計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在棉花異性纖維檢測中的應(yīng)用綜述

依馬木買買提·賽依皮丁

【摘 ?要】過去的棉花異性纖維的處理方法與儀器有相當(dāng)多的缺點(diǎn)，如耗時(shí)長、可靠性不高、效率低等，而計(jì)算機(jī)視覺是一種無損、快速且成本較低的棉花異性纖維檢測工具，本文介紹了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的概念和圖像采集模式等，根據(jù)分析了計(jì)算機(jī)視覺在棉花異性纖維的前景，旨在為今后的研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)視覺技術(shù);棉花異性纖維檢測;圖像處理

我國每年都有大量的棉花生產(chǎn)與消費(fèi)，同時(shí)也是棉產(chǎn)品出口大國，但是原棉加工期間不可避免的摻雜了多種異性纖維，不易清除，嚴(yán)重影響了我國棉花的質(zhì)量，降低了我國棉花的競爭力[1]。過去常利用人工進(jìn)行檢測，耗時(shí)長、可靠性不高且效率低。因此，如何有效清除棉花異性纖維成了棉紡界的主要問題，為了解決該問題，我國科學(xué)家對棉花異性纖維進(jìn)行檢測，迄今為止，主要檢測技術(shù)包括光學(xué)檢測、超聲波與計(jì)算機(jī)視覺等。光學(xué)檢測成本高;超聲波識別慢、耗時(shí)長、小的異性纖維無法識別;計(jì)算機(jī)視覺是一種低成本、迅速、高準(zhǔn)確率等的檢測方案。因此，本文將簡單介紹棉花異性纖維的危害，什么是計(jì)算機(jī)視覺，計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理和分類、與計(jì)算機(jī)視覺在棉花異性纖維的前景[2]。

1.棉花異性纖維的危害

在紡紗時(shí)因紡織機(jī)械擊打、清梳等各種工序，部分會出現(xiàn)小纖維狀疵點(diǎn)等問題，導(dǎo)致織布時(shí)增加布面疵點(diǎn)，最后經(jīng)過染色后形成色疵，對布面質(zhì)量帶來巨大的影響，抑制生產(chǎn)效率的提高。棉花異性纖維問題對企業(yè)信譽(yù)造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響，不利于紡織品的銷售與出口，對紡織企業(yè)帶來了不可逆轉(zhuǎn)的傷害。目前我國的標(biāo)準(zhǔn)對棉花異性纖維含量的指標(biāo)為重量指標(biāo)，但無法反應(yīng)其的危害[3]。

2.計(jì)算機(jī)視覺

計(jì)算機(jī)視覺也被叫做機(jī)器視覺，是利用計(jì)算機(jī)去感知和理解，可以自動接收和分析圖像而獲取數(shù)據(jù)，該技術(shù)涉及到圖像處理、神經(jīng)生物學(xué)、圖像理解等領(lǐng)域，與人的視覺相比較，計(jì)算機(jī)視覺范圍更廣，除了人能感受到的范圍，還可以感受到紅外線與紫外線等，因此計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可廣范應(yīng)用于物體識別、人工智能、軍事技術(shù)、控制理論、衛(wèi)星圖像分析等。計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)組成包括，計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、攝像機(jī)、光源、光照箱[4]。攝像機(jī)就是光電傳感器，將所要識別的對象以電信號的形式表達(dá)出來。圖像采集卡能把電信號化為數(shù)字信號，方便計(jì)算機(jī)處理，光源可照明，使計(jì)算機(jī)能快速分析圖像。

2.1圖像采集

圖像采集是檢測系統(tǒng)中的重要一環(huán)，也是圖像處理與分析的基礎(chǔ)。與圖像采集相關(guān)的系統(tǒng)有照明、成像、圖像系統(tǒng)等，其中照明系統(tǒng)的光源選擇十分關(guān)鍵，常用光源有自然光源、激光燈、白熾燈等。圖像采集分為反射與投射模式兩種，而棉花異性纖維檢測主要用反射模式。

3.圖像處理和分類

3.1圖像分割

圖像分割是計(jì)算機(jī)視覺的核心，包括閾值分割法、特定理論分割法等。這里面，閾值分割法具有計(jì)算簡單、速度快等優(yōu)勢。

3.1.1迭代閾值

迭代閾值經(jīng)過迭代過程取得最佳閾值，是一種簡單的自動閾值選取方法。隨著科技的發(fā)展，對迭代閾值進(jìn)行改進(jìn)后，可檢測彩色圖像的邊緣，處理速度快。

3.1.2 灰度共生矩陣

傳統(tǒng)的灰度共生矩陣精確度不高，經(jīng)過不斷地改進(jìn)與分析，終于使灰度共生矩陣方法分割白色異性纖維圖像，具有檢測時(shí)間短、精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。

3.1.3基于顯著性的方法

在顯著圖上進(jìn)行創(chuàng)新，得到了異性纖維彩色圖像分割法，其效果比光譜殘差法更優(yōu)越，在異性纖維分割上面有許多方法，但卻不存在一種可對所有異性纖維均適用的方法。在所有棉花異性纖維中，透明與白色異性纖維是最不容易被識別出來的，只有不斷完善，不斷更新棉花圖像分割方法，才有機(jī)會處理這個問題。

