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1、第2 6 卷第4 期 2 0 0 5 年8 月 纺织学报 J o u m 丑lo fT b x m eR e s e a l h V 0 1 2 6 N o 4 A u g ，2 0 0 5 基于图像处理的纱线捻度测定 贾立锋 ( 广州大学纺织服装学院，广东广州5 1 0 3 1 0 ) 摘要用适当方法对纱线图像作二值化处理，提取表面纤维图像，并根据图像分析技术中的傅里叶变换原理，对 有关像素坐标进行线性回归确定纱线捻度，与手工测试相比，用图像处理测试纱线捻度的方法是可靠、准确、快 捷的。 关键词计算机应用；图像处理；傅里叶变换；纱线捻度；线性回归 中图分类号：髑1 0 3 6 1文献标识码：
2、A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 “2 0 0 5 ) 0 4 0 0 3 9 0 2 D e t e n I l i l l i n gt h et 研s to fy a n 塔b a s e d 佃i m a g e 锄a l y s i s J I AL i - f e n g ( z h t 如& 如册e 眦风f i 埘汜，n g 盔b 觇r s 毋，础u ，l g 幽增 5 1 0 3 1 0 ，吼机o ) Ab s _ t r a c t T a r g e tw 弱s e g m e n t e df 如mb a c k g 【 0 u n du s i n gs l l
3、i t a b l eb i I l a r ym e 山o d T h er e s u h i n gb i n a r yi m a g ew a st r a n “b 玎n e du s i n g F F l lm e t h o d n ec o o r d i n a t e so fr e l a t i v ep i ) 【e l sw e r er e g r e s s e dt od e t e 删n et l l et w i s t0 fy 栅s C o m p a r e d 硒t l lh 粕d t e s t i n g ，t h i s m e t h o
4、 di sr e l i a b l e 。a c c u m t ea J l dI a s t K e yw o r d sc o m p u t e ra p p l i c a t i o n ；i m a g ea n a l y s i s ；F F T r ；y a H lt w i s t ；1 i n e a rr e g r e s s 纱线捻度是纱线重要的结构参数和纺纱工艺参 数。近年来，许多专家提出了用计算机研究纱线结 构和测试纱线捻度的方法，文献 1 提出用图像处理 测试织物表面纱线上的纤维捻回角的方法，它通过 跟踪纱线表面纤维上的像素计算纤维的捻回角；文 献 2 用
5、示踪纤维法测试纱线的结构参数。 本文根据图像分析原理，采用傅里叶变换对纱 线图像进行变换，用回归分析法对变换后的图像像 素灰度值进行分析，从而得到纱线表面纤维的捻回 角，测试结果表明，该方法是可靠、准确、快捷的。 1系统组成 纱线捻度测试系统的硬件基本结构如图1 所示。 图1 纱线捻度测试系统的硬件基本结构 该系统的软件在M A A B 平台下，用M A 7 卧B 6 x 编程语言开发而成。用M A A B 编程的程序还 可编译为c 语言程序，从而提高程序的运行速度。 采用该语言编制时，通过其编程接口嵌入用V C + + 开发的图像采集程序，可完成从图像采集到用图像 测试表面纤维捻回角的整个过
6、程。 2 检测原理及算法 2 1 图像输入 用生物显微镜将纱线表面放大4 0 倍后，由c c D 摄像头将光学信号转换为模拟信号送入计算机内的 视频采集卡再转换为数字信号，同时用系统软件测 试并计算纱线表面纤维的捻回角。检测中采用生物 显微镜是因为它的景深小，对焦准确、成像清晰，几 乎不受纱线表面松散毛羽的影响。 2 2 二值化阈值r 的选择 二值化阈值通过纱线图像直方图来确定是比较 困难的，因为直方图谷峰值很难确定。若采用判断 分析法自动确定，又不太直观，有时结果难以预料。 本文采用一种更为直观的方法，先将图像各像素灰 度增大一个差值，使图像像素最大灰度刚好为2 5 5 ， 再进行灰度变换，
7、变换曲线函数如下： y ：以瓦矿1 i 研( 菇1 2 7 ) y ：2 5 5 一 丽万石= 西酽( 石 1 2 8 ) 作者简介：贾立锋( 1 9 6 6 一) ，男，副教授，博士。主要从事图像处理与模式识剐的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【4 0 】 纺织学报2 0 0 5 年第4 期 由于纱线表面纤维灰度最大，灰度变换后其灰 度变化很小，而其它地方的灰度较小，灰度变换后其 灰度被压缩到一个较窄的范围内，从而突出了前者。 灰度变换后
