CN105628603B - 织物折皱分析设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及织物测试技术领域，公开了一种织物折皱分析设备和织物折皱分析方法。织物分析方法包括如下步骤：将织物绕于滚筒上；所述滚筒绕自身轴线旋转并带动所述织物旋转；折皱机构压迫所述织物并形成折皱表面；摄像机构采集所述折皱表面在所述滚筒侧边沿的图像，并向处理机构发送图像信号；所述处理机构根据所述图像信号生成所述折皱表面的三维图形；从所述三维图形中提取所述织物的特征参数，并得出测试结果。采用了该织物折皱分析方法的织物折皱分析设备不但可以得出织物折皱的三维图像模型，而且具有低成本的优势。

Description

织物折皱分析设备

技术领域

本发明涉及织物测试技术领域，特别涉及一种织物折皱分析设备和织物折皱分析方法。

背景技术

在日常生活中，构成衣料的织物在使用过程中常会受到外力作用。这些外力可能在织物表面产生不规则的皱痕、起拱等形变。这些形变不仅有损织物外观，而且会显著降低织物的耐用性。并且在这些形变中，有些是可自然回复的，更有些是无法回复的。

由于上好的织物通常需要具有良好的抗皱性与变形回复能力，因此织物的折皱回复性能是考核织物质量的重要指标之一。

现有且通行的织物折皱回复性能评价多采用外观法。所谓外观法，就是在标准大气压条件下，用标准的压皱装置给待测试织物施加预定的压力，并保持一段时间，然后重新在标准大气条件下调湿待测试织物，将待测试织物与三维参考样照对比，评定待测织物外观。

通常，外观法的评定过程通过三名经过培训的观察者单独对每块待测织物进行评级，并根据观察者的个人经验选出与待测织物最为接近的三维塑料样卡，最后计算每块织物每个观测结果的平均值。

这一方法由于依赖人工评定，不但对评测环境要求较高，而且因人为因素存在巨大的实验误差。

此外，在美国标准和我国国标中，折皱恢复性也可用测量弹性恢复角的方法评定。然而，这种方法属于间接评价，不够直观，难以评定折皱的综合情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种织物折皱分析方法和织物折皱分析设备，采用了该织物折皱分析方法的织物折皱分析设备不但可以得出织物折皱的三维图像模型，而且具有低成本的优势。

为了解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种织物折皱分析设备，包括滚筒和折皱机构，织物绕于滚筒上，滚筒能够绕自身轴线旋转并带动织物旋转，折皱机构压迫织物并形成折皱表面。此外，织物折皱分析设备还包括摄像机构和与摄像机构通信连接的处理机构，摄像机构的拍摄范围覆盖滚筒侧面的至少一个边沿。摄像机构根据采集到的折皱表面在滚筒侧边沿的图像，向处理机构发送图像信号。处理机构根据图像信号生成折皱表面的三维图形。

随着计算机技术和图像分析技术的发展，在纺织领域利用机器视觉和数字图像处理技术，可直接获取实物纱线的外观图像信息。而计算机图像处理技术可以直观地对图像进行变换，提取特征信息，从而获得测试结果。这种方法不依赖人工评定，干扰因素较小，处理速度快，成本较低，具有良好的重复性，因此用于分析评定织物的折皱性能有很大的优势。而在本发明的实施方式中，通过将织物绕于滚筒上，并使滚筒绕自身轴线旋转，摄像机构在拍摄时仅需获得滚筒侧面边沿的图像即可重建折皱表面的三维图形。相比传统的图像扫描技术而言，本发明的实施方式无需设置多个相机同步扫描即可获得三维图形，因此减少了相机的数量，大幅度节约了设备成本。另外，在本发明的实施方式中，通过将织物设置在滚筒上，使得织物可以在同一个设备内自动化地完成折皱化和检测两步操作，避免了分别完成操作时，在转移织物的过程中污染织物的表面情况。

作为优选，摄像机构包括摄像头和导杆，导杆在长度方向上的延长线与滚筒的侧边沿相切。摄像头安装于导杆上且摄像头能够在导杆的长度方向上移动。可在导杆长度方向进行位置调整的摄像头可以更方便地根据织物的尺寸和表面测试情况调整焦距和拍摄范围，更加方便，泛用性更强。

