基于圖像處理的素色機(jī)織物密度識別

武銀飛 徐 帥 周紅濤

（鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城，224005）

在紡織企業(yè)織物來樣進(jìn)行再生產(chǎn)過程中，需要先對織物來樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)分析，包括織物組織、織物密度、紗線號數(shù)等，再根據(jù)這些織物參數(shù)進(jìn)行原料選擇和工藝設(shè)計(jì)?？椢锝?jīng)緯密度是織物結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測中很重要的一項(xiàng)，需要計(jì)數(shù)單位長度內(nèi)的紗線根數(shù)，傳統(tǒng)的人工分析方法中是依賴于檢測人員分解來樣織物，利用人眼直接觀察，或是在照布鏡、密度鏡的輔助下計(jì)數(shù)完成織物經(jīng)緯密度的測定，但檢測過程主觀性強(qiáng)，容易使人產(chǎn)生疲勞，效率低且容易出錯(cuò)。

隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，基于圖像分析機(jī)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)成為可能，素色機(jī)織物密度的自動測量方法主要有空域與頻域兩種方法。空域法主要是借助織物圖像的亮度投影曲線，利用區(qū)域排查法找出紗線間隙位置［1］，進(jìn)而求出機(jī)織物的經(jīng)緯密度，但區(qū)域排查法過程繁瑣、流程長。頻域法主要利用傅里葉變換和小波變換測定［2?5］，傅里葉變換在頻譜圖上得到紗線間的距離，根據(jù)時(shí)頻關(guān)系求得機(jī)織物的密度，但織物本身紋理比較復(fù)雜，并不呈現(xiàn)完全的周期性，只能得到織物密度的近似值；而小波變換的小波分解層數(shù)沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同分解層數(shù)檢測結(jié)果差異較大。

為了克服現(xiàn)有檢測方法的不足，在空域經(jīng)緯紗亮度投影曲線區(qū)域排查法的基礎(chǔ)上進(jìn)行算法改進(jìn)，以提高素色機(jī)織物經(jīng)緯密度檢測的準(zhǔn)確性、運(yùn)算速度和算法魯棒性，使之與現(xiàn)代紡織自動化生產(chǎn)相適應(yīng)，滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

1 素色機(jī)織物密度自動識別流程

素色機(jī)織物是指經(jīng)緯紗都是紗線本來的顏色，未經(jīng)過漂染，并按照一定的上下沉浮規(guī)律垂直交織而形成的織物，其織物密度自動識別流程圖見圖1。該流程包括經(jīng)紗密度識別和緯紗密度識別，經(jīng)采集素色機(jī)織物表面彩色圖像、圖像灰度化、選取定點(diǎn)、經(jīng)緯紗方向糾偏與裁剪、經(jīng)緯紗亮度投影曲線、確定經(jīng)緯紗紗線間隙位置與計(jì)算經(jīng)緯紗密度等步驟實(shí)現(xiàn)。

圖1 素色機(jī)織物密度自動識別流程圖

2 圖像采集與圖像灰度化處理

借助襯板利用Canon LIDE 400 型平板掃描儀，獲得顏色空間為RGB 彩色圖像，分辨率為1 200 dpi，像素尺寸為M1×N1，轉(zhuǎn)至灰度圖像記為V（i，j），其中i，j 分別為V 的行、列坐標(biāo)取值（1≤i≤M1，1≤j≤N1），根據(jù)人眼對紅、綠、藍(lán)顏色敏感程度的不同，轉(zhuǎn)換灰度的經(jīng)驗(yàn)公式見式（1）。

3 選取定點(diǎn)與經(jīng)紗方向糾偏

因掃描時(shí)紗線條干部分反射能量高，灰度值大，而紗線間隙反射能量小，灰度值小，依據(jù)機(jī)織物紋理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)糾偏后紗線間隙的連線應(yīng)在豎直方向上的原理，即直線上織物像素點(diǎn)平均灰度值最小所對應(yīng)的角度就是織物的傾斜角度［6］，經(jīng)紗方向糾偏具體步驟如下。

步驟1：選取過系列直線的定點(diǎn)。為避免在計(jì)算不同角度直線上織物像素點(diǎn)的平均灰度值過程中產(chǎn)生越界，以灰度圖像V 的中心為中心（坐標(biāo)為：行M1/2 取整，列N1/2 取整）取一個(gè)矩形，高和寬分別為灰度圖像V 行列數(shù)的一半，即取灰度圖像V 行范圍M1/4 取整至3×M1/4 取整，列范圍N1/4 取整至3×N1/4 取整，把素色機(jī)織物圖像矩形區(qū)域內(nèi)灰度最小值所對應(yīng)的位置確定為過系列直線的定點(diǎn)A，見圖2。矩形區(qū)域內(nèi)的灰度最小值可能不止一個(gè)，只要找到一處即可，對確定糾偏角度是無影響的，默認(rèn)為從矩形區(qū)域第一列開始查找。

圖2 素色機(jī)織物圖像矩形區(qū)域內(nèi)灰度最小值位置

步驟2：計(jì)算過定點(diǎn)A 系列直線上織物像素點(diǎn)的平均灰度值。在采集時(shí)一般會注意織物擺放，所以傾斜角度通常很小，以初始值為-5°，步長0.05°，角度區(qū)間在-5°～5°，計(jì)算經(jīng)紗方向過定點(diǎn)A 不同角度直線上織物像素點(diǎn)的灰度平均值，并記錄所對應(yīng)的角度。

