計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用于紡織檢測(cè)

王瑋

摘 要：自二十世紀(jì)八十年代末計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)進(jìn)入紡織檢測(cè)領(lǐng)域以來(lái)，從原材料、半成品到成品的檢驗(yàn)，從機(jī)織物、針織物到非織造布，再到產(chǎn)品質(zhì)量的模擬控制，都可以通過(guò)圖像處理技術(shù)來(lái)完成。國(guó)際上最早將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于紡織工業(yè)，分析地毯的磨損狀況。傳統(tǒng)的紡織品檢驗(yàn)測(cè)試多采用手感和目測(cè)，受人為因素的干擾較大，精度不高。運(yùn)用圖像處理技術(shù)可以減少主觀因素的影響，客觀評(píng)價(jià)紡織品的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

關(guān)鍵詞：圖像處理技術(shù);紡織;檢測(cè);應(yīng)用

近年來(lái)隨著紡織技術(shù)自動(dòng)化的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在紡織工業(yè)檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在介紹圖像處理技術(shù)概念的基礎(chǔ)上，分析了圖像處理技術(shù)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用，重點(diǎn)研究了圖像處理技術(shù)在紡織加工檢驗(yàn)中的應(yīng)用。為紡織工業(yè)自動(dòng)化研究提供參考。

一、圖像處理技術(shù)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段圖像技術(shù)在紡織業(yè)中的不同領(lǐng)域中的應(yīng)用效果顯著，并呈現(xiàn)不同圖像處理方法與多種技術(shù)融合的發(fā)展趨勢(shì)。目前的圖像處理技術(shù)主要應(yīng)用于紡織工業(yè)中纖維、紗線和織物等方面的檢驗(yàn)鑒別工作。圖像處理技術(shù)在纖維檢驗(yàn)方面，主要是對(duì)纖維外觀、細(xì)度、均勻度及異性度等方面進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還有對(duì)超細(xì)羊毛與羊絨之間的鑒別。在紗線織物方面，主要是結(jié)合數(shù)字處理技術(shù)和識(shí)別技術(shù)對(duì)其密度、紋理、瑕疵、懸垂性、褶皺性、均勻度及毛羽量進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)紗線混紡比進(jìn)行測(cè)試。在非織造布方面，主要是對(duì)其空洞大小、形態(tài)、纖維曲度及纖維網(wǎng)的瑕疵進(jìn)行測(cè)定。

二、圖像技術(shù)的基本理論和方法

圖像處理主要包括以下方面：（1）圖像預(yù)處理，其目的是對(duì)圖像去除噪聲，突出目標(biāo);（2）圖像分割和目標(biāo)提取，主要目的是從圖像中獲得感興趣的區(qū)域;（3）特征提取，是要獲得對(duì)目標(biāo)的有效特征表達(dá)和描述;（4）目標(biāo)分類，是在提取特征的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)判別和分類。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)的圖像處理中，往往需要進(jìn)行平滑、增強(qiáng)、邊緣檢測(cè)和去除噪聲等處理。在多數(shù)空域預(yù)處理算法時(shí)涉及到領(lǐng)域處理，典型的算法有中值濾波、均值濾波等。近年來(lái)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域里有了廣泛的應(yīng)用，它以集合運(yùn)算為基礎(chǔ)，其基本思想是用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去度量圖像中的形態(tài)以解決問(wèn)題，基本算法是擴(kuò)張、腐蝕、開(kāi)啟和閉合。其中傅立葉變換和小波變換主要應(yīng)用于紡織品分析和測(cè)試中的以下一些領(lǐng)域：織物圖像的濾波、無(wú)紡布中纖維取向和織物紋理方向的測(cè)定、織物表面性能評(píng)定和織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)定等。常用的圖像識(shí)別方法有：灰度匹配法、形態(tài)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、紋理模型法四種。其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的缺點(diǎn)是，可能因?yàn)樘卣髦颠x擇的不合適或者不足，造成檢驗(yàn)結(jié)果的不可靠;紋理模型法的不足在于僅僅通過(guò)隨機(jī)場(chǎng)模型并不能最大限度地降低圖像分析的計(jì)算復(fù)雜度和提高圖像處理的速度，因而還不能實(shí)現(xiàn)織物疵點(diǎn)的快速自動(dòng)檢測(cè)。

三、圖像處理技術(shù)在紡織檢測(cè)中的應(yīng)用

1.圖像處理技術(shù)在纖維鑒別中的應(yīng)用。近幾年來(lái)，圖像處理技術(shù)已成熟應(yīng)用于纖維鑒別的檢測(cè)中，其中包括纖維細(xì)度、麻/棉混紡以及羊絨與羊毛纖維的鑒別等領(lǐng)域。其中，羊絨與羊毛纖維的鑒別一直以來(lái)都是紡織檢測(cè)中的一大難題，尤其是羊絨與超細(xì)、拉細(xì)羊毛的鑒別，相比過(guò)去采用顯微鏡觀察和憑借人員檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的鑒別方法，新的圖像處理技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，主要依據(jù)電子顯微鏡掃描拍攝羊絨和羊毛圖像，獲取形態(tài)特征后再通過(guò)模板代換、灰度值及邊界拐點(diǎn)分析來(lái)識(shí)別和處理，其檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)客觀并統(tǒng)一，幾乎不受人員經(jīng)驗(yàn)的影響，檢測(cè)數(shù)據(jù)的誤差更小，檢測(cè)鑒別速度也更快。