进一步地，作为优选，摄像机构还包括取景动力源，取景动力源能够带动摄像头在导杆上运动，取景动力源与处理机构通信连接。利用处理机构电控制摄像头的运动，在操作时无人工介入，因此可以使得测试在完全隔离的条件下进行，有效防止外界影响。

作为优选，织物折皱分析设备还包括背光源，背光源正对摄像头设置，滚筒位于摄像头和背光源之间。利用背光源可以提高折皱表面在摄像头所获取的图像的对比度，使图像更加清晰。

作为优选，折皱机构还包括与处理机构通信连接的滚动动力源，滚动动力源与滚筒传动连接，处理机构还用于控制滚动动力源带动滚筒转动。滚筒的自动滚动也可以使得设备更加自动化。

作为优选，折皱机构包括两个分别套于滚筒轴向上的两端的压板，其中，至少有一个压板为可动压板，可动压板能够沿滚筒的轴向运动并与另一个压板共同压迫织物。利用可动压板可以压迫织物并形成有效的折皱，其原理简单，成本低廉。

进一步地，作为优选，两个压板都为可动压板，且两个可动压板能够分别从滚筒的两端向滚筒的中部运动，并相会于滚筒的中部。由于织物具有方向性，对于织物而言，从双向压迫织物相对于单向压迫而言能够更好地表征织物的表面，因此所得的检测效果更具参考价值。

另外，作为优选，折皱机构还包括压迫动力源和传动组件，传动组件分别连接压迫动力源和可动压板，压迫动力源通过传动组件驱动可动压板沿滚筒的轴向运动。利用压迫动力源可以实现对可动压板的通信控制，提高***的自动化水平。

进一步地，作为优选，压迫动力源可以为电机，传动组件包括与电机传动连接的丝杠，丝杠与滚筒的轴线平行设置，可动压板安装于丝杠上。电机带动丝杠旋转，可动压板在丝杠的带动下沿滚筒的轴向运动。利用电机和丝杠的传动组合可以灵活地控制可动压板的运动，其成本低廉，可实现性好。

显然，作为优选，压迫动力源也可以为气杆，传动组件包括与电机传动连接的连接杆，可动压板与连接杆连接。气杆带动连接杆旋转，可动压板在连接杆的带动下沿滚筒的轴向运动。利用直线运动的气杆带动连接杆运动，无需转变运动方向，因此使用过程中机械能损耗更低，设备的稳定性更好。

更进一步地，作为优选，可动压板包括与织物接触的第一板形件、与传动组件连接的第二板形件以及设于第一板形件和第二板形件之间的压力传感器，压力传感器与处理机构通信连接，压力传感器根据检测到的第一板形件对第二板形件的压力向处理机构发送压力信号。利用压力传感器可以获得从第一板形件反馈回的压力，从而可以定量控制可动压板的压力。并且，相对于在可动压环的外表面直接设置压力点而言，由于板形件对压力的分散和均匀作用，检测各板形件之间的压力作用所获得的测试结构更精确。

本发明的实施方式还提供了一种织物折皱分析方法，并包括如下步骤：

将织物绕于滚筒上；

滚筒绕自身轴线旋转并带动织物旋转；

折皱机构压迫织物并形成折皱表面；

摄像机构采集折皱表面在滚筒侧边沿的图像，并向处理机构发送图像信号；

处理机构根据图像信号生成折皱表面的三维图形；

从三维图形中提取所述织物的特征参数，并得出测试结果。

由于摄像机构在拍摄时仅需获得滚筒侧面边沿的图像即可重建折皱表面的三维图形，而根据这一三维图形，处理机构可以直接获取所需的特征参数，例如褶皱角度，褶皱高度，褶皱数量，褶皱面积等等，因此具有更好的评判效率。相比传统的图像扫描技术而言，本发明的实施方式无需设置多个相机同步扫描即可获得三维图形，因此减少了相机的数量，大幅度节约了设备成本。

作为优选，在处理机构根据图像信号生成折皱表面的三维图形的步骤中，处理机构根据图像信号利用以下几种计算方法中的任意一种得出摄像机构所采集的每一帧图像的折皱表面的高度坐标，并根据高度坐标生成三维模型；