8、的图像将各像素灰度从大到小排序后所 得到的灰度变化曲线如图2 所示。 巅 珈 鏊 宅 螺 轻 像素数1 0 图2 灰度变换后灰度从大到小变化曲线 从图2 可见，由于将原图像中的中等灰度范围 压缩，图像灰度变化从高灰度突然跌至中等灰度范 围，呈台阶状，取灰度变化拐点对应的灰度值作为二 值化阈值r ，即可将纱线表面纤维提取出来。个别 情况下，由于纱线表面凹凸变化影响了灰度变化，导 致图2 中的台阶不甚明显，可通过鼠标增大或减小 r 值，来观察二值化效果，当纱线表面纤维被显著突 出出来时，将r 值固定下来，二值化阈值r 也可根 据经验设定，因为通过实验发现，对同一试样，二值 化阈值比较接近。总之，通
9、过上述方法的综合运用， 可极大提高整个检测过程的自动化程度。 2 3 捻回角计算 根据图像变换技术，当原图像上有许多线状物 时，反映在傅里叶变换频谱图像上也有比较明显的 射线状条带，并且原图像上的线状物与其傅里叶频 谱图像上对应的射线状条带相垂直1 ，利用这一点 可测试纱线表面纤维的平均捻回角。方法是首先获 得纱线表面的二值化图像，由于棉纤维表面有天然 转曲，加之纱线表面凹凸不平，二值化后的图像会出 现纤维图像断裂的情况，有时2 根或几根纤维靠得 很近，二值化后成为一个物体，其外接椭圆离心率也 小，因此有必要去除二值化图像中外接椭圆离心率 过小的纤维，通过多次测算观察，正常单根纤维外接 椭圆离
10、心率一般在0 9 5 以上，故取临界值为0 9 5 。 当去除外接椭圆离心率小于0 9 5 的纤维后，将得到 的图像再进行快速傅里叶变换。变换后的傅里叶频 谱图像是射线状条带，并且条带方向与原图像中纤 维方向相垂直。经多次测算，在变换后的傅里叶频 谱图像中，条带面积约占图像总面积的1 4 0 0 ，故取 傅里叶频谱图像中灰度最大的占总像素数量1 ，4 0 0 的像素的坐标值进行加权线性回归，加权值为该像 素灰度值，并计算回归方程的回归系数，由于原图像 上纤维的取向越不一致，计算得到的回归系数越小， 为确保测试的准确度，当回归系数大于等于0 8 时， 才由线性回归方程的斜率求得射线状条带的倾角，
11、 由该倾角可得出纱线表面纤维的捻回角( 倾角的 余角) 。 3 实验及结果 实验材料包括2 种不同棉纤维原料( A 、C ) 所纺 成的纱线，共1 3 个实验样品，每个实验样品的实验 次数不低于美国A S ，I M 标准，每次取样测试，试样之 间至少要间隔lm 以上，照明采用2 0w 卤素灯，位 于试样一侧，与试样水平和垂直距离分别为5c m 和 1 5c m 。显微镜放大倍数4 0 倍，捕捉到的纱线图像 由4 1 2 6 3 6 个像素组成，每个像素有2 5 6 个灰度 级。试样测试结果见表l 。 表1 纱线捻回角测试结果对比 ( 。) 试样罴篙 试样嚣嚣 12 8 3 62 6 7 582
12、 7 8 5”6 7 22 7 6 42 9 1 392 8 5 12 8 明 33 0 4 3 3 0 1 8l O3 1 8 43 1 5 6 4 3 1 0 2 3 0 4 l1 13 1 9 43 2 6 l 53 1 8 23 2 0 6 1 23 2 3 l3 2 6 2 63 6 3 3 3 5 6 21 33 3 4 13 3 2 6 73 6 6 73 7 5 5 4 结束语 采用图像处理方法测试大量纱线样本的结果与 人工检测的结果相关性较好，证明该测试方法准确、 快速、重现性好。用V c + + 编程语言实现了上述算 法，从图像采集、处理、测试结果输出打印，实现了自 动控制
13、，但还需与生产测试部门相结合，共同努力研 究制定用计算机测试纱线捻度的标准。 参考文献： 1 】H n gc h a I l g c h i l l n w o v 脚】r i c m 8 b 唔i sb y i m 炉p l | m s B i n gp a r t ：c 0 呷u 吨t h et W i 武锄g l e J 1 I 既m eR e 哪r | c hJ 伽l a l ，2 0 0 l ，7 l ( 4 ) ：3 6 2 3 6 6 2 A 岫MJ ，蛐w ，I y p ec 眦0 f 弧i 咖伊蛳l y s i $ t e c “q I l e h 鹋i n gn l es t n 蛐l I a lp a m ”岫0 f 伍c t i 哪“y J J 0 m n a l0 fR 薯础el n 鲥山t e ，1 9 9 4 ，8 5 ：3 8 3 3 8 8 3 孙兆林M A l L A B 6 x 图像处理 M 北京：清华大学出版社， 2 】2 1 7 5 一l 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark