織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)初探

唐千惠 王 蕾 傅佳佳 耿彩花 劉政欽

（1.江南大學(xué)，江蘇無(wú)錫，214122；2.魯泰紡織股份有限公司，山東淄博，255100）

織物的保形性與織物折皺回復(fù)性、懸垂性、起毛起球性、硬挺度等有關(guān)［1］，它能夠改變織物的性能與外觀，影響衣物的美觀程度和使用壽命［2］，所以有一個(gè)便利、精確、易操作的檢測(cè)評(píng)價(jià)織物保形性的方法十分重要。目前織物保形性檢測(cè)方法的研究已成趨勢(shì)。宗亞寧等通過(guò)模糊相似優(yōu)先比方法，對(duì)用圖像處理提取出的懸垂性指標(biāo)歸納分析［3］；裴華強(qiáng)借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)織物折皺回復(fù)角進(jìn)行預(yù)測(cè)［4］；王蕾等采用基于視頻序列的處理方法對(duì)織物折皺回復(fù)角進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量［5］。盡管現(xiàn)有的檢測(cè)織物保形性能的方法已經(jīng)把機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和視頻圖像處理技術(shù)應(yīng)用于研究中，但單以回復(fù)角度為衡量指標(biāo)，且比較耗時(shí)費(fèi)力，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)和日常生活中大批量檢測(cè)樣布的需求。

根據(jù)上述問(wèn)題，本文開(kāi)發(fā)了一種新型織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)，利用圖像處理技術(shù)提取反映織物保形性的指標(biāo)，并分析所提取指標(biāo)與折皺回復(fù)性以及懸垂性之間的關(guān)系，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性與準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)織物保形性的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

1 織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以往檢測(cè)織物折皺回復(fù)性的儀器都是對(duì)織物擠壓產(chǎn)生折痕后直接松開(kāi)，沒(méi)有模擬出衣物折皺自然展開(kāi)的過(guò)程。針對(duì)這一情況，新型織物保形性系統(tǒng)增加了撤去壓力后織物能夠因自身重力而展開(kāi)折皺的裝置。所開(kāi)發(fā)的織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

操控系統(tǒng)界面將視頻圖像處理程序和計(jì)算結(jié)果輸出這兩個(gè)步驟合而為一，通過(guò)操作界面就能夠輕松將織物折皺回復(fù)這一動(dòng)態(tài)行為轉(zhuǎn)化成指標(biāo)參數(shù)輸出。具體可以通過(guò)設(shè)定夾緊保持時(shí)間調(diào)節(jié)織物試樣加壓過(guò)程中的加壓時(shí)間，設(shè)定氣缸動(dòng)作間隔時(shí)間調(diào)節(jié)加壓壓力的大小。另外可以手動(dòng)決定抬起裝置何時(shí)上升，折痕生成區(qū)（夾緊裝置）何時(shí)夾緊，調(diào)節(jié)夾緊裝置和試樣抬起裝置之間動(dòng)作的配合等，也可以設(shè)定相應(yīng)參數(shù)后完成自動(dòng)上升、夾緊、下降、松開(kāi)一系列動(dòng)作。

相機(jī)的鏡頭直接對(duì)準(zhǔn)試樣臺(tái)與其上方一部分空間，拍攝記錄下試樣產(chǎn)生折痕和恢復(fù)折痕過(guò)程的視頻圖像。

試樣臺(tái)由左右兩塊橫截面形狀為直角梯形的相同物體組成，兩塊物體中間留有一條縫隙以便于試樣抬起裝置在里面上下垂直運(yùn)動(dòng)。

折痕生成區(qū)由兩個(gè)薄長(zhǎng)方體以及連接在機(jī)器上的氣動(dòng)加壓裝置組成，使左右加壓機(jī)構(gòu)對(duì)被抬起的試樣進(jìn)行加壓，加壓的時(shí)間可以人工設(shè)定。