第一种计算方法，包含直方图分析、图象分割、高度提取步骤，具体说来：

直方图分析：设待测织物在滚筒侧边沿的图像满足f(x,y),f(x,y)∈[0,255]，它的直方图为h(i),i∈[0,255]，由于滚筒侧边沿的图像中存在两个物体的图像，也就是背景和待测织物投影，他们的灰度分布接近高斯分布。分别获取这两个物体图像的灰度分布，并通过最小二乘法，拟合得到两个分布的均值和方差：(u₁,σ₁),(u₂,σ₂)；

图象分割：根据背景和待测织物的灰度分布，设定阈值式中，λ为经验系数，对t进行二值化处理，得到：

高度提取：由于图象中象素值为0的区域为待测织物，扫描图象并得到象素为255的区域和象素为0的区域的边界轮廓线，确定边界轮廓线上每一点的坐标，其中沿垂直边界方向的坐标即为高度坐标。

上述各式中，x为像素点的横坐标、y为像素点的纵坐标、f(x,y)为像素点的值、h(i)为像素点值为i的像素数、t为阈值，λ为经验系数、u₁为背景的灰度分布均值，u₂为待测织物的灰度分布均值，σ₁为背景的灰度分布方差；σ₂为待测织物的灰度分布方差；

第二种计算方法，包含边缘检测和高度提取步骤，具体说来：

边缘检测：利用边缘检测算法计算出边界轮廓线，其中，边缘检测算法可以是Marr边缘检测方法，Sobel算子,Robert算子或拉普拉斯算子等；

高度提取：扫描图象，根据检测出来的边界轮廓线，确定边界轮廓线上每一点的坐标，其中沿垂直边界方向的坐标为高度坐标；

第三种计算方法，包含诺顿变换和高度提取步骤，具体说来：

诺顿变换：由于灰度的累积跟待测织物的厚度成线性关系，根据图象在垂直方向的投影求和(即垂直方向上的诺顿变换)，得到图象在垂直方向上的灰度分布；

高度提取：由于灰度的累积跟待测织物的厚度成线性关系，将灰度除以预设的比例系数，得到高度坐标。

附图说明

图1是本发明第一实施方式织物折皱分析设备的示意图；

图2是本发明第一实施方式织物折皱分析设备的模块框图；

图3是本发明第二实施方式织物折皱分析设备的示意图；

图4是本发明第四实施方式织物折皱分析设备可动压板所在部分的局部示意图；

附图标记说明：

1、滚筒；2、摄像头；3、导杆；4、背光源；5、压板；51、第一板形件；52、第二板形件；53、弹簧；6、丝杠；7连接杆；8、气杆。

具体实施方式

实施方式一

本发明的第一实施方式提供了一种织物折皱分析设备，参见图1和图2结合所示，包括滚筒1和折皱机构，织物绕于滚筒1上，滚筒1能够绕自身轴线旋转并带动织物旋转，折皱机构压迫织物并形成折皱表面。此外，织物折皱分析设备还包括摄像机构和与摄像机构通信连接的处理机构，摄像机构的拍摄范围覆盖滚筒1侧面的至少一个边沿。摄像机构根据采集到的折皱表面在滚筒1侧边沿的图像，向处理机构发送图像信号。处理机构根据图像信号生成折皱表面的三维图形。

其中，摄像机构包括摄像头2和导杆3，导杆3在长度方向上的延长线与滚筒1的侧边沿相切。摄像头2安装于导杆3上且摄像头2能够在导杆3的长度方向上移动。可在导杆3长度方向进行位置调整的摄像头2可以更方便地根据织物的尺寸和表面测试情况调整焦距和拍摄范围，更加方便，泛用性更强。当然，摄像头2也可以固定设置，这并不影响本发明的发明目的的实现。此外，摄像机构还包括取景动力源，取景动力源能够带动摄像头2在导杆3上运动，取景动力源与处理机构通信连接。利用处理机构电控制摄像头2的运动，在操作时无人工介入，因此可以使得测试在完全隔离的条件下进行，有效防止外界影响。当然，采用人工操作也并不影响本发明的发明目的的实现。

