机织物组织自动识别技术.pdf

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1、第3 1 卷第6 期 纺织学 报V 0 1 3 l ，N o 6 2 0 1 0 年6 月 J o u m a Io fT e x t i l eR e s e a r c h J u n 。2 0 l O 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 l O ) 0 6 0 0 4 3 0 5 机织物组织自动识别技术 潘如如，高卫东，刘基宏，王鸿博 ( 生态纺织教育部重点实验室( 江南大学) ，江苏无锡2 1 4 1 2 2 ) 摘要为实现机织物组织的自动识别，对织物表面反射图像进行纠偏和直方图均衡预处理，并按图像的经纬向 灰度投影曲线实现织物组织点的定位。根据经纬向组织点灰度的相关

2、性，求出织物组织的经纬纱循环数。通过比 较组织循环范围内组织点的灰度均值来确定组织点的属性，并以组织点的灰度方差对组织点的属性进行验证。实 现单循环组织识别后，再对多个组织循环内的对应组织点进行验证，以进一步提高识别的准确性。织物的测试结 果表明，所提出的算法能够实现简单的机织物组织的准确识别，并能输出对应的织物组织图。 关键词机织物组织；图像处理；自动识别；相关性 中图分类号：T S1 0 1 9 l 文献标志码：A A u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o no fw O v e nf a b r i cw e a v e P A NR u n

3、l ，G A OW e i d o n g ，L I UJ i h o n g ，W A N GH o n g b o ( 断肠6 0 m I D ，yD 厂眈。一7 缸l 珏( 肋昭n 口n 妇r s 咖) ，肼i n 话“ o ，刖M 口砌厅，阢撕，胁，咿2 1 4 1 2 2 ，饥i M ) A b s t r a c tT or e a l i z ea u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o n0 fw o V e nf a b r i cw e a V e ，t h er e n e c t i o ni m a g eo fw o V e

4、 nf a b r i c i sp r e p r o c e s s e db ys k e wr e c t i f i c a t i o na n dh i s t o g r a me q u a l i z a t i o n T h e nt h ei I l t e d a c i n gp o i n t sa r el o c a t e d i nt h ei m a g eb yt h ew a r pa n dw e f tg r a yp r o j e c t i o nc u “e s T h ew a r pa n dw e f tr e p e a t s

5、a r ef o u n da c c o r d i n g t ot h ec o r r e l a t i o no ft h ei n t e d a c i n gp o i n t si nw a 巾a n dw e f td i r e c t i o n 8 T h et y p e s “i n t e r l a c i n gp o i n t sa r e j u d g e db yc o m p a r i n gt h ea V e m g eg m yV a l u eo fi n t e r l a c i n gp o i n ti naw e a v e

6、r e p e a t ，a n dt h er e s u l t sa r e e x a m i n e dw i t ht h eg r a yv a r i a n c eo ft h ei n t e d a c i n gp o i n t s F i n a l l y ，t h ea c c u r a c yo fi d e n t i f i c a t i o ni sf h r t h e r i m p r o v e db yc o m p a r i n gt h er e c o g n i z e dr e s u l t si ns e v e r a l

7、w e a v er e p e a t s T h ee x p e r i m e n tf o ra c t u a lf a b r i c 8 s h o w st h a tt I l ea l g o r i t h mc a ni d e n t i f yt h et I l r e eb a 8 i cw e a v e sc o r r e c d ya n do u t p u tt h ed i a g r a mo fm e i d e n t i f i e df a b r i cw e a v e K e yw o r d sw o v e nf a b r

8、i cw e a V e ；i m a g ep r o c e s s i n g ；a u t o m a t i ci d e n t m c a t i o n ；c o r r e l a t i o n 随着计算机技术以及图像处理技术的迅速发 展，其在纺织领域的应用也越来越广，大大提高了生 产效率以及产品开发速度。从2 0 世纪8 0 年代中期 以来，国内外学者就尝试利用计算机数字图像处理 技术来完成织物组织的自动分析与识别，取得不少 的研究成果。1 。国内学者从9 0 年代开始研究织 物组织的自动识别，如浙江大学的吴海红等H 。、江 南大学的高卫东等“ 1 都获得了一些成果，但到

