但是存 在較大的不足 :花費時間較長 , 人的眼睛疲勞以后容 易漏數(shù)或多數(shù) , 特別是來樣尺寸較小時 , 誤差較大 。 利用計算機圖像處理技術(shù)進行織物密度測試的 過程 :通過輸入設(shè)備輸入織物的圖像 , 對圖像進行傅 立葉變換 , 將織物圖像在空間中的二維灰度分布變 換成對應(yīng)的二維頻率域中的頻譜 , 進而提取圖像的 頻率域信息 。變化的灰度分布 , 。 織物圖像頻譜圖中點的灰度值代表了該頻率成分的 相對能量 , 半徑和角度對應(yīng)于周期性能元素的尺寸 和方向 。

7、 灰度最高的點稱為峰點 。 從頻譜圖中可以 看到 , 在不同的方向上都有峰點存在 , 其中水平方向 和垂直方向的峰點 , 就是要尋找的經(jīng)紗和緯紗的頻 率 。 對這些頻率進行分析和計算 , 即可得到織物經(jīng) 緯紗線的密度 2。 不過這只是單層織物的密度 , 如 果織物是雙層的 , 還要根據(jù)表里經(jīng)緯紗的排列比算 出織物的總密度 。此法的優(yōu)點是測試速度快 、 準(zhǔn)確 度高 , 且不受試樣大小的限制 。2. 3 評定織物起毛起球的級別傳統(tǒng)評定織物起毛起球的方法很多 , 經(jīng)常采用 的方法有標(biāo)樣對照評級法 、 文字描述起球特征法和 起球曲線法等 。標(biāo)樣對照評級法 :按照一定的方法標(biāo)準(zhǔn)制訂若 干等級 , 把不同

8、等級織物按標(biāo)準(zhǔn)摩擦起毛起球后的 表面狀態(tài)拍成照片 , 作為標(biāo)準(zhǔn)樣照 ; 把要測試試樣經(jīng) 摩擦起毛起球后和標(biāo)準(zhǔn)樣照在燈光評級箱內(nèi)進行對 比 , 評出相應(yīng)級別 。該方法缺點 : 標(biāo)準(zhǔn)比較繁雜 , 每一類織物必須制定各自相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣照 。 定量 性較差 , 存在著人為主觀性 , 不同的人進行評價其結(jié) 果可能不同 。文字描述織物起球特征法和起球曲線法 :在經(jīng) 摩擦起毛起球后的織物上人工數(shù)出單位面積上小球 的個數(shù) ; 也可在起毛起球?qū)嶒炦^程中 , 記錄不同摩擦 時間或不同摩擦次數(shù)條件下織物單位面積上起球的 個數(shù) , 然后以縱坐標(biāo)表示單位面積上的起球數(shù) , 橫坐 標(biāo)表示摩擦?xí)r間或次數(shù) , 畫出起球曲線 。

9、這兩種評 價方法的不足是 : 沒有考慮毛球的大小和形態(tài) , 因 為大小毛球的明顯程度是不同的 , 具有相同起球數(shù) 的織物可能起球狀態(tài)不同 。 評價存在不合理性 , 小毛球如果緊靠大毛球就有可能被忽視 。 測試時 間較長 。應(yīng)用計算機圖像處理評定織物起毛起球法的過 程 :先將織物按規(guī)定條件摩擦起毛起球 , 通過攝像 機 、 掃描儀或數(shù)碼相機等采集織物表面圖像 , 然后對 圖像進行預(yù)處理 , 即對圖像進行平滑 、 去除圖像中一 ; 增強毛球的 , 以便對圖像進 ; 圖像分割后 , 對提取 (腐蝕 、 膨脹 , 使毛球邊 緣變得相對光滑 , 最后給出毛球的尺寸 、 形狀 、 數(shù)量 、 總面積 、 密

10、度 、 空間均勻度等多種指標(biāo) 。 在對織物上 的毛球進行分離時 , 將圖像進行傅立葉變換得到頻 譜圖 。 毛球可看作是非周期性成分 , 其變化不規(guī)則 , 在頻譜圖中被認(rèn)為是低頻成分 。 織物組織結(jié)構(gòu)是周 期性的 , 其對應(yīng)于頻譜圖中的高頻峰點 。用傅立葉 反變換對非峰點部分進行重建得到包含毛球的圖 像 , 再使用模板匹配技術(shù)從非周期性成分中分離出 毛球 3。 該方法的優(yōu)勢 : 同臺儀器測試結(jié)果穩(wěn)定 性 、 重現(xiàn)性好 。 測試結(jié)果客觀 , 定量的測試評價 、 分析過程均由計算機完成 , 減少了人為因素的影響 。 但是用計算機圖像處理的方法來評定織物的起 毛起球性也存在著一些問題 :用掃描儀采集到

11、的圖 像容易失真 , 用攝像設(shè)備采集到的圖像受采集角度 影響較大 , 采用不同的光源和圖像采集方法 , 會直接 影響測試評定結(jié)果的穩(wěn)定性 、 準(zhǔn)確性 。所以找到一 個最佳的標(biāo)準(zhǔn)采集方法及采集角度是目前紡織品起 毛起球性測試中亟待解決的問題 。2. 4 測定纖維長細(xì)度纖維的長細(xì)度是反映紡織原料品質(zhì)的兩個重要 指標(biāo) 。 它們直接影響到織物的大部分性能以及生產(chǎn) 加工中工藝參數(shù)的選擇 , 所以得到精確的纖維長細(xì) 度數(shù)值對于制定紡織生產(chǎn)工藝以及織物性能預(yù)測具 有重要意義 。測定纖維長度的傳統(tǒng)方法是采用梳片式長度儀 進行的 。 該測試方法是將纖維按長度分組稱重 , 計 算出纖維平均長度 、 均方差和離散系