在本实施方式中，织物折皱分析设备还包括背光源4，背光源4正对摄像头2设置，滚筒1位于摄像头2和背光源4之间。利用背光源4可以提高折皱表面在摄像头2所获取的图像的对比度，使图像更加清晰。进一步地，还可以将背光源4通信连接至处理机构，实现对织物折皱分析设备的自动化控制。值得一提的是，背光源4可以选用面光源，并以方形或环形光源为佳。面光源相对于点光源的发光更加柔和，在正对摄像头2时不容易形成光晕。

在本实施方式中，折皱机构还包括与处理机构通信连接的滚动动力源，电机与滚动动力源传动连接，处理机构还用于控制电机带动滚筒1转动。滚筒1的自动滚动也可以使得设备更加自动化。

在本实施方式中，折皱机构包括两个分别套于滚筒1轴向上的两端的压板5，其中，有一个压板5为可动压板5，可动压板5能够沿滚筒1的轴向运动并与另一个压板5共同压迫织物。利用可动压板5可以压迫织物并形成有效的折皱，其原理简单，成本低廉。值得一提的是，压板5的形状可以是多种，只要压板5的内圈为圆形，可以套在滚筒1上即可。在本实施方式中作为示例，选用了环形的压板5。环形压板5相对而言材料需求量最小，重量也最轻。

另外，在本实施方式中，折皱机构还包括压迫动力源和传动组件，传动组件分别连接压迫动力源和可动压板5，压迫动力源通过传动组件驱动可动压板5沿滚筒1的轴向运动。利用压迫动力源可以实现对可动压板5的通信控制，提高***的自动化水平。

具体而言，在本实施方式中，压迫动力源可以为电机，传动组件包括与电机传动连接的丝杠6，丝杠6与滚筒1的轴线平行设置，可动压板5安装于丝杠6上。电机带动丝杠6旋转，可动压板5在丝杠6的带动下沿滚筒1的轴向运动。利用电机和丝杠6的传动组合可以灵活地控制可动压板5的运动，其成本低廉，可实现性好。参见图1所示，对称设置的两根丝杠6可以使得压板5的运动更加稳定，增强设备的可靠性。

在实际的过程中，首先将织物绕在滚筒1上，通过导杆3调整好摄像头2的位置，以使得摄像头2拍摄时能够清晰而完整地覆盖滚筒1侧面的至少一个边沿。然后，令可动压板5在压迫动力源的作用下沿滚筒1的轴向运动，压迫织物，保持一段时间后复位，就可以获得织物的折皱表面。在滚筒1带动织物旋转的同时，摄像头2即可对织物进行连续拍摄。处理机构将这些拍摄下来的照片拟合处理，得到织物表面的三维图像。

随着计算机技术和图像分析技术的发展，在纺织领域利用机器视觉和数字图像处理技术，可直接获取实物纱线的外观图像信息。而计算机图像处理技术可以直观地对图像进行变换，提取特征信息，从而获得测试结果。这种方法不依赖人工评定，干扰因素较小，处理速度快，成本较低，具有良好的重复性，因此用于分析评定织物的折皱性能有很大的优势。而在本实施方式中，通过将织物绕于滚筒1上，并使滚筒1绕自身轴线旋转，摄像机构在拍摄时仅需获得滚筒1侧面边沿的图像即可重建折皱表面的三维图形。相比传统的图像扫描技术而言，本实施方式无需设置多个相机同步扫描即可获得三维图形，因此减少了相机的数量，大幅度节约了设备成本。另外，在本发明的实施方式中，通过将织物设置在滚筒1上，使得织物可以在同一个设备内自动化地完成折皱化和检测两步操作，避免了分别完成操作时，在转移织物的过程中污染织物的表面情况。

实施方式二

本发明的第二实施方式提供了一种织物折皱分析设备，第二实施方式与第一实施方式有所不同，主要不同之处在于，在本发明的第一实施方式中，压迫动力源为电机；而在本发明的第二实施方式中，参见图3所示，压迫动力源为气杆8，此时，传动组件包括与电机传动连接的连接杆7，可动压板5与连接杆7连接。气杆8带动连接杆7旋转，可动压板5在连接杆7的带动下沿滚筒1的轴向运动。利用直线运动的气杆8带动连接杆7运动，无需转变运动方向，因此使用过程中机械能损耗更低，设备的稳定性更好。

