计算机图像处理技术在纺织测试中的应用

1、 纺织工程研究河南纺织高等专科学校学报JOURNAL OF HE NAN TEXTI L E COLLEGE2006年第 18卷 第 1期 计算机图像处理技术在纺织测试中的应用邹清云(河南纺织高等专科学校 , 河南 郑州 450007摘 要 :指出了传统纺织品检验和测试的局限性 , 、 起毛 起球性 、 密度 、 纤维长细度测试上应用原理及优点 关 键 词 :图像处理 ; 纺织测试 ; 应用中图分类号 :TS101:100828385(2006 0120019203收稿日期 :2005-10-09作者简介 :邹清云 (1967- , 女 , 河南邓州人 , 副教授 , 主要研究纺织品设计。1

2、引言纺织品在生产过程中以及在进入市场之前必须 经过各种各样的检验和测试 。随着纺织工业的发 展 , 对纺织品的检验和测试水平提出了越来越高的 要求 。 在传统纺织品检验与测试中 , 人为影响因素 较大 , 测试周期较长 , 准确度不高 。 利用计算机图像 处理技术 , 可以提高纺织品测试的准确性 、 快速性和 全面性 , 为企业在线控制和提高纺织品质量提供保 障 。 计算机图像处理技术是指利用计算机及其他有 关数字技术 , 对图像进行某种运算和处理的技术 。 当前 , 计算机技术已广泛应用于纤维微结构的分 析 、 纱线品质控制 、 整块织物性能测试等领域 。 本 文仅就计算机图像处理技术在织物

3、悬垂性 、 起毛起 球性 、 织物密度和纤维长细度等方面的测试进行讨 论 。2 计算机图像处理技术在纺织测试中的应用2. 1 测试织物悬垂性性能织物的悬垂性是指织物因自重而下垂的性能 , 是影响织物外观美感的重要因素之一 。 目前国际上 公认的织物的悬垂性测试指标是织物的悬垂系数 。 织物悬垂系数的传统测试方法是 :把一定尺寸的圆 形试样放在一个小圆盘上 , 在平行光的作用下 , 通过 有机玻璃板在纸上画出织物的投影 , 这样可以得到织物的投影图像 , 测试出投影图像面积 , 计算出织物 的悬垂系数 。 这种方法的不足之处有 : 指标比较 单一 , 不能反映织物的动态悬垂性能 , 不能表示悬垂

4、 波数 、 悬垂曲线的弧度 , 而这些特征对于有悬垂要求 的织物如挂帷窗帘类来说是非常重要的 。 测试结 果准确度不高 , 测试中将织物视为黑体 , 但大多数织 物或多或少都具有透光性 , 特别是丝绸类轻薄织物 透光性较大 , 测试结果易出现误差 。应用计算机图像处理技术进行织物悬垂性测试 的过程 :用摄像头摄取织物悬垂的物理图像 , 将其转 换成数字图像 , 以灰度图像格式存储在计算机的存 储器内 , 并进行一系列的图像预处理 ,如滤波 、 二值 化 、 边缘增强等 , 除去噪声 、 背景等无用信息 ; 最后对 悬垂图像的形态结构进行分析 , 提取各种特征参数 , 直接得到表征织物悬垂性能的

5、各种指标 。采用计算机图像处理方法测定织物的悬垂性 , 其优势是 : 获得信息全面 , 可以得到表征织物悬垂 程度和悬垂形态的多个指标 , 如悬垂距离比 、 悬垂不 对称度 、 平均悬半径等 ; 还可以利用摄像头连续摄取 图像的性能 , 对织物在运动状态下的悬垂形态进行 分析 , 进而研究服装在实际应用中所表现出来的动 态悬垂性能1。 得到的指标稳定性好 、 准确度高 , 悬垂系数是通过计算悬垂形态所占像素个数得 到的 , 不受人为因素及织物透光性的影响 。 节约 时间 , 整个测试和计算过程都是由计算机自动完成 的 。 邹清云 计算机图像处理技术在纺织测试中的应用2. 2 测量机织物经纬密度

