基于機(jī)器識(shí)別的服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)思考＊

秦俊舉，曹選平

（成都紡織高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都611731）

1 研究背景

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的服裝生產(chǎn)模式暴露出了許多的問題，成本和人工費(fèi)用不斷提升，并且生產(chǎn)效率不高，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。想要解決這些問題，就要用到服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)，通過先進(jìn)的智能化生產(chǎn)，讓生產(chǎn)效率得到提高，還能夠保證質(zhì)量。隨著信息化智能時(shí)代的推進(jìn)，使得生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量要求也得到了提高。在識(shí)別環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的識(shí)別方法主要依靠人工對衣服進(jìn)行識(shí)別，但是識(shí)別的速度慢，并且誤差很大，還存在著很多的安全隱患，如果使用機(jī)器對衣服進(jìn)行識(shí)別，就可以有效地解決人工識(shí)別的不足之處。

服裝智能化生產(chǎn)最早于1960年在德國提出。智能應(yīng)用雖然主要是在襯衫領(lǐng)子和西裝口袋套上，但是鐵板的使用并不是很實(shí)用，無法進(jìn)行大規(guī)模的推廣和生產(chǎn)。后來日本開發(fā)了有機(jī)玻璃制作模板，改進(jìn)了服裝工藝模板，更好地提升了模板的使用效率，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝不同，使用服裝模板生產(chǎn)的服裝質(zhì)量更高。近年來中國服裝生產(chǎn)行業(yè)向智能化方向發(fā)展。夾克和開衫等服裝工藝模板，需要有專門的創(chuàng)新工藝對制作流程進(jìn)行優(yōu)化，這樣服裝生產(chǎn)的效率和質(zhì)量才能夠得到更好的提高。服裝生產(chǎn)過程中運(yùn)用服裝模板智能化需要非常詳細(xì)的生產(chǎn)流程。但中國對于服裝模板技術(shù)的研究并不深入，還不能夠?qū)⒛０寮夹g(shù)同服裝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和服裝縫紉技術(shù)這三種技術(shù)相結(jié)合，全自動(dòng)化的流水線設(shè)計(jì)也沒有辦法得到有效地運(yùn)用。這種情況讓機(jī)器識(shí)別的服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)在人們的視野中。通過使用機(jī)器識(shí)別服裝的智能化生產(chǎn)的應(yīng)用讓服裝生產(chǎn)的加工效率不斷提升，并且實(shí)現(xiàn)了能夠流水化和標(biāo)準(zhǔn)化的服裝工藝模板技術(shù)生產(chǎn)。

2 機(jī)器視覺技術(shù)和全自動(dòng)加工技術(shù)的分析

什么是機(jī)器視覺？通俗而言，就是機(jī)器取代人眼，原先由人眼觀測，現(xiàn)在由機(jī)器觀測。和人眼相比較而言，機(jī)器視覺具備精準(zhǔn)度高、速度快、延展性強(qiáng)等強(qiáng)有力的優(yōu)勢。所謂機(jī)器視覺，是指機(jī)器人的眼睛能夠進(jìn)行相應(yīng)的測量和判斷的能力。由于其檢測精度高和可擴(kuò)展檢測速度快，廣泛應(yīng)用于質(zhì)量控制、成品檢驗(yàn)和生產(chǎn)過程領(lǐng)域。因此在當(dāng)下的自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)，機(jī)器視覺被大量普及和使用，有效地推動(dòng)了行業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效提升。全自動(dòng)縫紉工藝的出現(xiàn)，可有效提高縫紉質(zhì)量，減少勞動(dòng)力，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2.1 機(jī)器視覺