此外，由于采用丝杠6时，丝杠6通常设置为与滚动的轴线平行。此时，丝杠6有可能对往滚动上缠绕织物的操作形成阻碍。而采用气杆8时，可以将气杆8和传动杆隐藏在设备的背部或外壳上预留的空间内，从而提供更好的设备体验。

实施方式三

本发明的第三实施方式提供了一种织物折皱分析设备，第三实施方式是第一实施方式和第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的前两个实施方式中，只有一个压板5为可动压板5，而在本发明的第三实施方式中，两个压板5都为可动压板5。

具体说来，这两个可动压板5能够分别从滚筒1的两端向滚筒1的中部运动，并相会于滚筒1的中部。由于织物自身的编织具有方向性，对于织物而言，从双向压迫织物相对于单向压迫而言能够更好地表征织物表面的抗皱能力，因此所得的检测效果更具参考价值。

值得一提的是，两个可动压板5可以通过两个旋转方向相反的丝杠6实现，也可以通过在两个可动压板5上分别连接独立的气杆8来实现。具体的实现方式有多种，因此在本文中不再予以赘述。当然，进一步而言，还可以在两个可动压板5之间设置防撞机构。更进一步的改进和优化方案也不再赘述。

实施方式四

本发明的第四实施方式提供了一种织物折皱分析设备，第四实施方式是第一、第二、第三实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第四个实施方式中，参见图4所示，可动压板5包括与织物接触的第一板形件51、与传动组件连接的第二板形件52以及设于第一板形件51和第二板形件52之间的压力传感器，压力传感器与处理机构通信连接，压力传感器根据检测到的第一板形件51对第二板形件52的压力向处理机构发送压力信号。利用压力传感器可以获得从第一板形件51反馈回的压力，从而可以定量控制可动压板5的压力。并且，相对于在可动压环的外表面直接设置压力点而言，由于板形件对压力的分散和均匀作用，检测各板形件之间的压力作用所获得的测试结构更精确。

进一步地，在本实施方式中，还可以在两个板形件之间设置弹簧53，将可动压板5与织物的接触由刚性接触化为弹性接触，从而适应某些特殊情况下的测试要求。

实施方式五

本发明的第五实施方式提供了一种织物折皱分析方法，包括如下步骤：

将织物绕于滚筒1上；

滚筒1绕自身轴线旋转并带动织物旋转；

折皱机构压迫织物并形成折皱表面；

摄像机构采集折皱表面在滚筒1侧边沿的图像，并向处理机构发送图像信号；

处理机构根据图像信号生成折皱表面的三维图形；

从三维图形中提取所述织物的特征参数，并得出测试结果。

由于摄像机构在拍摄时仅需获得滚筒1侧面边沿的图像即可重建折皱表面的三维图形，而根据这一三维图形，处理机构可以直接获取所需的特征参数，例如褶皱角度，褶皱高度，褶皱数量，褶皱面积，折痕回复角等等，因此具有更好的评判效率。相比传统的图像扫描技术而言，本发明的实施方式无需设置多个相机同步扫描即可获得三维图形，因此减少了相机的数量，大幅度节约了设备成本。

在本实施方式中，在处理机构根据图像信号生成折皱表面的三维图形的步骤中，处理机构根据图像信号利用以下几种计算方法中的任意一种得出摄像机构所采集的每一帧图像的折皱表面的高度坐标，并根据高度坐标生成三维模型；

第一种计算方法，包含直方图分析、图象分割、高度提取步骤，具体说来：

直方图分析：设待测织物在滚筒1侧边沿的图像满足f(x,y),f(x,y)∈[0,255]，它的直方图为h(i),i∈[0,255]，由于滚筒1侧边沿的图像中存在两个物体的图像，也就是背景和待测织物投影，他们的灰度分布接近高斯分布。分别获取这两个物体图像的灰度分布，并通过最小二乘法，拟合得到两个分布的均值和方差：(u₁,σ₁),(u₂,σ₂)；

图象分割：根据背景和待测织物的灰度分布，设定阈值式中，λ为经验系数，对t进行二值化处理，得到：

高度提取：由于图象中象素值为0的区域为待测织物，扫描图象并得到象素为255的区域和象素为0的区域的边界轮廓线，确定边界轮廓线上每一点的坐标，其中沿垂直边界方向的坐标即为高度坐标。