9、目前 仍处于理论研究阶段，没有形成实用的系统。本文 利用平板扫描仪实现机织物图像的采集，借助于织 物图像表面特征，利用V C + + 软件构建了一套简单 的织物组织识别系统，实现了常见的三原组织及一 些简单织物的组织识别。本文就系统中采用的组织 识别方法，对采用数字图像处理方法实现织物组织 识别的基本原理进行详细阐述。 1图像采集及预处理 1 1 图像采集参数的确定 借助于扫描仪完成织物表面反射灰度图像的采 收稿日期：2 0 0 9 一0 7 1 7修回日期：2 0 0 9 一1 2 一0 2 基金项目：江苏省2 0 0 9 年教育厅研究生科研创新计划资助项目( c x 0 9 B 一1 7

10、3 2 ) ；江苏省自然科学基金资助项目( B K 2 0 0 9 5 1 1 ) 作者简介：潘如如( 1 9 8 2 一) ，男，博士生。主要研究方向为纺织品表面图像处理。高卫东，通讯作者，E m a i l ：g a 册d 3 1 6 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 4 4 纺织学报第3 l 卷 集，采集时图像的分辨率是一个重要参数，其选择与 识别系统所能适应的织物纱线密度和紧度有关。图 像采集分辨率过高，会大大增加识别过程的运算量， 进而

11、影响识别系统运行速度，影响工作效率；图像采 集分辨率过低，则达不到识别精度。按照织物经向 ( 纬向) 密度为8 0 0 根1 0c m ，经向( 纬向) 最大紧度 为8 0 考虑，则经纱( 纬纱) 之间的最小间隙为 O 0 2 5m m ，为保证识别，使得扫描图像上纱线间隙 占2 个像素点，则对应的分辨率不应低于20 3 2d p i ， 实际识别时采集图像的分辨率取24 0 0d p i 。 扫描图像尺寸的选择应保证包含有一定数量的 完全组织循环，通常像素取20 4 8 20 4 8 ，对于 24 0 0d p i 的分辨率，相当于织物实际尺寸为 2 1 6m m 2 1 6m m 。这一尺

12、寸即使对于 2 0 0 根1 0c m 的织物，包含经纬纱的根数也达到 4 3 根以上，若纱线循环数为2 0 ，也能包含有2 2 个 完全组织，可满足一般识别的要求。 1 2 采集图像的预处理 由于扫描时由人工摆放织物，其倾斜很难避免， 而图像的倾斜对织物组织点的划分影响比较大，要 实现织物组织结构的准确识别，首先要完成组织图 像的高精度纠偏。实验中采用的是寻找纱线间隙的 方法，依据纱线间隙点灰度较低，纠偏后纱线间隙点 应在同一条水平直线上的原理，对纱线的间隙进行 纠偏，以完成整幅织物图像纠偏，纠偏精度可 达0 1 。 受扫描光照条件的限制，所得到的织物表面反射 图像对比度较低，直接分析很难准

13、确得到织物中纱线 的纹理信息。为提高织物图像的对比度，可采用直方 图均衡化的方法对织物图像进行预处理。直方图均 衡化1 是把图像的直方图变换为均匀分布的形式，以 增加像素灰度值的分布范围，达到增强图像整体对比 度的效果。其直方图转换方式为 n I D 。：“j ) ：= 半y 日i 。 A o 岛 式中：A 。为图像的面积；置为第i 级灰度的像素点个 数；D 。为转换后图像；D 为图像中最大灰度值，实 验中采用的灰度图取值为2 5 5 。图l 示出织物图像 的预处理效果。 2 织物组织循环数的确定 2 1 组织点位置的确定 在机织物的表面反射图像中引，纱线条干部分 ( a ) 原始图像( b