步驟3：經(jīng)紗方向糾偏與裁剪。根據(jù)步驟2 所得的平均灰度最小值所對應(yīng)的角度就是圖像傾斜角度，對于紗線間隙較大情況平均灰度最小值所對應(yīng)的角度不止一個(gè)，可取連續(xù)的平均灰度最小值所對應(yīng)的多處角度的平均值作為最終的糾偏角度，以灰度圖像V 的中心為圓心，完成素色機(jī)織物圖像經(jīng)紗方向的糾偏，為濾除旋轉(zhuǎn)后插值所形成的黑色三角區(qū)域，根據(jù)計(jì)算所得的傾斜角度再結(jié)合圖像尺寸獲得糾偏后的素色機(jī)織物裁剪圖像見圖3。由圖3 可知機(jī)織物的經(jīng)緯紗交織并非是完全垂直的，需要單獨(dú)識別經(jīng)緯密度。

圖3 經(jīng)紗方向糾偏與裁剪后的織物圖像

4 經(jīng)紗亮度投影曲線與紗線間隙位置

對糾偏裁剪后的素色機(jī)織物圖像設(shè)像素尺寸為M2×N2，圖像記為T（x，y），其中x、y 為T 的行、列坐標(biāo)取值（1≤x≤M2，1≤y≤N2），計(jì)算素色機(jī)織物經(jīng)紗方向的亮度投影曲線P（y），見式（2）。

以投影曲線P（y）亮度均值（記為Ave）為檢測線，記錄每個(gè)波谷左、右側(cè)靠近Ave 的位置點(diǎn)，則左、右側(cè)位置點(diǎn)之間投影曲線亮度最小值所對應(yīng)的位置即為紗線間隙位置。若P（1）>Ave，則從第一個(gè)波谷開始記錄，否則從下一個(gè)波谷開始記 錄；若P（y）>Ave 且P（y+1）≤Ave，1≤y≤N2-1，記錄y+1 位置確定波谷左側(cè)靠近Ave 的點(diǎn)；若P（y）≤Ave 且P（y+1）>Ave，1≤y≤N2-1，記錄y 位置確定波谷右側(cè)靠近Ave 的點(diǎn)；根據(jù)每個(gè)波谷左、右側(cè)靠近Ave 的位置點(diǎn)，其之間投影曲線亮度最小值所對應(yīng)的位置即為紗線間隙位置，見圖4，圖中的虛線為均值檢測線。同理可獲得緯紗間隙位置，見圖5。

圖4 經(jīng)紗間隙位置與均值檢測線圖像

圖5 緯紗間隙位置與均值檢測線圖像

根據(jù)圖4 和圖5 對織物經(jīng)紗和緯紗進(jìn)行分割，具體見圖6 和圖7。

圖6 經(jīng)紗分割后的圖像

圖7 緯紗分割后的圖像（旋轉(zhuǎn)90°）

5 計(jì)算經(jīng)緯密度

經(jīng)密：對相鄰經(jīng)紗間隙位置求差取均值記為B，即代表1 根經(jīng)紗所占像素點(diǎn)數(shù)，根據(jù)圖像掃描分 辨 率D 為1 200 dpi，即2.54 cm 有1 200 個(gè) 像素點(diǎn)，即可獲得經(jīng)紗密度PT（根/10 cm），見式（3）。

緯密：對素色機(jī)織物灰度圖像V 沿中心旋轉(zhuǎn)90°，則緯紗轉(zhuǎn)為豎直方向，重復(fù)上述步驟獲得相鄰緯紗間隙的均值記為C，即可獲得緯紗密度PW（根/10 cm），見式（4）。為了保證最終所測密度結(jié)果的客觀準(zhǔn)確，可在不同區(qū)域多次取樣求均值。

6 實(shí)例分析

本研究采用平紋織物、斜紋織物及緞紋織物進(jìn)行了織物密度檢測研究，先利用本研究提出的圖像法自動識別織物密度，每個(gè)樣品檢測10 次，取平均值；后采用人工目測法借助密度鏡核對，以檢驗(yàn)圖像法識別結(jié)果的準(zhǔn)確程度，兩種檢測方法結(jié)果見表1。

表1 圖像法與人工法織物密度檢測結(jié)果

從表1 中可以看出，人工法與圖像法檢測誤差是非常小的，最大誤差出現(xiàn)在斜紋織物1，相對誤差也僅為1.68%，引起誤差的主要原因是機(jī)織物中紗線排列并不是均勻的，有些紗線間排列比較緊密，有些則稀疏，檢測區(qū)域的不同也會引起檢測誤差，表1 中所得檢測誤差在實(shí)際生產(chǎn)中是可以接受的。該圖像法可以代替當(dāng)前人工法進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)素色機(jī)織物密度的自動識別。

7 結(jié)語

因素色機(jī)織物經(jīng)緯紗并非是完全垂直的，以經(jīng)緯紗單獨(dú)亮度投影曲線的亮度均值為檢測線，成功尋找紗線間隙位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)織物經(jīng)緯密度的自動識別，并與人工法進(jìn)行對比。結(jié)果表明：圖像法自動測量準(zhǔn)確度高，單幅圖像從讀入到呈現(xiàn)結(jié)果只需要30 s 左右，大大提高工作效率，且對素色織物有很好的適應(yīng)性，可以代替當(dāng)前人工法進(jìn)行檢測，但對高緊度織物、色織物、印花織物等仍有待于進(jìn)一步的研究。