如果想要使用智能軟件來處理圖形，通常會(huì)使用工業(yè)相機(jī)來完成樣品、原材料和其他圖像的收集。根據(jù)圖像處理技術(shù)，識(shí)別輪廓和邊緣，自動(dòng)創(chuàng)建樣品和原材料的外框。同時(shí)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)原材料的錯(cuò)誤，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行排版工作，讓服裝設(shè)計(jì)師進(jìn)一步細(xì)化和設(shè)計(jì)。首先是邊緣識(shí)別，借助輪廓提取算法提取紙樣的邊緣線并進(jìn)行掃描像素點(diǎn)操作。在掃描過程中，如果原圖有黑點(diǎn)，周圍有8個(gè)黑點(diǎn)，可判斷為圖外點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)刪除。如果相反，則可以確定是圖像的邊緣，員工可以將黑色更改為紅色。在開發(fā)Sobel邊緣算子時(shí)，每個(gè)像素都必須與這2個(gè)矩陣進(jìn)行卷積。在垂直邊緣中，第一個(gè)矩陣具有響應(yīng)，水平邊緣具有第二個(gè)矩陣。取2次卷積中的最大值作為陰影值，輸出，用閾值控制過程生成每個(gè)陰影值對應(yīng)的等高線圖。之后，在提取輪廓并清空所有內(nèi)部像素后，完成二值圖像的輪廓提取。如果一個(gè)亮點(diǎn)周圍的8個(gè)像素都是亮點(diǎn)，那么這個(gè)點(diǎn)就可以認(rèn)為是一個(gè)內(nèi)點(diǎn)，否則，那它是一個(gè)輪廓點(diǎn)。

2.2 復(fù)雜機(jī)械本體

借助模板機(jī)、裁剪機(jī)、自動(dòng)縫紉機(jī)、機(jī)械手等機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)裁剪作業(yè)、模型制作作業(yè)、縫紉作業(yè)的自動(dòng)化管理。這樣，機(jī)身和機(jī)頭就可以實(shí)現(xiàn)x/y/z不同方向的自由移動(dòng)。主要包括x/y/z導(dǎo)軌、工作臺(tái)面、機(jī)械傳動(dòng)、真空吸附系統(tǒng)、落刀機(jī)構(gòu)等。Y形梁上可安裝銑刀、輪刀等設(shè)備，有效地進(jìn)行切割和模具制作。該技術(shù)可有效促進(jìn)模具機(jī)械手和上下料機(jī)自動(dòng)化程度的有效提高。在模板中，所有的面料都是用那個(gè)面料準(zhǔn)備的，進(jìn)一步保證了開模和合模的自動(dòng)化管理。合模后，在最短的時(shí)間內(nèi)放入自動(dòng)縫紉機(jī)。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的幫助下，模板進(jìn)一步放置在自動(dòng)縫紉機(jī)設(shè)定的位置，從而保證縫紉操作的完全自動(dòng)化。有效檢測機(jī)器斷線，保證機(jī)械傳動(dòng)的準(zhǔn)確性。根據(jù)實(shí)際工況，分析慣量、應(yīng)力等，有效預(yù)測機(jī)器設(shè)備的連續(xù)動(dòng)態(tài)特性，準(zhǔn)確計(jì)算固定頻率，努力降低和保證疲勞概率、機(jī)械共振等問題，從而保證工作質(zhì)量。

3 機(jī)器識(shí)別與服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)共同應(yīng)用

3.1 裁剪和縫紉的智能化

在裁剪的過程中，影響最大的因素是面料的材質(zhì)。對于面料的裁剪，最常使用的是激光裁剪。使用激光裁剪的面料不需要對裁剪的邊緣進(jìn)行修理。因?yàn)榧す饫酶邷厍懈?，?huì)在面料切割的邊緣形成熔接邊緣，因此不需要對邊緣進(jìn)行修理。一般的單層面料使用5cm的聚焦鏡片進(jìn)行切割，熱度控制在40%左右，采用5m/min的速度進(jìn)行切割。由于各種不同因素的影響，例如氣泵功率或者底板的平整度這些原因，都會(huì)對面料的切割有一定的影響。熱量高容易讓面料有缺口，并且容易使淺色的面料在切割時(shí)容易發(fā)黃。傳統(tǒng)的裁剪技術(shù)要求工作人員擁有非常高的技術(shù)，要有很多的服裝制作經(jīng)驗(yàn)，但是使用了現(xiàn)代裁剪工藝對工作人員的技術(shù)沒有太高的要求。只需要將面料放在自動(dòng)裁剪機(jī)上就能夠進(jìn)行自動(dòng)裁剪。在一般情況下全自動(dòng)縫紉機(jī)只需要1名工作人員進(jìn)行操作，并且1名工作人員能夠操作兩三臺(tái)自動(dòng)縫紉機(jī)[1]。全自動(dòng)縫紉機(jī)只需要工作人員將面料和縫料放置在規(guī)定的位置再按下開始鍵，全自動(dòng)縫紉機(jī)便可以自完成工作，并且全自動(dòng)縫紉機(jī)的生產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定。