3.2 分類

在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用于棉花異性纖維含量檢測時(shí)，需要準(zhǔn)確的目標(biāo)分類，這樣才能建立合理的計(jì)量模型，有助于提高檢測的精確性。分類是按照一種決策標(biāo)準(zhǔn)將每個元素分配到一個有限集合的過程，最關(guān)鍵的是首先確定分類標(biāo)準(zhǔn)，因此分類必須要先將決策函數(shù)構(gòu)造出來，再用決策函數(shù)將待分類目標(biāo)與制定類的相似度計(jì)算出來，最后利用構(gòu)造分類規(guī)則進(jìn)行分類。

分類方法有兩種，其中一種是監(jiān)督分類，監(jiān)督分類需要在先驗(yàn)知識參與下開展，其結(jié)果為待識別樣本的類別。而先驗(yàn)知識使類別的數(shù)目、特征等，得到先驗(yàn)知識的方法包括利用訓(xùn)練樣本、使用統(tǒng)計(jì)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重等。監(jiān)督分類可以比較每個類別的特征和識別樣本特征，再根據(jù)某種相似性度量標(biāo)準(zhǔn)，把待識別樣本劃分到某個確定的類別[5]。另一種是非監(jiān)督分類，非監(jiān)督分類就是在沒有先驗(yàn)知識的基礎(chǔ)下，只利用數(shù)據(jù)本身進(jìn)行自然分類，分類結(jié)果僅僅對不同類別做了粗略的區(qū)分，并不能確定其類別的具體屬性，也就是說非監(jiān)督分類可以將樣本區(qū)分類，卻不能將樣本描述出來，其屬性只能在結(jié)束分類后，要么采取目視判讀，要么進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，才能確定，所以，非監(jiān)督分類也可聚類分析。無論是什么分類都需要有在大樣本作為基礎(chǔ)進(jìn)行的，如果樣本數(shù)目不多，那么分類結(jié)果不能令人滿意。支持向量機(jī)是一種新型的識別方法，對小樣本等問題都能很好的解決，目前，支持向量機(jī)已經(jīng)田間雜草識別、醫(yī)學(xué)超聲圖像分類等多方面進(jìn)行了成功的試驗(yàn)，能夠廣泛應(yīng)用。

4.計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在棉花異性纖維檢測中的應(yīng)用展望

近年來，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在棉花異性纖維檢測中的應(yīng)用效果上取得較為良好的成果，但因國內(nèi)對該技術(shù)的研究起步晚，使得計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)還在解決微量樣品的階段。同時(shí)，我國棉花異性纖維具有較復(fù)雜的情況，并且棉花異性纖維檢測會涉及到異性纖維分類、圖像處理等多個領(lǐng)域，所以異性纖維檢查還有許多問題需要解決與突破。（1）硬件設(shè)備需要改進(jìn)，掌握棉花異性纖維的特性對漫反射光譜的影響，找到更科學(xué)的光源，改善棉花異性纖維成像質(zhì)量。（2）研究棉花異性纖維快速處理方法，有助于減少圖像壓縮。（3）研究棉花異性纖維分類，提高正確率，將重量指標(biāo)逐步改為數(shù)量指標(biāo)。

5.結(jié)束語

棉花異性纖維指的是摻雜在棉花里面的毛發(fā)等纖維，我國每年都有大量的棉花生產(chǎn)與消費(fèi)，同時(shí)也是棉產(chǎn)品出口大國，棉花異性纖維是影響棉紡織品質(zhì)量的重要因素，我國棉紡界亟需解決的重要問題，棉花摻雜異性纖維會影響棉紡企業(yè)的效益與競爭力。當(dāng)前，我國處理異性纖維主要是人力，效果不高。本文簡單綜述了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在棉花異性纖維檢測中的應(yīng)用，并提到了一些新算法用于圖像處理，但仍有困難存在，如圖像處理不夠快、精度不夠高，沒有適用于所有類型的異性纖維的算法，小的、白色的、透明的異性纖維難以檢測到。

參考文獻(xiàn)：

[1]師紅宇，管聲啟.基于視覺數(shù)據(jù)驅(qū)動的棉花異性纖維檢測[J].絲綢，2017，54（5）：36-42.

[2]張慧卿，劉永川.棉花產(chǎn)業(yè)異性纖維問題解決方向探討[J].中國纖檢，2018，513（5）：42-44.

[3]孫勇.論如何做好棉花異性纖維含量檢驗(yàn)[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（8）：165-165.

[4]趙學(xué)華，王名鏡，劉雙印，等.基于聯(lián)盟博弈和極限學(xué)習(xí)機(jī)的棉花異性纖維識別方法[J].仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，31（1）：46-52.

[5]張晨，孫世磊，石文軒，等.基于嵌入式系統(tǒng)的異纖清除機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（8）：43-52.

（作者單位：克孜勒蘇柯爾克孜自治州纖維檢驗(yàn)所）