基于机器视觉的织物质量检测技术研究

基于机器视觉的织物质量检测技术研究

0织物表面视觉质量检测手段在织物外观的检测技术中，在线检测和在线检测技术分为在线检测和在线检测。其中,在线检测能及时发现产品生产中的质量问题,对实施质量监控、提高生产效率起着至关重要的作用,但由于工业现场工作环境复杂,要求检测实时性高等因素,目前成功的应用范例较少;而离线检测主要应用在验布工艺,通过对织物疵点的检测来实现对织物表面疵点的识别和修复。从织物外观质量评价角度来看,由于织物外观视觉质量主要由织物组织、纱线细度、织物经纬密度、织物紧度、织物表面疵点等要素所决定,因此,织物表面视觉的检测实质上就是对以上要素的检验。而国内在织物表面视觉质量检测手段,基本上还是采用人工视觉,即:检验人员按照自己的经验完成对织物外观质量检测和评定。而现行的织物检测系统成本高且复杂,能真正应用于实际生产并被市场接纳的产品并不多。准确提取织物中缺陷的相关特征参数,并能够判断缺陷的类型是非常重要的。人的肉眼在最佳的情况下,只能检测到60%的缺陷,并且织物的宽度不能超过2m,织物移动的速度不能超过20m/min。其中最为困难的是精确的找到疵点的位置和确定它们的类型。本文旨在针对传统人工视觉检测技术的缺陷,建立一种基于机器视觉的织物疵点检测技术方案,该方案是在应用机器视觉原理实现织物疵点在线检测的基础上,重点论述了织物疵点检测流程、获取织物特征的拟合方法、疵点特征提取流程、织物疵点分类与织物等级评定等关键技术的探讨。为快速、准确、有效地检测织疵,提升检测技术水平和加强产品质量控制,具有十分重要的现实意义。1纺织生产中的织物检测人工验布的过程如图1所示,从图2人工验布效率可以看出,当疵点出现频率过低或过多,人工检测效率都是比较低下,而根据图3织造厂织造效率分析可知随着科学技术发展,织物产量和效率逐年大幅度增加,但人工检测效率提高并不明显,不能满足实际纺织工艺加工中织物检测的需要。通过分析,不难发现人工检测方法存在明显的缺陷:一是由于检验人员注意力难以长时间集中,检测效率低;二是检验人员的工作状态会受到疵点频率、疵点大小、类型以及工作环境等影响,检测效果差;三是检验人员主要通过检验疵点来完成织物外观质量检验,如果需要对织物质量做进一步分析,在人工视觉条件下难以实现。然而,织物表面质量是对织物质量评价、分级和改进工艺的重要依据。因此,寻找更为有效的检测手段和方法势在必行。从国外方面来看,虽然有相关的织物疵点检测系统,但是也仅局限于疵点检测,并且通用性差、价格昂贵,不适合我国纺织工业的实际检测需要,因此,有必要对织物表面视觉质量检测方法及检测系统进行深入系统的研究。2毛羽点检测系统的硬件设计2.1图像上传装置基于机器视觉工作原理,如图4所示织物疵点检测系统总体结构设计。本系统由CCD摄像机、图像采集卡、光源、织物传送装置和计算机所组成。待检织物通过变频器及电机控制其在传送装置上的速度,当待检织物在工作平台上移动时,工作平台上的编码器会陆续发出脉冲信号。此信号传送至图像采集卡,作为图像采集的信号。图像采集卡在接受到来自编码器的信号后,随即通知线型CCD摄像机取像。摄像机取像后将图像传送到图像采集卡,再由采集卡送至程序中进行处理。2.2图像采集和传输由于线扫描CCD相机具有容易控制光源,且扫描的图像具有连续性、能够扫描高速移动的物体等优点,在织物疵点检测过程中,伴随着织物的连续运动实时采集;且实际应用中,为了节省成本,将降低对光源的要求,不采用特定的光源等原因,故本研究采用型号为pZ-22-02k40的DASLAPiranhaZ线扫描CCD摄像机。