12、數(shù)以及短絨率 。 這種測試方法的局限性 : 無法得到纖維“ 根數(shù) ” 長 度 , 對生產(chǎn)的指導(dǎo)意義不足 。對于毛紡行業(yè)的制條 復(fù)梳和紡紗加工來說 , 僅按“ 重量 ” 纖維長度 (平均 長度 制訂工藝參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 。因為各類針梳 0 2 鄒清云 計算機圖像處理技術(shù)在紡織測試中的應(yīng)用 機 、 精梳機 、 粗紗和細(xì)紗機上的隔距參數(shù) , 是依纖維 “ 根數(shù) ” 長度分布來確定的 , 而不是依“ 重量 ” 長度分布來確定的 4。因此“ 根數(shù) ” 長度分布對于生產(chǎn)更 有指導(dǎo)意義 。 測試結(jié)果誤差較大 。 測試過程中分 組稱重 , 易使纖維流失 , 造成測試結(jié)果不準(zhǔn)確 。 對 測試人員的要求高 , 從

13、事纖維檢驗人員不僅要經(jīng)過 專門的培訓(xùn) 、 考核 , 而且要經(jīng)常對其手法進行比對或 校核 , 以保障評定標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一 。常用的纖維細(xì)度的測定方法有顯微投影儀法和 氣流儀法兩種 。 顯微投影儀法的測試原理是 :將纖 維段輪廓用顯微投影放大 500倍 , 楔尺測量其寬度 , 逐次記錄測量結(jié)果 , 直徑值 。 , 面廣 , , , 結(jié)果計算復(fù)雜 、 。氣流儀法是以流體力學(xué)中測定多孔型材料總面 積的原理為依據(jù) , 利用纖維表面積影響流動空氣動 力的規(guī)律來間接測定纖維細(xì)度的 。該方法的優(yōu)點 是 :操作快速簡便 , 測試試樣大 , 代表性廣 , 數(shù)據(jù)穩(wěn) 定 。 該方法的缺點是 : 不能測試羊毛纖維的異質(zhì) 毛細(xì)

14、度 。 準(zhǔn)確度受纖維吸濕性能的影響 。 應(yīng)用計算機圖像處理技術(shù)測試?yán)w維細(xì)度的過 程 :利用哈氏切片法 , 得到纖維的縱向切片 , 纖維樣 品經(jīng)過顯微鏡的光學(xué)放大 , 其圖像直接投影在工業(yè) 攝像機的光電轉(zhuǎn)換器上 , 轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的電子圖像 輸入計算機 , 通過計算機對圖像的柔化 、 二值化 、 去 除干擾等處理獲得較滿意的實時輪廓后 , 再對纖維的細(xì)度及長度進行測定 5。圖像柔化處理就是對圖像進行低通過濾 , 刪除 圖像中的高頻部分 , 減少要操作的像素點和相鄰像 素間的差別 。 如果圖像對比度明顯 , 通過二值化可 以將不同灰度區(qū)區(qū)分出來 , 然后設(shè)計閾值 , 把源圖像 變換成僅用兩個值分別表

15、示的目標(biāo)和背景 。 在經(jīng)過二值化的圖像中 , 有很多小顆粒 , 這些顆粒有可能阻 礙圖像的正確處理 , 必須去除 。用膨脹和腐蝕方法 對二值化圖像進行處理 , 通過腐蝕去掉小顆粒 , 再通 過膨脹回復(fù)原來尺寸 , 然后求出圖像的輪廓 , 輪廓邊 緣就是圖像中灰度發(fā)生急劇變化的區(qū)域邊界 。 邊緣 檢測算子可檢查每個像素的領(lǐng)域并對灰度變化率進 行量化 , 利用已有的處理結(jié)果進行有目的的代換 , 跟 蹤并找到纖維的兩個不同邊緣 。利用 3×3強鄰接6, 再用長度標(biāo)尺 : 操 , , 準(zhǔn)確度高 。 , 任何纖維均可在該儀器上進 行測試 , 不受纖維吸濕及比重變化的影響 。3 結(jié)語計算機圖像處

16、理技術(shù)在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用 , 把 人們從繁重的測試勞動中解放出來 , 大大提高了工 作效率 。 先進的測試技術(shù)是提高紡織品質(zhì)量和檔次 的重要保證 。 作為測試技術(shù)的一種新方法 , 計算機 圖像處理技術(shù)與分析在紡織工業(yè)中的應(yīng)用前景是非 常廣闊的 。參考文獻12郭宇鵬 . 圖像處理在織物結(jié)構(gòu)性能測試中的 應(yīng)用 J .北京紡織 , 2000, (6 3師利芬等 . 數(shù)字圖像處理技術(shù)在織物起毛起球評定中的應(yīng)用 J .陜西紡織 , 2005, (2 4沈明玉 . 羊毛纖維長度測試方法 J .毛紡科技 ,1996, (3 5李學(xué)佳 . 圖像處理技術(shù)應(yīng)用于紡織工業(yè)的最新動態(tài) J .毛紡科技 , 2005, (76李學(xué)佳等 . 纖維實時圖像輪廓計算機處理的應(yīng) 用和發(fā)展 J .新紡織 , 2003, (1責(zé)任編輯 :李連舉 The Appli ca ti on of Com puter I mage Processi n g Technology on Textile Testi n gZ OU Q ing 2yun(Henan Textile College, Zhengzhou 450007, China Abstract:This paper points out the li m itati on of t