試樣抬起裝置在試樣臺(tái)中間縫隙位置上下垂直運(yùn)動(dòng)，初始位置處于最低處，機(jī)器啟動(dòng)后將試樣抬起上升到加壓部分，加壓結(jié)束后迅速松開(kāi)試樣并且下降，以此模擬織物在日常生活中被擠壓后展開(kāi)的自然折痕產(chǎn)生過(guò)程。

上罩蓋保證試驗(yàn)在一個(gè)密封的空間里進(jìn)行，避免外界因素的干擾。此外，上罩蓋上安裝了光源，以保證視頻圖像的亮度，便于后續(xù)視頻圖像處理。

1.2 工作原理

新型織物保形性系統(tǒng)的工作原理如下。

（1）首先在操控界面系統(tǒng)設(shè)置生成折痕的壓力與加壓時(shí)間。將試樣放在試樣臺(tái)上，使試樣標(biāo)注的中心點(diǎn)位置和試樣臺(tái)的中縫重合，保證試樣平鋪在試樣臺(tái)上。

（2）啟動(dòng)系統(tǒng)，試樣中心線(xiàn)部位被抬起裝置頂起、上升進(jìn)入折痕生成區(qū)。到設(shè)定的間隔時(shí)間后，兩邊的加壓機(jī)構(gòu)對(duì)試樣進(jìn)行擠壓。到設(shè)定加壓時(shí)間后，左右加壓機(jī)構(gòu)移除，試樣抬起裝置下降到底端，試樣形成折痕并在試樣臺(tái)上隨著時(shí)間推移慢慢展開(kāi)折痕。并由相機(jī)記錄下這一過(guò)程中試樣形成折痕并逐漸展開(kāi)的視頻圖像。

（3）通過(guò)程序提取出單幀折痕恢復(fù)視頻圖像，如圖2 所示，依次進(jìn)行預(yù)處理增強(qiáng)其對(duì)比度、二值化處理與細(xì)化算法處理。最后將試樣部分變成圖像中的一條由連續(xù)單個(gè)像素大小的白點(diǎn)組成的連通曲線(xiàn)。運(yùn)用MatLab 程序，從處理后的圖像中識(shí)別折痕處的頂點(diǎn)位置、試樣折痕的兩邊與試樣臺(tái)頂邊的接觸位置。計(jì)算頂角角度即為頂角，計(jì)算頂點(diǎn)到接觸位置連線(xiàn)的直線(xiàn)距離即頂高，計(jì)算連通曲線(xiàn)與接觸位置的連線(xiàn)組成的面積即為保形面積。

圖2 試樣折痕恢復(fù)視頻圖像

（4）頂角反映了面料受到擠壓裝置擠壓后形成折痕的恢復(fù)情況。頂角越大，說(shuō)明織物抗皺性較好；相反則容易起皺。頂高反映了織物懸垂性的高低。頂高越小說(shuō)明織物懸垂性越好；相反則懸垂性較差。保形面積反映了織物的綜合保形能力。保形面積越小，說(shuō)明織物懸垂性較好；反之則織物懸垂性較差。

2 折皺回復(fù)性與懸垂性分析

2.1 試樣準(zhǔn)備

選取5 種不同規(guī)格的純棉平紋織物樣布，并按照緯向折疊和經(jīng)向折疊各剪下4 塊30 cm×30 cm 的試樣。規(guī)格參數(shù)如表1 所示，其中試樣5經(jīng)過(guò)液氨整理，借此研究織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)是否能準(zhǔn)確表達(dá)經(jīng)過(guò)整理后織物的保形性。

表1 織物規(guī)格參數(shù)

2.2 經(jīng)緯向不同折疊方式的三項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比分析

利用新型保形性直觀綜合比較頂角、頂高、保形面積三項(xiàng)指標(biāo)，從每種試樣的4 組數(shù)據(jù)中挑選出最相近的3 組數(shù)據(jù)，并計(jì)算其方差與平均值如表2 所示。