14、) 纠偏和灰度均衡后图像 图l织物图像的预处理效果 F i g 1 P r e t r e a t m e n te f f e c to ff a b f i ci m a g e ( a ) 0 r i g i n a l f a b r i ci m a g e ；( b ) F 8 h r i ci m a g e 幽e r8 k e wr e c t i f i c a t i a n dh i s t o g m me q u a l i z a t i o n 的像素点呈现较高的灰度，而纱线间隙部分的像素 点呈现较低的灰度，但在实际得到的织物图像中，由 于光照不匀的影响，个别像素

15、点不符合这种规律。 为消除这种光照不匀的影响，完成织物组织点的准 确分割，可以将织物图像中的像素点沿水平和竖直 方向进行累加，算法一一如下。 甲日 s ( i ) = 乏 以i ) ，s ( _ ) = 乏：八f ，_ ) 置耳 式中：肜、日为图像的宽度和高度以i ，_ ) 为图像中点 ( i ，) 的灰度值；S ( i ) 为第湃亍的像素点灰度和；S ( _ ) 为第列的像素点灰度和。图像的经纬向灰度投影 曲线如图2 所示。 图2 图像的经纬向灰度投影曲线 F i g 2 F a b r i ci m a g ea n dg r a y l e v e ls u mc u 九r e 8 在图

16、2 所示的曲线中，峰值表示纱线条干的轴 心，谷值表示纱线的间隙。沿着曲线的谷值对织物 进行划分，就可以实现组织点的准确分割。图3 示 出组织点分割结果。为清晰起见，图3 采用的是未 进行直方图均衡处理的部分图像。 2 2 经纬纱完全循环数的确定 织物组织具有很强的周期性，采用相关性分 析H 1 可以得到织物图像中的经纬纱组织循环周期。 随机变量x 、l ，相关系数的求解方法如下。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期潘如如等：机织物组织自动识别

17、技术4 5 图3 织物组织点分割结果 F i g 3 S e g m e n t 8 t i o n 肥8 u l t so ff 如r i cn 0 8 t s R ：墨( 茎1 2 二墨! 茎2 墨! 兰2 D ( X ) D ( y ) 式中：E ( X ) 为X 的期望；E ( y ) 为y 的期望；E ( x y ) 为X y 的期望；D ( X ) 为x 的方差；D ( y ) 为y 的方差； R 表示X 、y 的线性相关性。 为得到经纱完全循环数，根据经纬组织点分割 后的图像，将每根纬纱上的像素灰度值在垂直于纬 纱方向上进行累加并求均值，这样每根纱线上的灰 度值用一行向量来表示，

18、然后利用行向量求其余纬 纱与所选择的第1 根纬纱的相关性，得到1 组相关 系数，如图4 所示。由图可以很明显地看出相关系 数具有一定的周期性。当2 根纱线上经纬纱交错规 律一致时，相关系数较大；而当2 根纱线上经纬纱交 错规律不一致时，相关系数较小。也就是说曲线中 的峰值点对应的纱线与第1 根纱线经纬纱交错规律 一致，即组织点一致，图4 中反映的织物经纱循环数 为3 。同样的方法可以求出织物的纬纱循环数也 为3 。 1 O 颤 馁O 5 爿 卫l 刍d ，P i 对应纬组织点。即用 nn，I 川L 丑7 FE u 咿、，、o r ，l J r m lr m i n P ；距离P 和P 晌的变化

19、率作为判断经纬组织点的 依据，有较好的正确识别率。 2 ) 以相同判断规则，按经纱上组织点进行 识别。 3 ) 将上述结果进行比对，确认各组织点的经纬 属性。 按照上面的规则对组织点进行判断，易出错的 是对经纬组织点交界处组织点的判断，为此采用组 织点内部的灰度方差对上述结果进行修正。连续的 经组织点或者纬组织点，内部灰度分布比较均匀，而 在交界处的组织点内部灰度往往分布不匀。在实验 中发现，由于纱线间隙的影响，这类组织点灰度比较 靠近纬组织点灰度，但实际上这类组织点有可能是 经组织点。为达到修正目的，对纬组织点按灰度方 差进行分类，一类是内部分布均匀的组织点，方差较 小，另一类就是这些处于经