2.圖像處理技術(shù)在紗線檢測(cè)中的應(yīng)用。在紗線的檢測(cè)中，細(xì)度是一個(gè)極其重要的檢測(cè)指標(biāo)，通常用與它的截面積比例的間接指標(biāo)來(lái)表示細(xì)度值。傳統(tǒng)的紗線檢測(cè)是通過(guò)對(duì)公定回潮率時(shí)的長(zhǎng)度及重量的測(cè)試來(lái)確定紗線的細(xì)度值。在圖像技術(shù)的發(fā)展下，目前紗線細(xì)度檢測(cè)主要借用有關(guān)人員開(kāi)發(fā)出的名為OMNICON的圖象分析儀對(duì)紗線的直徑進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，其主要測(cè)量原理是將紗線式樣切片，放在視頻顯微鏡下拍照，獲取最佳切片圖后用圖像分析儀對(duì)切片圖進(jìn)行灰度變換等一系列函數(shù)處理，最后得出紗線清晰的邊界線后準(zhǔn)確測(cè)量出紗線的直徑，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，不僅簡(jiǎn)化了人工檢測(cè)的繁瑣工序，操作簡(jiǎn)單易行，而且測(cè)試結(jié)果誤差更小，更接近紗線的真實(shí)細(xì)度。

3.圖像處理技術(shù)在組織鑒別中的應(yīng)用。利用圖像處理技術(shù)對(duì)機(jī)織物的織物組織進(jìn)行識(shí)別檢驗(yàn)也是近年來(lái)一項(xiàng)普及的紡織測(cè)驗(yàn)工作。Kuo CF等研究者借助機(jī)器視覺(jué)選取了18種機(jī)織物進(jìn)行組織鑒別試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中他們對(duì)圖像中的組織點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立分割，在FCM算法之下得出經(jīng)、維組織點(diǎn)的值，再將由0和1構(gòu)成的矩陣組織點(diǎn)輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，最后得出的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到100%。后來(lái)在理論研究下，將圖像處理技術(shù)和力學(xué)拉伸矯正原理結(jié)合，在機(jī)織物的密度測(cè)驗(yàn)上，克服了起絨織物單一圖像處理技術(shù)的缺陷，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明了該測(cè)驗(yàn)方法的普遍使用性，其測(cè)驗(yàn)結(jié)果與人工測(cè)量的結(jié)果相似度達(dá)到了98%。

4.圖像處理技術(shù)在非織造測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用。近年來(lái)，部分研究者及專家也對(duì)非織造測(cè)驗(yàn)中的圖像處理技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研討，他們分別以熱熔型非織造土工布和皮芯纖維熱黏合型的非織造布作為實(shí)驗(yàn)用料，運(yùn)用圖像處理方法進(jìn)行了相關(guān)測(cè)驗(yàn)。在熱熔型非織造土工布的測(cè)驗(yàn)中，通過(guò)圖像處理方法測(cè)驗(yàn)影響土工布力學(xué)性能中的泊松比指標(biāo)來(lái)解決土工布在拉伸過(guò)程中的“緊縮”問(wèn)題。測(cè)驗(yàn)基本思路是現(xiàn)將采集的圖像信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，利用圖像分割、輪廓線條提取等圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，最后通過(guò)計(jì)算得出布料的橫縱向尺寸和泊松比。在皮芯纖維熱黏合型的非織造布測(cè)驗(yàn)中，研究者應(yīng)用圖像處理技術(shù)確定了非織造布力學(xué)各向異性的問(wèn)題。檢測(cè)基本思路是先用分布函數(shù)對(duì)皮芯纖維的取向量化，再用X射線斷層攝影和電子顯微鏡掃描技術(shù)獲取圖像數(shù)據(jù)，然后結(jié)合霍夫變換圖像處理技術(shù)和相關(guān)設(shè)計(jì)程序的應(yīng)用，確定非織造布各向異性參數(shù)，得出測(cè)驗(yàn)結(jié)果。圖像處理技術(shù)在這兩種非織造材料中的檢驗(yàn)應(yīng)用與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，具有高效、準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)。

總之，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多過(guò)去由人工完成的紡織檢驗(yàn)工作可以由計(jì)算機(jī)代替。計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)體現(xiàn)出快速、準(zhǔn)確、高可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，在紡織行業(yè)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，特別是在線檢測(cè)方面得到應(yīng)用和發(fā)展。比如織物質(zhì)量檢測(cè)和織物疵點(diǎn)的在線檢測(cè)，只需不斷把掃描或拍攝的圖像傳送到計(jì)算機(jī)通過(guò)處理、分析和識(shí)別，可幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障，極大提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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