CN112272765A - 纺织品亮度测量*** - Google Patents
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Abstract
一种不仅用于测量纺织品样品(106)的反射辐射而且用于测量荧光发射的装置(100)，其包括具有观察窗口(108)的展示子***(102)。辐射子***(114)具有可调辐射源(120)，用于将具有波长范围和强度的所需辐射(122)穿过观察窗口(108)引导朝向样品(106)，从而导致样品(106)产生荧光(124)。感测子***(126)具有成像器(130)，用于捕获像素阵列中的反射辐射和荧光(124)。
Description
技术领域
本发明涉及纺织品特性测量领域。更具体地，本发明涉及用于在线和离线应用的纺织品的亮度(荧光和反射光)特性的测量。
背景技术
纺织品是由纱线制成的机织或针织织物，但它们还包括纤维(天然，人造和混纺)，纱线或由这些组合制成的任何其他产品。最终织物的视觉感受对最终用户非常重要。视觉感受，包括但不限于，图案、颜色和亮度。亮度通常定义为视觉感受的属性，其中光源似乎是在辐射或反射着光。对于纺织品，亮度是反射光和荧光发射的函数。荧光颜料是增加织物亮度的一种方法。荧光材料定义为在吸收了光或其他电磁辐射之后发射通常在比吸收的电磁辐射的波长更长的波长下的光辐射的材料。因此，荧光材料不仅反射入射光，而且还发射更长波长的附加光。特别是如果吸收的电磁辐射在紫外线(UV)范围内并且发射的光是可见的，那么荧光材料看起来更亮。
荧光颜料具有至少三大类：无机荧光剂、光学增白剂和日光荧光剂。它们的主要区别在于它们的化学组成和光学特性，以及它们的应用。例如，无机荧光剂通常被紫外光(UV)到可见光(300-420nm)范围内的光辐射激活，而光学增白剂则在近紫外光(340-400nm)范围内被激活，日光荧光剂在可见光(400-700nm)范围内被激活并发射。
可以通过多种方式赋予纺织品荧光性能，例如，但不限于，(a)在树脂混合物中用荧光材料涂覆织物，(b)在纺纱阶段将荧光材料引入纤维，(c)涂覆纤维，以及(d)用荧光材料进行纺织品整理或家庭洗涤。
荧光颜料的质量和应用是维持、监控和控制纺织过程中最佳形貌性能的重要参数。尽管这些方法已经存在了很多年，但是荧光材料应用的配方和质量控制一直是具有挑战性的，主要是由于缺乏适当的测量仪器和缺乏对荧光材料的了解。
因此，需要一种不仅用于测量反射辐射而且用于测量荧光发射(总亮度)的***，从而至少部分地趋于减少诸如上述的问题。
发明内容
上述和其他需求通过一种用于测量纺织品样品的反射辐射和荧光的设备来满足，该设备包括具有观察窗的展示子***。辐射子***具有可调辐射源，用于将具有波长范围和强度的所需辐射通过观察窗引导向样品，并因此使样品既产生反射辐射，又产生荧光发射。感测子***具有成像器，用于捕获像素阵列中的反射辐射和荧光，其中每个像素记录像素位置处的反射辐射和荧光的强度。控制子***具有处理器，用于控制展示子***、辐射子***和感测子***，并且产生包含关于样品的频谱信息和空间信息的反射辐射和荧光图像。
在根据本发明这个方面的一些实施例中，展示子***还包括用于将样品压在观察窗上的样品压机。在一些实施例中，展示子***还包括校准片，用于响应具有已知特性的辐射而产生具有已知特性的荧光和反射辐射。在一些实施例中，辐射子***还包括光学器件，用于在辐射到达样品之前对来自可调辐射源的辐射进行整形和滤光。在一些实施例中，辐射子***还包括用于检测辐射的特性的检测器。
在一些实施例中，可调辐射源还包括能够产生两个或更多个离散辐射范围的源。在一些实施例中，可调辐射源还包括能够以所需强度产生辐射的辐射源。在一些实施例中，感测子***还包括用于捕获在像素的二维阵列中的反射辐射和荧光的成像器。在一些实施例中，感测子***还包括可变滤光片，用于选择性地禁止部分反射辐射和荧光到达成像器。在一些实施例中，感测子***还包括用于捕获二维像素阵列中的反射辐射的成像器。在某些实施例中，控制子***还包括机器接口，用于从另一个仪器接收命令和向另一个仪器发送信息。在一些实施例中，控制子***还包括人机界面，用于从用户接收命令和向用户发送信息。
在一些实施例中，控制子***还对反射辐射和荧光图像中的图案进行分类，包括由图案中的每个图案分别表示的反射辐射和荧光图像的百分比。在一些实施例中，控制子***还对反射辐射和荧光图像中的图案进行分类，包括图案中的每个图案的朝向，其中该朝向是水平、垂直和无序中的至少一种。