6、传统织物经纬密度的测量方法是 :借助照布镜 或密度镜 , 用人眼观察数出单位长度内的经纱或纬 纱的根数 。 这种方法虽然需要的仪器简单 , 但是存 在较大的不足 :花费时间较长 , 人的眼睛疲劳以后容 易漏数或多数 , 特别是来样尺寸较小时 , 误差较大 。 利用计算机图像处理技术进行织物密度测试的 过程 :通过输入设备输入织物的图像 , 对图像进行傅 立叶变换 , 将织物图像在空间中的二维灰度分布变 换成对应的二维频率域中的频谱 , 进而提取图像的 频率域信息 。变化的灰度分布 , 。 织物图像频谱图中点的灰度值代表了该频率成分的 相对能量 , 半径和角度对应于周期性能元素的尺寸 和方向 。

7、 灰度最高的点称为峰点 。 从频谱图中可以 看到 , 在不同的方向上都有峰点存在 , 其中水平方向 和垂直方向的峰点 , 就是要寻找的经纱和纬纱的频 率 。 对这些频率进行分析和计算 , 即可得到织物经 纬纱线的密度 2。 不过这只是单层织物的密度 , 如 果织物是双层的 , 还要根据表里经纬纱的排列比算 出织物的总密度 。此法的优点是测试速度快 、 准确 度高 , 且不受试样大小的限制 。2. 3 评定织物起毛起球的级别传统评定织物起毛起球的方法很多 , 经常采用 的方法有标样对照评级法 、 文字描述起球特征法和 起球曲线法等 。标样对照评级法 :按照一定的方法标准制订若 干等级 , 把不同

8、等级织物按标准摩擦起毛起球后的 表面状态拍成照片 , 作为标准样照 ; 把要测试试样经 摩擦起毛起球后和标准样照在灯光评级箱内进行对 比 , 评出相应级别 。该方法缺点 : 标准比较繁杂 , 每一类织物必须制定各自相应的标准样照 。 定量 性较差 , 存在着人为主观性 , 不同的人进行评价其结 果可能不同 。文字描述织物起球特征法和起球曲线法 :在经 摩擦起毛起球后的织物上人工数出单位面积上小球 的个数 ; 也可在起毛起球实验过程中 , 记录不同摩擦 时间或不同摩擦次数条件下织物单位面积上起球的 个数 , 然后以纵坐标表示单位面积上的起球数 , 横坐 标表示摩擦时间或次数 , 画出起球曲线 。

9、这两种评 价方法的不足是 : 没有考虑毛球的大小和形态 , 因 为大小毛球的明显程度是不同的 , 具有相同起球数 的织物可能起球状态不同 。 评价存在不合理性 , 小毛球如果紧靠大毛球就有可能被忽视 。 测试时 间较长 。应用计算机图像处理评定织物起毛起球法的过 程 :先将织物按规定条件摩擦起毛起球 , 通过摄像 机 、 扫描仪或数码相机等采集织物表面图像 , 然后对 图像进行预处理 , 即对图像进行平滑 、 去除图像中一 ; 增强毛球的 , 以便对图像进 ; 图像分割后 , 对提取 (腐蚀 、 膨胀 , 使毛球边 缘变得相对光滑 , 最后给出毛球的尺寸 、 形状 、 数量 、 总面积 、 密

10、度 、 空间均匀度等多种指标 。 在对织物上 的毛球进行分离时 , 将图像进行傅立叶变换得到频 谱图 。 毛球可看作是非周期性成分 , 其变化不规则 , 在频谱图中被认为是低频成分 。 织物组织结构是周 期性的 , 其对应于频谱图中的高频峰点 。用傅立叶 反变换对非峰点部分进行重建得到包含毛球的图 像 , 再使用模板匹配技术从非周期性成分中分离出 毛球 3。 该方法的优势 : 同台仪器测试结果稳定 性 、 重现性好 。 测试结果客观 , 定量的测试评价 、 分析过程均由计算机完成 , 减少了人为因素的影响 。 但是用计算机图像处理的方法来评定织物的起 毛起球性也存在着一些问题 :用扫描仪采集到

11、的图 像容易失真 , 用摄像设备采集到的图像受采集角度 影响较大 , 采用不同的光源和图像采集方法 , 会直接 影响测试评定结果的稳定性 、 准确性 。所以找到一 个最佳的标准采集方法及采集角度是目前纺织品起 毛起球性测试中亟待解决的问题 。2. 4 测定纤维长细度纤维的长细度是反映纺织原料品质的两个重要 指标 。 它们直接影响到织物的大部分性能以及生产 加工中工艺参数的选择 , 所以得到精确的纤维长细 度数值对于制定纺织生产工艺以及织物性能预测具 有重要意义 。测定纤维长度的传统方法是采用梳片式长度仪 进行的 。 该测试方法是将纤维按长度分组称重 , 计 算出纤维平均长度 、 均方差和离散系