20、纬交界的组织点，方差较 大。在得到灰度方差的分类结果以后，如果某个纬 组织点处于灰度方差较大的一类内，则将该组织点 修正为经组织点。 3 2 组织点的校验 上述过程只是针对某一个组织循环内的组织点 进行识别，具有一定的随机性。为消除随机性的影 响，根据不同组织循环内对应组织点一致性的特点， 对整幅图像的每个组织循环内组织点进行识别，将 识别结果进行比较。若将经组织点赋值为l ，纬组 织点赋值为o ，对于经纱循环数为的组织点识别 结果，每个组织点只可能出现O ，1 这2 种情况，那么 每行个组织点最多可能出现2 “种情况。将识别 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO :

21、 Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 4 6 纺织学报第3 l 卷 的结果存放于数组中，最后结果以出现频率最高的 情况为准，从而提高识别的准确性。 为提高组织识别结果的准确性，在输出识别结 果前，将组织识别结果和组织库中经纬纱循环数与 识别结果一致的组织进行比对，并选择与识别结果 最相近的组织作为最后的输出组织。本例中验证结 果见表l 。 表l 与组织库验证结果比较 T a b 1 C o m p a r i s o nr e s u l tw i t hs l m c t u r ed a t a b a s e 5

22、结语 在组织库中与识别出来的织物组织相似度最高 的是2 l 右斜纹，相似度为1 0 0 ，将该组织作为最 终的织物组织识别结果输出。 4 识别实例 为检测系统对实际织物的测试效果，实验中选用 了平纹、斜纹、缎纹样布各5 块，利用该系统对这些样 品进行组织识别。1 5 幅三原组织的样品组织均被正 确识别。图5 所示为其中3 幅样品的识别结果，分别 为平纹、斜纹和缎纹。每个样品的3 幅图分别对应着 原图、处理后图样及识别出的织物组织图。 图5 机织物识别效果 F i g 5 W o v e nf 曲r i cp a t t e mr e c o g n i t i o nm s u l t s (

23、 a ) P l a i n ；( b ) 2 ll e f tt w i U ；( c ) 5 38 t a i n 本文利用数字图像处理技术，构建了一套简单 的识别系统，以实现常见的三原组织的织物组织识 别。对于扫描仪采集的用于织物组织自动识别的图 像，分辨率和图像最小尺寸是2 个重要的采集参数。 纠偏和图像灰度直方图均衡预处理有助于实现织物 组织点的准确分割。通过对织物灰度的相关分析， 可以得到织物组织的经纬纱循环数。分析若干个完 全组织循环内经纬组织点灰度的统计特征值，可实 现组织点属性的判别，从而确定织物组织。从实验 结果来看，该系统对三原组织和一些简单的变化组 织具有很高的识别准确

24、性，具有一定实用价值。 本文提出的算法虽不能实现复杂组织的识别， 但对整个系统的构架流程进行了详细的阐述，对将 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期潘如如等：机织物组织自动识别技术 4 7 来构建更为完善的织物组织识别系统提供了理论 基础。 参考文献： 糍缀麟 1 J E O NB o o n gs o o ， B A EJ iH y u n ，s u HM o o nw A u t o m a t i c 弛c o g n i t i o n

25、 o fw o v e nf a b r i c p a t t e m sb y a n a r t i f i c i 8 ln e u m ln e t w o r k J T e x t i l eR e s e & r c hJ o u m a l ， 2 0 0 3 ( 7 3 ) ：6 4 5 6 5 0 2 K A N GTJ ，K I McH ，o HKw A u t o m a t i cr e c o g n i t i o n o ff h b r i cw e a v ep a t t e m 8b yd i g i t a li m a g ea n a l y s

26、 i 8 J T e x t i l eR e s e a r c hJ o u m a l ，1 9 9 9 ( 6 9 ) ：7 7 8 3 3 x uB u g I d e n t i f y i n gf a b r i cs t m c t u r e 8w i t h tF o u r i e r t r a n s f 0 咖t e c h n i q u e 8 J T e x t i l eR e 8 e a r c hJ o u m a l ， 1 9 9 6 ( 6 6 ) ：4 9 6 5 0 6 4 吴海虹，张明敏，潘志庚，等彩色图像的织物组织自 动识别 J 计算机辅