在一些实施例中，控制子***还组合荧光图像和反射光图像。在一些实施例中，控制子***还对组合图像进行分类，包括图案中的每个图案的朝向，其中该朝向是水平、垂直和无序中的至少一种。
根据本发明的另一个方面，描述了一种用于测量纺织品样品的荧光的方法。样品通过展示子***展示在观察窗上，并且将具有波长范围和强度的所需辐射从辐射源引导穿过观察窗朝向样品，从而使样品产生荧光。反射辐射和荧光用感测子***捕获，该感测子***包括在像素阵列中的成像器，其中每个像素记录反射辐射和荧光在像素位置处的强度。处理器使用来控制展示子***、辐射子***和感测子***，并且产生包含关于样品的反射辐射和荧光的频谱信息和空间信息的反射辐射和荧光图像。
根据本发明这个方面的一些实施例包括用压机将样品压在观察窗上。一些实施例包括在辐射到达样品之前用光学器件对来自辐射源的辐射进行整形和滤光。一些实施例包括用检测器检测辐射的特性。一些实施例包括以所需强度产生两个或更多个离散辐射范围。一些实施例包括选择性地禁止部分反射辐射和荧光到达成像器。一些实施例包括对反射辐射和荧光图像中的图案进行分类，包括由图案中的每个图案分别表示的反射辐射和荧光图像的百分比。
附图说明
当结合附图和具体说明考虑时，本发明的其他优点将变得显而易见，所述附图未按比例绘制以更清楚地示出细节，其中在全部的多个视图中相同的附图标记表示相同元件，并且其中：
图1是根据本发明一个实施例的测量设备的功能性方框图。
图2A至图2D是根据本发明各种实施例的用于选择辐射分布(radiation profile)的辐射源波长对比输出水平的图。
图3A是根据本发明一个实施例针对三种不同材料的辐射水平对比荧光水平的荧光图表。
图3B是根据本发明一个实施例针对三个不同辐射波长的辐射水平对比荧光水平的荧光图表。
图3C是根据本发明一个实施例针对三个不同荧光波长的辐射水平对比荧光水平的荧光图表。
图4是根据本发明一个实施例的荧光图案的示例。
具体实施方式
现在参考图1，示出了反射辐射和荧光(总亮度)测量***100，其可以用于离线和在线测量。***100包括样品展示子***102、辐射子***114、感测子***126和控制子***132，每个将在下文更详细地解释。
图1还示出了反射辐射和荧光测量***100的其他方面，其包括要测量的样品材料106、样品压机104、样品窗口108、参考荧光片109、辐射源120、辐射整形和滤光光学器件118、辐射测量辐射计116、可变光学滤光片128、成像器130、信号处理器136、用户接口138和机器接口134，以下将在所有相关子***中对其进行更详细地说明。
样品展示子***
样品展示子***102将样品荧光材料106展示给测量***100。样品106可以是任何形式的纺织品，包括但不限于，纤维、棉条或织物。一些实施例包括两个展示目标。一个是将尽可能多的样品106展示给测量***100，另一个是展示一致的样品角度。一种实现这些目标的方法是通过使用压机104利用恒定的压力将样品106压到样品窗口108上。
样品展示子***102还包括参考荧光片109，其反射辐射和荧光特性是已知的。参考荧光片109的意图是允许测量***100自校准至已知的参考反射辐射和荧光水平。此外，它用作自测，其中测量***100可以自动地检测由于部件故障等引起的故障情况。当***100正在测量样品106时，可以将参考荧光片109与辐射122屏蔽，使得它们不反射/发荧光，或者可以以某种方式将它们产生的反射/荧光与成像器130屏蔽，以便它们不会混淆来自样品106的荧光读数。
辐射子***
辐射子***114负责用辐射122辐射和激发荧光样品106，辐射122具有在成分波长及其相关能量方面的所需分布。特别地，目的在于控制并确保在样品106上的已知辐射122分布(radiation profile)。所需辐射122分布至少部分地取决于样品106的特性和待测量样品106的性能。如下文所述控制所需辐射122特征。辐射122的一些参数包括，但不限于，波长、功率、光束均匀性、和光束角110，其是辐射源120与样品窗口108的平面之间的角度。例如，在一个实施例中，当样品106包含光学增白剂材料时，辐射源120在近紫外(340-400nm)范围内工作，并且光束角110设置为45度，如图1所示。在又另一个实施例中，辐射源120在可见光(400-700nm)范围内工作，并且光束角110设置为45度，如图1所示。