上述各式中，x为像素点的横坐标、y为像素点的纵坐标、f(x,y)为像素点的值、h(i)为像素点值为i的像素数、t为阈值，λ为经验系数、u₁为背景的灰度分布均值，u₂为待测织物的灰度分布均值，σ₁为背景的灰度分布方差；σ₂为待测织物的灰度分布方差；

第二种计算方法，包含边缘检测和高度提取步骤，具体说来：

边缘检测：利用边缘检测算法计算出边界轮廓线，其中，边缘检测算法可以是Marr边缘检测方法，Sobel算子,Robert算子或拉普拉斯算子等；

高度提取：扫描图象，根据检测出来的边界轮廓线，确定边界轮廓线上每一点的坐标，其中沿垂直边界方向的坐标为高度坐标；

第三种计算方法，包含诺顿变换和高度提取步骤，具体说来：

诺顿变换：由于灰度的累积跟待测织物的厚度成线性关系，根据图象在垂直方向的投影求和(即垂直方向上的诺顿变换)，得到图象在垂直方向上的灰度分布；

高度提取：由于灰度的累积跟待测织物的厚度成线性关系，将灰度除以预设的比例系数，得到高度坐标。

Claims (7)

1.一种织物折皱分析设备，其特征在于：包括滚筒和折皱机构，所述织物绕于所述滚筒上，所述滚筒能够绕自身轴线旋转并带动所述织物旋转，所述折皱机构压迫所述织物并形成折皱表面；

所述织物折皱分析设备还包括摄像机构和与所述摄像机构通信连接的处理机构，所述摄像机构的拍摄范围覆盖所述滚筒侧面的至少一个边沿；

所述摄像机构根据采集到的所述折皱表面在所述滚筒侧边沿的图像，向所述处理机构发送图像信号；所述处理机构根据所述图像信号生成所述折皱表面的三维图形；

所述折皱机构包括两个分别套于所述滚筒轴向上的两端的压板，其中，至少有一个压板为可动压板，所述可动压板能够沿所述滚筒的轴向运动并与另一个压板共同压迫所述织物。

2.根据权利要求1所述的织物折皱分析设备，其特征在于：所述摄像机构包括摄像头和导杆，所述导杆在长度方向上的延长线与所述滚筒的侧边沿相切；

所述摄像头安装于所述导杆上且所述摄像头能够在所述导杆的长度方向上移动；

所述织物折皱分析设备还包括背光源，所述背光源正对所述摄像头设置，所述滚筒位于所述摄像头和所述背光源之间。

3.根据权利要求1所述的织物折皱分析设备，其特征在于：两个压板都为可动压板，且两个可动压板能够分别从所述滚筒的两端向所述滚筒的中部运动，并相会于所述滚筒的中部。

4.根据权利要求1所述的织物折皱分析设备，其特征在于：所述折皱机构还包括压迫动力源和传动组件，所述传动组件分别连接所述压迫动力源和所述可动压板，所述压迫动力源通过所述传动组件驱动所述可动压板沿所述滚筒的轴向运动。

5.根据权利要求4所述的织物折皱分析设备，其特征在于：所述压迫动力源为电机，所述传动组件包括与所述电机传动连接的丝杠，所述丝杠与所述滚筒的轴线平行设置，所述可动压板安装于所述丝杠上；

所述电机带动所述丝杠旋转，所述可动压板在所述丝杠的带动下沿所述滚筒的轴向运动。

6.根据权利要求5所述的织物折皱分析设备，其特征在于：所述压迫动力源为气杆，所述传动组件包括与所述电机传动连接的连接杆，所述可动压板与连接杆连接；

所述气杆带动所述连接杆运动，所述可动压板在所述连接杆的带动下沿所述滚筒的轴向运动。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的织物折皱分析设备，其特征在于：所述可动压板包括与所述织物接触的第一板形件、与所述传动组件连接的第二板形件以及设于所述第一板形件和第二板形件之间的压力传感器，所述压力传感器与所述处理机构通信连接，所述压力传感器根据检测到的第一板形件对所述第二板形件的压力向所述处理机构发送压力信号。