线扫描CCD摄像机,采用Camera1ink传输方式。摄像机每像素尺寸大小为10μm×10μm,分辨率为2048个像素,采用两个Tap的输出方式,资料传输速率最大可达80MHz,最大的线扫描频率为36kHz。2.3摄像机的特点本系统选用美国国家仪器公司(NationalInstruments)的PCI-1428卡。该采集卡是一款具有很高灵活性的图像采集设备,它可以支持不同厂家生产的CameraLink摄像机。它具有以下特点:a)板载可编程的感兴趣区;b)象素抽取和图像缩放;c)用于CameraLink摄像头的基本配置和中等配置的图像采集;d)4个查找表,256XS位;e)16MB板载内存;f)标准CameraLink接线。2.4实行高效运行本文所有试验用到的计算机为个人台式电脑,配置为:AMDSempronProeessor2800+处理器,512M内存,昂达X500显卡。3在确定缺陷点的过程中确定织物特征的调整方法3.1同一种织物图像的对比基于上述的检测系统硬件设计,疵点检测流程如图5所示。以往大部分利用图像处理技术进行织物疵点检测的方法大都基于实验室条件,对拍摄角度、光照条件等环境有较高的要求,在实际生产中一般难以满足这些要求。并且,在实际生产中不同的检验台、乃至不同的摄像机所处的光照条件也难以做到完全一致。因而采用统一的正常织物图像作为图像处理技术的参照物很难得到令人满意的结果。实验发现,如果采用一幅在实验室条件下拍摄的合格织物图片作为参照物,来处理在其它环境条件下拍摄的织物图片,会造成大量的疵点误判。因此,本系统采用同一拍摄角度、光照条件等环境下,即生产实际环境下的合格织物图像作为图像处理的参照物。对于同一种织物和每一摄像机机位,参照物图像的采集和处理仅需进行一次即可,因而并不影响疵点检测的速度。在疵点检测过程中,利用待检织物图像与参照图像比较,突出疵点;最后将待检织物图像二值化并得到疵点的特征信息。3.2织物瑕疵点检测方法由数字图像的表示方法可知道,采集到织物上的一行图像可以表示为灰度值的一维矩阵。通过实验发现,如果对采集到的灰度值进行最小二乘法曲线拟合,得到的拟合曲线能够反映合格织物和环境特征,可以作为疵点检测的参照。因此,将采集得到的其它各行灰度值与拟合得到的值相减,即相当于待检测织物图像与无疵点样布图像相减,可突出织物中存在的疵点。通过拟合方法得到参照与传统的分别拍摄待检测织物灰度值的一维矩阵。通过实验发现,如果对采集到的灰度值进行曲线拟合,得到的拟合曲线能够反映正常织物和环境特征,可以作为疵点检测的参照。因此,将采集得到的其它各行灰度值与拟合得到的值相减,即相当于待检测织物图像与无疵点样布图像相减,可突出织物存在的疵点。通过最小二乘法拟合方法得到参照与传统的分别拍摄待检测织物图像和正常织物图像相比,具有以下优点。a)可消除分别拍摄待检测织物和无疵点样布图像时,存在的光照、拍摄角度、硬件误差等方面的差异。由于在分别拍摄时,拍摄条件存在不同,将导致所拍摄的无疵点样布图像不具有参考性,从而造成疵点的误判。b)可消除织物纹理的影响,减少疵点的误判。织物的纹理反映在图像上为一条条具有波峰和波谷的周期性曲线。当分别拍摄待检织物图像和无疵点样织物图像时,两副图像纹理很难对齐。如果待检织物图像的波峰与无疵点样品图像的波谷相减,将生成一个误判的疵点。采用拟合的方法可以抚平织物的纹理,从而消除纹理的影响。c)可简化织物疵点检测操作过程,采用拟合方法,只需装载织物一次。采用拟合方法,利用原始曲线与拟合曲线相减,得到的曲线为一条疵点处突出、背景平坦的曲线。