3.2 數(shù)字化圖形處理

對于一部分面料能否對齊的問題進(jìn)行解決，需要采用相關(guān)的方法對面料的條格進(jìn)行精確的對齊。工業(yè)機(jī)器人在這個(gè)方面能夠起到極大的作用，因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人能夠利用數(shù)碼相機(jī)對完整的樣衣進(jìn)行拍攝，并且可以對裁剪、切割的位置進(jìn)行條格檢測，再利用智能計(jì)算的方式將樣衣的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理，這樣便能準(zhǔn)確地看到樣衣的輪廓以及大小。在自動(dòng)對齊條格的過程中，需要對條格以及它的清晰度進(jìn)行突出，因此，可以無縫地形成數(shù)字圖像，完成曲線擬合和矢量化操作，并將生成的數(shù)據(jù)成功讀入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。只有這樣，服裝設(shè)計(jì)師才能更好地對其進(jìn)行修改或處理。因此，在曲線擬合和矢量化的優(yōu)化中，能夠讓自動(dòng)化的服裝生產(chǎn)工作更加順利地進(jìn)行。

3.3 全自動(dòng)化排料技術(shù)

傳統(tǒng)的排料主要依靠排版師傅的經(jīng)驗(yàn)，依靠大量工作積累下來的經(jīng)驗(yàn)并不能讓排版師傅減少排料的失誤。并且排料的工作量非常的大，對面料的使用率不高，還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)排料失誤，導(dǎo)致最終出來的效果不盡如人意。電腦圖形優(yōu)化技術(shù)可以提高排版技巧，自動(dòng)放置素材框和樣框，更合理地利用原材料。計(jì)算機(jī)圖形優(yōu)化技術(shù)還有4種優(yōu)勢：①可以進(jìn)行多次使用，讓排料的計(jì)劃能夠具體到用料的多少，讓工作人員討論出更具有合理性的計(jì)劃，面料的利用率得到提升；②可以通過面料的質(zhì)量作為區(qū)分；③對面料的質(zhì)量進(jìn)行區(qū)別，讓設(shè)計(jì)者能夠?qū)ε帕戏绞竭M(jìn)行選擇；④能夠更加精確地進(jìn)行計(jì)算[2]。讓縫紉工藝得到更好的優(yōu)化，利用多種技術(shù)讓數(shù)據(jù)一體化，這些數(shù)據(jù)能夠保存起來作為數(shù)據(jù)參考，還能夠讓服裝生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化。通過計(jì)算機(jī)對排料進(jìn)行控制能夠結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)同時(shí)參考計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，讓排料得到更好的優(yōu)化。

3.4 運(yùn)用智能吊掛系統(tǒng)

