[发明专利]一种纱线外观的高速数字化成像装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纱线外观的高速数字化成像装置与方法，属于纺织纱线质量检测方法。

背景技术

在纺织生产和质量检测领域内，涉及纱线的外观质量参数主要包括纱线细度，条干均匀度，毛羽长度，毛羽量等指标。由于纱线的外观信息对评价纱线质量，指导织造工艺，预测织物外观效果具有非常着重要意义，并且纱线的质量决定着织物和服装的外观性能及物理性能，因此，控制纱线的质量是纺织生产中重要环节之一。

因此，对纱线质量的检测日益成为纺织产品质量检测的核心部分。围绕着纱线的质量，国内外纺织行业研究人员开发了大量纱线质量检测仪器。纱线条干均匀度检测方法主要有黑板检测和纱线条干均匀度测试仪。黑板检测的原理是利用摇黑板将纱线均匀缠绕在黑板机上通过目测来检测纱线条干均匀度以及棉结等信息，这种方法有个明显的缺点是易受到人为因素的影响，费事费力。纱线条干均匀度仪的测量方法有两种：电容式测量和光电式测量。电容式测量的原理是让纱线以一定速度从平行板电容器极板间通过，由于纱线不同位置线密度的变化而引起电容的介质变化，进而引起电容量的变化，电容量的变化即反映出纱线的条干不匀程度；光电式测量的原理是将纱线以一定的速度从两路正交的光电检测器内通过，光电传感器将纱线直径信号转化为电信号，电信号的变化即反映出纱线的条干不匀程度。然而，不管是电容式还是光电式条干均匀度仪，都只能得到反映纱线粗细的电容信号或者光电信号等间接量，是不能对纱线中棉结和杂质分别进行定量分析，也不能够直接获得纱线的表面外观或者颜色纹理等更直观的信息。

纱线的毛羽检测主要有目测法、重量法和静电法等方法。目测法有两种，一种是直接对管纱目测对比或将纱线绕在黑板上，拍成照片进行对比；另一种目测法是将毛羽进行定量分级，做好各级毛羽的标准黑板，再将试样与标准黑板对比定级。目测法的特点是直观方便，但存在取样少，效率低的缺点。重量法的原理是取一定长度的纱线，对其烧毛前后的重量进行对比，以确定其毛羽值。这种方法简单，但由于难以控制烧毛条件，所以不能准确的反映纱线毛羽的多少。静电法原理是使纱线匀速通过高压电场，在电场的作用下，毛羽竖起，再利用光电法计数。这种方法虽然效率高，但破坏了毛羽的形态，而且实验仪器构造较复杂，设备昂贵。

随着计算机和图像处理技术的发展，纺织专业邻域内也越来越多地应用计算机技术，采用计算机图像分析和处理技术进行纱线的质量检测。研究人员开始利用光学系统和CCD/CMOS相机来分析纱线的外观，计算出纱线直径和不匀率、毛羽及颜色等外观信息。在文献号为CN100337109C的专利文件“纱线外观质量数字图像分析的方法”中，作者采用摄像机获取纱线外观帧图像，以数字形式输入图像数据分析系统，进行图像模式识别并计算出各项物理指标，从而得到纱线外观质量的动态或静态分析结果。计算机视觉分析系统的主要原理是利用镜头将纱线图像聚焦在CCD相机的感光元件上，发生光电效应，将光学信号我转为模拟信号，并通过图像采集卡采集信号和内置的A/D转换器转换成数字信号被输入计算机，通过计算机中的图像处理软件可以对图像进行去噪、阈值分割等处理，可以提取纱线的毛羽、直径、不匀率、纱疵等信息。运用计算机图像分析和处理技术进行纱线的质量检测，关键在于如何获取清晰可见的纱线外观图像和建立行之有效的数字化图像处理方法。在文献号为CN104297250A的中国专利文献“一种纱线毛羽检测装置”中，作者提出当纱线进行图像捕捉时，在面阵相机前设置放大镜头，并将相机和频闪面光源相对设置在纱线图像采集室的两侧，通过此种方法来提高纱线图像的埃及效率和毛羽检测的效率。

在采集纱线图像的过程中，如果采集的是低速运动的纱线图像，通常选用的都是低速的CCD/CMOS相机，但是这种方法在短时间内无法采集到大量的纱线图像样本，存在取样少的缺点，在后续的纱线质量分析中不能给出准确的质量参数，而要想获得足够多的实验样本，就要付出一定的时间和人力。如果采集的是高速运动的纱线图像，由于低速CCD/CMOS相机快门速度不够快，导致在图像采集时会采集到模糊的图像，即出现所谓的拖尾现象，因此就必须采用高速相机。然而在选用高速CCD/CMOS相机时，首先需要一个特殊的光源来支撑，以确保在相机的快门打开期间，有足够的光进入，顺利实现光电转换。其次在采样过程中，数据的传输速度要足够快，才能做到对高速运动的纱线进行拍摄。所以，要想采集到高速运动的纱线图像，需要花费昂贵的费用。

目前，在纱线外观质量检测领域，要想采集到高速运动状态下纱线的图像，必须使用价格昂贵的高速相机，性价比颇低。

发明内容