然后利用阐值分割方法得到二值曲线,即可得到疵点的位置和宽度,从而根据各行之间疵点位置的联系和各行疵点的宽度判断出疵点的位置和种类。4变量提取与织物等级评价4.1提取缺陷属性的过程当扫描织物的时间达到一定要求时,可以对己扫描的织物进行分析,得到该段织物中的疵点信息。分析的过程如图6所示的流程图。4.2纬向瑕疵点截面为接枝根据检测过程的特点,将检测出的织物疵点进行如下分类:a)一般经纬向比大于2则判断为经向疵点,反之则为纬向疵点;b)以经向疵点为例,当经向疵点的纬向长度1~3个像素,分辨率为1mm/像素,而经纬向比大于20,可以理解为缺经、断经、稀经、错经、粗经等细长型的疵点。同样的换成纬向疵点,当满足经向长度1~3个像素,而经纬向比小于1/20,可以理解为脱纬、断纬、稀纬、粗纬等细长型的疵点;c)当经向疵点的横向长度为大于5个像素,分辨率是1mm/像素,而经纬向比大于20,可以理解为叉绞、褶皱色条、色档压痕等疵点。同样的换成纬向疵点,经向长度为大于5个像素,分辨率是1mm/像素,而经纬向比小于1/20,可以理解为错纬、稀弄等疵点;d)当疵点纬向长度、经向长度均大于5个像素,经纬向比为1/2~3之间,可以理解为破洞、油污、起球、挂纬等疵点。4.3织物的瑕疵点评定根据中华人民共和国国家标准本色布布面疵点检测方法GB/T17759-1999,本系统采用评分法对织物中存在的疵点进行打分。织物等级的评定在完成整匹布的检测后进行。织物的疵点的评分标准有4分制、10分制等。4分制评分和10分制评分分别见表1、表2。5织物瑕疵点检测算法应满足的要求通过织物疵点的自动检测实验及对实验结果的分析,笔者认为织物疵点自动检测要实现产业化应用,除在软件方面需进一步完善检测算法外,在某些硬件部分及软硬件结合部分还应有特殊要求,这些要求可归纳为以下几个方面。5.1保持移动过程的张力并不变动织物运动传输速度要非常均匀,在图像采集区域,织物表面向前移动时绝不能有上下抖动的现象。另外,在织物的传送移动过程中,织物表面要保持一定的张力且张力均匀,以使织物表面疵点充分暴露。由此,织物运动传输系统及传动机件必须特殊设计。5.2织物图像的cd织物图像的采集是对运动的织物图像连续均匀地扫描,要保证在整个幅宽的织物都能被CCD拍摄图像,如果采用线阵CCD,则应在布面幅宽方向安装多个CCD摄像头,分别拍摄一定宽度范围内的织物图像,运动的织物经摄像头和图像采集卡连续采集图像,然后经一定算法组成的数字图像分析DSP模块进行处理。多个CCD同时拍摄图像,还要通过图像拼接,完成整个布面宽度的图像采集,图像采集卡如果能够对多路图像信号并行处理,则可以加快图像采集和处理的速度。5.3透射后产生的光栅图像采集过程中光线的方向、亮度、稳定性等对采集的图像有非常明显的影响。均匀、稳定、无闪烁的光源能保证采集更多细节的图像信号,从而直接有利于最终的检测效果。采用高频率的镇流器或直流光源可以消除光源的闪烁。另外,透射光源比反射光源可以增加图像的对比度。对于比较轻薄的织物,透射光源和反射光源都能起作用,但当检测厚重织物时,透射光不能穿过织物,只能采用反射光源。5.4点检出与织物表面标记的联动在织物疵点自动检测系统内,还应设有疵点检出与织物表面标记的联动装置,即疵点一经检出,在布面疵点位置应加上标记,以便对某些疵点进行有效的人工修复。6织物瑕疵点检测技术开发展望通过基于机器视觉的织物疵点测试技术探讨,在织疵在线检测难于实现的情况下,进行离线检测探索与实践,对提高检测技术水平、提高织疵检