對于吊牌的安裝，傳統(tǒng)的加工方式是在服裝完成最后一個(gè)制作后，用人工搬運(yùn)的方式將產(chǎn)品搬運(yùn)到下一個(gè)工序的位置。這樣容易導(dǎo)致貨物堆積、效率低以及人工成本高等問題的出現(xiàn)。利用射頻識(shí)別標(biāo)簽與吊掛系統(tǒng)結(jié)合，讓機(jī)器對半成品進(jìn)行識(shí)別，再由系統(tǒng)控制讓物品在軟件系統(tǒng)的控制下進(jìn)行最后的加工，并且對物品的分類進(jìn)行識(shí)別。智能的全自動(dòng)服裝生產(chǎn)工序，簡化了流程，并且讓流程更加智能化。避免了人工搬運(yùn)的低效率，還能夠通過吊掛系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，便于統(tǒng)計(jì)員工工作數(shù)量。智能采集技術(shù)是生產(chǎn)信息時(shí)服裝企業(yè)向智能化方向轉(zhuǎn)型的重要之處，為了能夠解決服裝生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)傳遞和智能采集，發(fā)明出一種利用射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行對服裝生產(chǎn)的信息進(jìn)行采集的方法，關(guān)于基于射頻識(shí)別技術(shù)在服裝生產(chǎn)信息的采集過程中，需要同企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，對射頻識(shí)別技術(shù)的分析應(yīng)用在于企業(yè)服裝生產(chǎn)信息采集的過程和實(shí)施效果，為服裝生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)車間建設(shè)提供一點(diǎn)的參考[3]。

3.5 通過視覺技術(shù)增加準(zhǔn)確性

機(jī)器視覺技術(shù)主要通過計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，從事物的圖像中提取有效信息，再對信息進(jìn)行處理并理解，最后形成檢測、測量和控制的標(biāo)準(zhǔn)。目前機(jī)器視覺技術(shù)還未能夠得到廣泛應(yīng)用的主要原因是成本過高。從發(fā)展的角度來看，長期的人工成本與機(jī)器視覺設(shè)備的購買費(fèi)用能夠持平。并且從生產(chǎn)線上看來，機(jī)器視覺設(shè)備與人工比較，機(jī)器設(shè)備能夠更勝一籌。伴隨醫(yī)藥企業(yè)逐漸提升檔次及逐漸完善，企業(yè)對機(jī)器視覺技術(shù)的需求會(huì)越來越普遍，對機(jī)器視覺技術(shù)速度快、信息量大、功能多的特點(diǎn)會(huì)多加以利用。因?yàn)橐曈X技術(shù)擁有較快的檢測速度，因此在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。全自動(dòng)化的服裝生產(chǎn)技術(shù)涉及到的工序主要有樣衣記錄、自動(dòng)裁剪以及自動(dòng)縫紉。樣衣記錄主要通過工業(yè)攝像頭對樣衣的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并生成樣片。自動(dòng)裁剪通過樣衣記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，自動(dòng)縫紉是通過將裁剪后的衣服進(jìn)行相應(yīng)的縫紉。這些步驟的自動(dòng)流水化，使得服裝在生產(chǎn)的流程中減少了工作人員的工作量，并且工作效率以及質(zhì)量都得到了提升。

3.6 嵌入式控制平臺(tái)

ARM9（$3c2440）芯片是這個(gè)平臺(tái)的人機(jī)界面，wince是其內(nèi)部設(shè)置的操作系統(tǒng)，同時(shí)還配備了7in（1in≈2.54cm）的觸摸屏，相應(yīng)的鍵盤和存儲(chǔ)設(shè)備缺一不可。借助工業(yè)相機(jī)圖像，來開展設(shè)置和顯示工作。在控制平臺(tái)上設(shè)置了各種通訊接口，如SD卡、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口等。接口的多樣性確保了平臺(tái)與計(jì)算機(jī)之間的有效連接。優(yōu)化路線，深入了解并確?；ヂ?lián)網(wǎng)的全部價(jià)值。借助控制平臺(tái)，可以對各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，同時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效的信息傳輸。嵌入式控制平臺(tái)采用DSP+FPGA運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。

一般來說，硬件插值技術(shù)和實(shí)時(shí)多任務(wù)控制技術(shù)是主流。這樣可以快速傳遞指令，借助電機(jī)控制、輔助信號(hào)控制和傳感等技術(shù)，提高機(jī)器的運(yùn)行效率。員工在執(zhí)行圖像處理操作時(shí)必須小心謹(jǐn)慎。只有保證加工工藝的準(zhǔn)確性，才能順利進(jìn)行后續(xù)的裁剪和縫紉工作，提高精度。借助嵌入式控制平臺(tái)，切實(shí)保障實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)服裝行業(yè)從制造向“智能制造”的最終目標(biāo)。