27、助设计与图形学学报，2 0 0 5 ， 1 7 ( 8 ) ：1 7 1 0 1 7 1 6 W UH a i h o n g ，Z H A N GM i n g m i n ，P A NZ h i g e n g ，e ta I A u t o m a t i ci d e n t i f y i n gf a b r i cs t n J c t u 旭b a s e do nc o l o r i m a g e 8 J J o u m a lo fc o m p u t e r a i d e dD e 8 i g n C o m p u t e rG m p h i c 8 ，2 0

28、 0 5 ，1 7 ( 8 ) ：1 7 l O 1 7 1 6 5 高卫东，刘基宏。徐伯俊，等织物组织结构的自动识 别 J 棉纺织技术，2 0 0 2 ( 4 ) ：2 6 2 9 G A 0W e i d o n g ， L I UJ i h o n g ，X U B o j u n ， e ta 1 A u t o m a t i ci d e n t i 6 c a t i o no ff a b r i ct e x t u 弛 J C o t t o n T e x t i l eT e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ( 4 ) ：2 6 2 9 6 潘如如，高

29、卫东，张星烨机织物图像的高精度纠偏及 效果验证 J 纺织学报，2 0 0 8 ，2 9 ( 4 ) ：5 l 一5 3 ，5 7 P A NR u m ，G A OW e i d o n g ，Z H A N GX i n 幻r e H i g h 一 7 8 9 1 0 1 1 p 弛c i s i o ni d e n t i f i c a t i o no fw o v e nf a b r i cd e n s i t yv i ai m a g e p m c e s s i n g J J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h ， 2

30、0 0 8 ， 2 9 ( 4 ) ：5 l 一5 3 ，5 7 何斌，马天予，王运坚，等V i s u a lC + + 数字图像处 理 M 北京：人民邮电出版社，2 0 0 l ：1 5 0 1 5 4 H EB i n ，M AT i a n y u ，W A N GY u n j i a n ，e ta 1 V i s u a l C + + D i g i t a lI m a g eA n 8 l y z i n g M B e i j i n g ：P o s t & T e l e c o m m u n i c a t i o n sP 陀8 8 。2 0 0 l ：1 5

31、0 1 5 4 高卫东，刘基宏，徐伯俊，等织物中纬纱排列参数的 自动识别 J 棉纺织技术，2 0 0 2 ，3 0 ( 1 ) ：2 8 3 1 G A 0W e i d o n g ，L I U J i h o n g ， X UB o j u n ，e ta 1 A u t o m a t i ci d e n t m c a t i o no fw e f ta r m n g e m e n tp a r a m e t e r s i nf h b r i c J c o t t o n T e x t i l e T e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ，3 0

32、( 1 ) ： 2 8 3 1 H U A N GCC ，L I USC ，Y UWH W o v e n 址r i c a n a l y s i sb yi m a g ep m c e s 8 i n g J T e x t i l eR e s e a r c h J o u m a l ，2 0 0 0 ，7 0 ( 6 ) ：4 8 l 一4 8 5 高卫东，刘基宏，徐伯俊，等织物中经纱排列参数的 自动识别 J 棉纺织技术，2 0 0 2 ，3 0 ( 3 ) ：3 1 3 4 G A OW e i d o n g ，L I UJ i h o n g ，X UB o j u n ，

33、 e ta 1 A u t o m 砒i ci d e n t i f i c a t i o no fw a r pa m n g e m e n tp a m m e t e 玛 i nf a b r i c J c o t t o nT e x t i l eT e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ，3 0 ( 3 ) ： 3 1 3 4 K U 0C FJ ，S H I HCY ，L E EJY A u t o m a t i c r e c o g n i t i o n “f a b r i cw e a v ep a n e m 8b yaf u 盟yC - m e a n 8 c l u s t e r i n g m e t h o d J T e x t i l eR e s e a r c hJ o u m a l ， 2 0 0 4 ( 1 2 ) ：1 0 7 一1 1 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark