基于絨毛深度信息的織物起毛起球計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)級(jí)研究.pdf

1、目前，紡織服裝面料起毛起球性能常用的評(píng)定方式是將摩擦后的面料與標(biāo)準(zhǔn)樣照進(jìn)行目測(cè)比對(duì)，由測(cè)試人員肉眼觀察后主觀評(píng)判起毛起球等級(jí)。該檢測(cè)方法參照于2009年就開始實(shí)施的國標(biāo)GB/T4802系列，方法陳舊、成本高、效率低、穩(wěn)定性差，還容易受到測(cè)試人員主觀情緒等因素影響。因此，針對(duì)織物起毛起球性能的計(jì)算機(jī)視覺客觀評(píng)價(jià)方法成為人們關(guān)注的研究課題。
　　本課題研究目標(biāo)是基于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，研發(fā)針對(duì)織物起毛起球性能的自動(dòng)檢測(cè)和評(píng)級(jí)系統(tǒng)，從而

2、實(shí)現(xiàn)無人工干預(yù)情況下，對(duì)織物起毛起球性能客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。
　　現(xiàn)有的織物起毛起球視覺客觀評(píng)定研究中，計(jì)算機(jī)處理的織物圖像多為二維灰度圖像或三維圖像。在二維圖像中，鑒于毛球和織物表面在光照下的灰度強(qiáng)度不一致，毛球檢測(cè)的基本方法為利用灰度閾值分割毛球和織物表面。這種方法容易受到面料上不規(guī)則印花的干擾，僅適用于對(duì)素色和有周期性紋理的織物進(jìn)行毛球檢測(cè)。同時(shí)二維圖像丟失了毛球的表面深度數(shù)據(jù)，而這是分割毛球和織物表面的關(guān)鍵信息。三維圖像的獲

3、取方法主要有激光掃描法、雙目立體相機(jī)，除此之外，陳霞自制了毛球序列切片采集設(shè)備以獲得毛球的高度。三維圖像采集設(shè)備的缺點(diǎn)是成本較高、安裝和使用復(fù)雜，并且因設(shè)備放大倍數(shù)限制采集不到絨毛信息?，F(xiàn)有對(duì)二維圖像或三維圖像的研究均是基于對(duì)毛球的檢測(cè)和特征提取，尚未有針對(duì)絨毛的研究。絨毛對(duì)織物手感與外觀有很大影響，起毛起球時(shí)首先產(chǎn)生絨毛，絨毛聚集纏繞后形成毛球，因此絨毛是起毛起球性能評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素。針對(duì)以上不足，本文對(duì)織物起毛起球性能客觀評(píng)價(jià)的研究需

4、要解決兩個(gè)關(guān)鍵問題，一是開展絨毛層面的起毛起球性能的研究，這需要圖像采集設(shè)備具有足夠的放大倍數(shù)使絨毛成像清晰；二是獲取織物表面、絨毛及毛球的三維高度信息?；诖?，本文在顯微鏡下采集織物序列多焦面圖層，利用Depth From Focus（DFF）技術(shù)通過聚焦獲得織物表面及絨毛的三維深度數(shù)據(jù)，以此展開對(duì)織物起毛起球性能客觀評(píng)定的研究。
　　本文研究的基本思路是通過在顯微鏡下采集的同軸多焦面序列光學(xué)圖層重建織物表面及絨毛的深度信息，并

5、提取織物表面基準(zhǔn)平面，實(shí)現(xiàn)絨毛和織物本體的分割，根據(jù)絨毛覆蓋率、覆蓋體積、粗糙度、絨毛最大高度和絨毛集中高度等若干特征參數(shù)定量計(jì)算不同摩擦?xí)r間（馬丁代爾儀測(cè)試的轉(zhuǎn)數(shù)等）下的起毛起球等級(jí)，研發(fā)出織物起毛起球等級(jí)計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)定系統(tǒng)，并將本文客觀評(píng)定的起毛起球等級(jí)與人工目測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　本文主要對(duì)織物起毛起球自動(dòng)評(píng)級(jí)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件算法設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。研究內(nèi)容包括：基于序列圖層重建織物表面及絨毛深度的研究；建立織物表面基準(zhǔn)

6、平面以提取絨毛的研究；提取組合特征參數(shù)利用支持向量分類器自動(dòng)評(píng)級(jí)的研究。同時(shí)，以棉纖維機(jī)織物和針織物為樣本，對(duì)織物在不同摩擦?xí)r間（轉(zhuǎn)數(shù)）下的絨毛集聚態(tài)、特征參數(shù)和起毛起球等級(jí)展開研究，以建立織物起毛起球隨摩擦?xí)r間變化的動(dòng)態(tài)表征。本文主要研究內(nèi)容可概括如下：
　?。?）硬件平臺(tái)構(gòu)建和圖像采集方案
　　檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和顯微鏡系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)。針對(duì)顯微鏡自帶鹵素背光無法穿透厚型織物的問題，選用L

7、ED環(huán)狀光源固定在顯微鏡物鏡上提供前向照明。計(jì)算機(jī)通過串口控制載物臺(tái)的三軸精確移動(dòng)，攝像頭通過USB2.0數(shù)據(jù)線將圖像數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。兩者結(jié)合使硬件系統(tǒng)具備了平臺(tái)自動(dòng)化控制和圖像采集的功能。
　　圖像采集方案的研究主要包括單視野下多圖層圖像采集方案和多視野掃描平臺(tái)行進(jìn)方案。通過對(duì)顯微鏡平臺(tái)沿x，y，z三軸方向單步長移動(dòng)距離和顯微系統(tǒng)景深范圍的測(cè)量，確定了圖層間深度距離、采集圖層數(shù)、切換視野時(shí)載物臺(tái)平移步長值等參數(shù)。并針對(duì)多視野掃描

8、中電機(jī)齒輪齒條傳動(dòng)模式會(huì)產(chǎn)生回程誤差的缺陷，設(shè)計(jì)了能消除此種誤差的載物臺(tái)行進(jìn)路線。
　?。?）序列圖像深度重建算法設(shè)計(jì)
　　本文提出了基于像素清晰度的序列圖像深度重建方案。重建深度圖像的思路為在圖層中沿深度方向?qū)ふ移矫嫖恢玫那逦确逯迭c(diǎn)，其所在圖層序號(hào)即為該點(diǎn)深度。算法的關(guān)鍵在于選擇合適的清晰度評(píng)判方法。本文提出了基于自適應(yīng)區(qū)域選擇的梯度方差清晰度評(píng)價(jià)算法，解決了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)算子抗噪能力弱、固定區(qū)域劃分導(dǎo)致的深度不連續(xù)等問題。通

9、過預(yù)重建深度圖像、提取絨毛、分解四層子圖像、標(biāo)記連通區(qū)域和計(jì)算最大內(nèi)切圓半徑等步驟，算法能自適應(yīng)選擇評(píng)價(jià)區(qū)域。實(shí)驗(yàn)表明，該方法不僅能正確測(cè)量像素點(diǎn)清晰度，且抗噪能力強(qiáng)，從而獲得準(zhǔn)確的深度信息。
　?。?）基于深度對(duì)絨毛和織物本體的分割技術(shù)研究
　　本文研究了基于織物基準(zhǔn)平面的絨毛和織物本體的分割算法。通過若干位于織物表面基點(diǎn)建立基準(zhǔn)面的擬合平面方程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)面上方的目標(biāo)，也就是絨毛的提取。重點(diǎn)討論了織物表面基點(diǎn)的選?。?/p>

10、獲得了所有點(diǎn)的深度信息后，首先沿深度不連續(xù)邊緣兩側(cè)選取種子點(diǎn)；經(jīng)Meanshift漂移，深度相似的點(diǎn)聚類形成若干分裂片；將深度和法向量共同作為閾值，從所有分裂片中篩選出織物表面分裂片，作為擬合平面的基點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明擬合的基準(zhǔn)平面對(duì)織物表面深度的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。
　　（4）基于組合特征和支持向量機(jī)（SVM）的織物起毛起球自動(dòng)評(píng)級(jí)算法研究
　　提取了絨毛覆蓋率、覆蓋體積、最大高度、集中高度和粗糙度五個(gè)特征參數(shù)作為SVM的輸入端，輸出

11、端為織物起毛起球等級(jí)。本文選擇了72塊不同顏色和花型的機(jī)織物和針織物，每塊織物選取3個(gè)檢測(cè)區(qū)域，共216個(gè)檢測(cè)區(qū)域來檢驗(yàn)織物起毛起球自動(dòng)評(píng)級(jí)方法的實(shí)驗(yàn)效果。通過計(jì)算各特征參數(shù)在不同大小區(qū)域下的穩(wěn)定性，對(duì)檢測(cè)區(qū)域包含的視野個(gè)數(shù)進(jìn)行了探討。選用支持向量機(jī)建立織物起毛起球分類模型，并通過網(wǎng)格尋優(yōu)法確定模型最佳參數(shù)。通過對(duì)216組數(shù)據(jù)的交叉驗(yàn)證，系統(tǒng)對(duì)起毛起球等級(jí)判斷的準(zhǔn)確率達(dá)到89.02％。
　?。?）起毛起球性能隨摩擦?xí)r間變化的動(dòng)態(tài)表

12、征研究
　　目前常用的織物起毛起球評(píng)價(jià)方法是將織物按照標(biāo)準(zhǔn)在儀器上完成模擬起球，根據(jù)面料起毛起球程度評(píng)定等級(jí)。然而，織物的起毛起球是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，某一轉(zhuǎn)數(shù)下的起毛起球狀態(tài)不能全面得描述織物在整個(gè)起毛起球的過程。本研究通過建立摩擦轉(zhuǎn)數(shù)觀測(cè)點(diǎn)，觀察各摩擦階段的絨毛顯微形態(tài)。計(jì)算覆蓋面積率、覆蓋體積和粗糙度這三個(gè)特征參數(shù)，建立與摩擦轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系的變化曲線。同時(shí)，評(píng)定織物樣本的起毛起球等級(jí)，建立等級(jí)與摩擦轉(zhuǎn)數(shù)之間的關(guān)系曲線，并與人工目測(cè)等級(jí)