由表2 可知，除試樣3 的經(jīng)向折疊方差較大外，其他各種試樣和各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差都非常小，證明通過(guò)織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)織物保形性能相對(duì)可靠。并且以試樣1 和試樣2 為例，經(jīng)向折疊和緯向折疊時(shí)角度都減小，高度和面積都增加，間接的說(shuō)明了經(jīng)向折疊和緯向折疊是具有一致性的。

此外，采用Pearson 方法分析比較經(jīng)緯向數(shù)據(jù)相關(guān)性與動(dòng)、靜懸垂系數(shù)相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)經(jīng)向折疊與緯向折疊下的頂角、折皺角具有顯著的相關(guān)性，但頂高、保形面積的相關(guān)性較小，所有的Pearson 相關(guān)性都大于0.5，說(shuō)明具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，后續(xù)便可只分析由經(jīng)向折疊方式形成的參數(shù)。動(dòng)、靜懸垂系數(shù)的Pearson 相關(guān)性為0.998，且在0.01水平（雙側(cè)）顯著相關(guān)，說(shuō)明試樣的動(dòng)、靜懸垂系數(shù)間確實(shí)有很顯著的相關(guān)性。且由于轉(zhuǎn)速因素影響，動(dòng)懸垂系數(shù)普遍比織物的靜懸垂系數(shù)高。

表2 試樣經(jīng)緯向折疊三項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)

2.3 折皺回復(fù)角度與動(dòng)、靜懸垂系數(shù)分別與三項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系

分別對(duì)經(jīng)向折疊方式下折皺回復(fù)角度與頂角角度，靜、動(dòng)態(tài)懸垂系數(shù)與頂高、保形面積，折皺回復(fù)角度與三項(xiàng)指標(biāo)，靜、動(dòng)態(tài)懸垂系數(shù)與三項(xiàng)指標(biāo)這六組分析變量進(jìn)行線(xiàn)性關(guān)系分析。發(fā)現(xiàn)各組分析測(cè)得的相關(guān)性都非常接近1 或-1，互相之間Sig. 值均小于0.05，在0.01 水平上顯著相關(guān)，說(shuō)明各組模型均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。并通過(guò)APSS 軟件分別進(jìn)行回歸方程預(yù)測(cè)，結(jié)果如表3所示，其中Y1為折皺回復(fù)角度，Y2為靜態(tài)懸垂系數(shù)，Y3為動(dòng)態(tài)懸垂系數(shù)，X1為頂角，X2為頂高，X3為保形面積。由表3 可知，表中各指標(biāo)間均具有線(xiàn)性關(guān)系，這為織物保形性評(píng)價(jià)方法提供了模型，即通過(guò)頂角角度、頂高、保形面積這三項(xiàng)指標(biāo)就能預(yù)測(cè)織物折皺回復(fù)角和動(dòng)、靜懸垂系數(shù)。

表3 折皺回復(fù)角度與動(dòng)、靜懸垂系數(shù)分別與三項(xiàng)指標(biāo)回歸方程預(yù)測(cè)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)新型織物保形性系統(tǒng)及其檢測(cè)方法的研究得到了如下結(jié)論。

（1）開(kāi)發(fā)了一種新型織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)，并預(yù)測(cè)出了折皺回復(fù)角度與頂角、頂高、保形面積三項(xiàng)指標(biāo)，靜、動(dòng)態(tài)懸垂系數(shù)與三項(xiàng)指標(biāo)間的多元線(xiàn)性回歸方程，驗(yàn)證了織物保形性檢測(cè)系統(tǒng)的可行性與穩(wěn)定性，解決了現(xiàn)研究中采用折皺回復(fù)角這一單一指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)織物的折皺回復(fù)性能的不足。

（2）經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同種樣布在同種折疊方式下折痕的程度以及回復(fù)角的回復(fù)速度是一定的，而經(jīng)向折疊方式的樣布要比緯向折疊的樣布恢復(fù)得快，一定程度上表明該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度與直觀性。證明該檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法具有深入研究?jī)r(jià)值。