3.7 特征提取

特征提取是將圖像的特征點(diǎn)劃分為不同的特征子集的過程，對圖像識(shí)別的準(zhǔn)確率和速度有重要影響。圖像的基本特征包括顏色、紋理、形狀以及各部分之間的空間關(guān)系，其中空間關(guān)系特征包括圖像中不同識(shí)別對象的相對位置關(guān)系和圖像中每個(gè)對象的絕對位置信息。服裝和人體的要點(diǎn)與部位的識(shí)別是基于特征提取的，在織物組織結(jié)構(gòu)識(shí)別中，提取組織點(diǎn)的顏色和紋理特征，然后計(jì)算提取的特征向量，有助于實(shí)現(xiàn)對組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)分類和自動(dòng)識(shí)別。

3.8 圖像分割

特征提取是將圖像的特征點(diǎn)劃分為不同特征部分的過程，對圖像識(shí)別的準(zhǔn)確率和速度有顯著影響。對于其他識(shí)別目的，圖像分割可以作為圖像識(shí)別的初步任務(wù)，例如先在雜亂的背景上分割衣服，然后再進(jìn)行進(jìn)一步的識(shí)別以提高準(zhǔn)確率。人體檢測、自動(dòng)識(shí)別和服裝分割方法包括基于閾值、基于邊緣的檢測和基于區(qū)域的圖像分割。目前，人們提出了數(shù)千種利用各種理論模型的分割算法，一般來說，在對圖像進(jìn)行分割時(shí)，僅用一種方法很難得到理想的分割結(jié)果，因此必須對上述方法的組合進(jìn)行修改，構(gòu)建多級切分系統(tǒng)，以獲得最佳切分結(jié)果。

3.9 圖像匹配

圖像匹配是指在從不同視角獲得的圖像中識(shí)別與物體相同或相似的區(qū)域。最常用的匹配方法是模板匹配和模式識(shí)別，模板匹配的形式比較簡單，基本上很難解決變形圖像的識(shí)別，因?yàn)閳D像像素是進(jìn)行逐一比較的。模式識(shí)別可用于圖像搜索和分類，是人工智能進(jìn)步的基石，可以對與其他圖像高度不同的相似圖像進(jìn)行分類。當(dāng)今的一些模式識(shí)別算法也可以進(jìn)行圖像理解和描述，這可以通過距離測量學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)。建立多標(biāo)簽距離測量訓(xùn)練模型，然后將該模型應(yīng)用于獲取的特征以獲得新的距離測量值。然后結(jié)合服裝照片的客觀風(fēng)格文字描述信息，將多視點(diǎn)學(xué)習(xí)特征集進(jìn)行多標(biāo)簽分類，得到多主觀服裝風(fēng)格的識(shí)別結(jié)果。

4 結(jié)束語

在服裝生產(chǎn)的領(lǐng)域中，智能服裝生產(chǎn)技術(shù)在其應(yīng)用中發(fā)揮著非常重要的作用，不僅可以實(shí)現(xiàn)服裝行業(yè)的快速發(fā)展，還可以大大提高服裝行業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。但是，在中國機(jī)器識(shí)別生產(chǎn)的服裝智能化生產(chǎn)中，智能生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)還缺乏經(jīng)驗(yàn)，所以必須不斷學(xué)習(xí)和借鑒發(fā)達(dá)國家機(jī)器識(shí)別生產(chǎn)的服裝智能化生產(chǎn)的發(fā)展優(yōu)勢。再與國內(nèi)的工業(yè)智能化技術(shù)發(fā)展情況相結(jié)合，以此加大相關(guān)方面的研究與創(chuàng)新力度。對于服裝行業(yè)智能化的建設(shè)方案，能夠讓服裝行業(yè)通過智能化的建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行發(fā)展，本篇文章說明了需要構(gòu)建智能化的服裝生產(chǎn)車間，通過改革原有的生產(chǎn)模式、對新型生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)、企業(yè)各部門的共同配合并引進(jìn)相關(guān)的專業(yè)人才，才能夠保證智能化車間穩(wěn)定的運(yùn)行。