12、数以及短绒率 。 这种测试方法的局限性 : 无法得到纤维“ 根数 ” 长 度 , 对生产的指导意义不足 。对于毛纺行业的制条 复梳和纺纱加工来说 , 仅按“ 重量 ” 纤维长度 (平均 长度 制订工艺参数是远远不够的 。因为各类针梳 0 2 邹清云 计算机图像处理技术在纺织测试中的应用 机 、 精梳机 、 粗纱和细纱机上的隔距参数 , 是依纤维 “ 根数 ” 长度分布来确定的 , 而不是依“ 重量 ” 长度分布来确定的 4。因此“ 根数 ” 长度分布对于生产更 有指导意义 。 测试结果误差较大 。 测试过程中分 组称重 , 易使纤维流失 , 造成测试结果不准确 。 对 测试人员的要求高 , 从

13、事纤维检验人员不仅要经过 专门的培训 、 考核 , 而且要经常对其手法进行比对或 校核 , 以保障评定标准的统一 。常用的纤维细度的测定方法有显微投影仪法和 气流仪法两种 。 显微投影仪法的测试原理是 :将纤 维段轮廓用显微投影放大 500倍 , 楔尺测量其宽度 , 逐次记录测量结果 , 直径值 。 , 面广 , , , 结果计算复杂 、 。气流仪法是以流体力学中测定多孔型材料总面 积的原理为依据 , 利用纤维表面积影响流动空气动 力的规律来间接测定纤维细度的 。该方法的优点 是 :操作快速简便 , 测试试样大 , 代表性广 , 数据稳 定 。 该方法的缺点是 : 不能测试羊毛纤维的异质 毛细

14、度 。 准确度受纤维吸湿性能的影响 。 应用计算机图像处理技术测试纤维细度的过 程 :利用哈氏切片法 , 得到纤维的纵向切片 , 纤维样 品经过显微镜的光学放大 , 其图像直接投影在工业 摄像机的光电转换器上 , 转换成数字化的电子图像 输入计算机 , 通过计算机对图像的柔化 、 二值化 、 去 除干扰等处理获得较满意的实时轮廓后 , 再对纤维的细度及长度进行测定 5。图像柔化处理就是对图像进行低通过滤 , 删除 图像中的高频部分 , 减少要操作的像素点和相邻像 素间的差别 。 如果图像对比度明显 , 通过二值化可 以将不同灰度区区分出来 , 然后设计阈值 , 把源图像 变换成仅用两个值分别表

15、示的目标和背景 。 在经过二值化的图像中 , 有很多小颗粒 , 这些颗粒有可能阻 碍图像的正确处理 , 必须去除 。用膨胀和腐蚀方法 对二值化图像进行处理 , 通过腐蚀去掉小颗粒 , 再通 过膨胀回复原来尺寸 , 然后求出图像的轮廓 , 轮廓边 缘就是图像中灰度发生急剧变化的区域边界 。 边缘 检测算子可检查每个像素的领域并对灰度变化率进 行量化 , 利用已有的处理结果进行有目的的代换 , 跟 踪并找到纤维的两个不同边缘 。利用 3×3强邻接6, 再用长度标尺 : 操 , , 准确度高 。 , 任何纤维均可在该仪器上进 行测试 , 不受纤维吸湿及比重变化的影响 。3 结语计算机图像处

16、理技术在纺织领域中的应用 , 把 人们从繁重的测试劳动中解放出来 , 大大提高了工 作效率 。 先进的测试技术是提高纺织品质量和档次 的重要保证 。 作为测试技术的一种新方法 , 计算机 图像处理技术与分析在纺织工业中的应用前景是非 常广阔的 。参考文献12郭宇鹏 . 图像处理在织物结构性能测试中的 应用 J .北京纺织 , 2000, (6 3师利芬等 . 数字图像处理技术在织物起毛起球评定中的应用 J .陕西纺织 , 2005, (2 4沈明玉 . 羊毛纤维长度测试方法 J .毛纺科技 ,1996, (3 5李学佳 . 图像处理技术应用于纺织工业的最新动态 J .毛纺科技 , 2005, (76李学佳等 . 纤维实时图像轮廓计算机处理的应 用和发展 J .新纺织 , 2003, (1责任编辑 :李连举 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