辐射子***114可以包括以不同配置布置的多个辐射源120。例如，在一个实施例中，如图1所示，该配置可以结合两个方向相反的辐射源120。而在另一个实施例中，该配置可以结合四个辐射源120，其中样品106从四个不同的方向辐射。
在一些实施例中，辐射源120可以在***100内移动。例如，在一些实施例中，源120可以被移动以提供辐射122在样品窗口108上的不同入射角。在一些实施例中，可以移动源120，以使它们具有与样品窗口108不同的接近度，或者具有不同的径向角。
辐射源120的示例可以包括，但不限于，发光二极管(LED)、卤素灯、汞蒸气灯、白炽灯、氘灯、荧光灯和氙气灯中的一个或多个。此外，每个辐射源120可以结合一个或多个前述灯。例如，一个实施例可以包括多组可见光和紫外线LED，其中每个LED组以不同的波长工作。在这样的实施例中，每个LED组可以与其他组分开地由处理器136控制。
在一实施例中，样品106用可见光照射，并且在CIELAB色彩空间中对样品106进行色彩测量。以与以下针对所有其他图像所述相同的方式处理样品106的色彩图像。
因此，可以针对给定的荧光应用和测量来定制辐射源120的输出水平和光谱特性，如图2A-图2D所示，其中曲线200描绘了在x轴204上的辐射122波长和在y轴202上的辐射122输出水平。在这些示例中，具有在360nm和380nm下以各种组合和各种强度工作的两组紫外LED。
在图2A的曲线200a中，如光谱212a所示，360nm LED组可以其全部输出水平工作。在图2B的曲线200b中，如光谱212b所示，360nm LED组以50％的输出水平工作。在图2A和图2B中，380nm LED组完全关闭。图2C描绘了示例200c，其中380nm LED组以其全部输出水平工作，但360nm LED组完全关闭。图2D示出了又另一个示例200d，其中两个LED组都以50％的输出水平工作。本文还考虑了波长和输出水平的其他组合。
一个设计目标是在样品窗口108的区域和/或样品106的区域内保持辐射122的均匀性和稳定性。一种方法是使用辐射122整形和滤光光学器件118以将辐射122微调到所需波长范围。并且为了均匀性、方向性和覆盖范围而整形辐射122。在一些实施例中，辐射122通过经由辐射122检测器116的闭环反馈控制来监测和调节。
感测子***
感测子***126负责感测和测量样品106在被辐射时的反射辐射和荧光特性。一个目标是将反射辐射122与发射的荧光信号124进行光谱分离。实现此目标的一种方法是使用可变光学滤光片128。例如，在其中样品106包括光学增白剂的一个实施例中，辐射源120设置为在340-400nm的紫外光谱范围内工作，并且荧光发射124是在420-470nm的光谱范围内。在这种情况下，可变光学滤光片128滤掉在340-400nm范围内的任何光谱信号，并且仅使在420-470nm范围内的辐射通过。可替代地，对于另一种应用，可变光学滤光片128滤掉一个范围并使另一个范围通过，如给定的申请所示。一种实现可变光学滤光片128的方法是将滤光轮与几个带通滤光片结合，其中处理器136控制滤光轮并为给定应用选择合适的带通滤光片。
实际的荧光感测和测量由成像器130执行。成像器130不仅测量荧光发射和反射辐射124的量，而且还测量视场内的荧光发射和反射辐射124的分布和空间特性。在一个实施例中，成像器130可以是在所需荧光发射和反射辐射光谱范围内敏感的焦平面二维阵列设备。在另一个实施例中，成像器130可以是被跨过视场进行扫描以创建二维图像的线扫描阵列。扫描可以通过成像器130的机械运动或通过镜子在固定成像器130上的机械运动来完成。在又另一个实施例中，成像器130可以是高光谱成像设备。不管采用哪种具体成像方法，对给定样品106的测量都包括荧光水平、光谱响应和空间信息。对于本文的其余部分，我们将成像器130的该输出称为荧光图像。
在线感测可以以静态模式或动态模式进行。在静态模式下，将样品106带入样品窗口108上的成像器130的视场中，并停止用于进行测量。在动态模式下，样品106移动经过样品窗口108，并且辐射子***114和感测子***126以与样品移动的速度有关的、足够快的速度进行操作。在离线模式下，样品106可以根据需要手动地放置在样品108上。
控制子***
控制子***132负责***100的控制、处理和接口功能。这在处理器136的控制下完成。控制功能包括，但不限于，以如本文其他地方一般描述的方式控制其他子***的操作。它还通过所选的测量方法处理图像。测量方法的结果传送到用户接口138和/或机器接口134。机器接口134可以包括，但不限于，到纺织机或信息***的电子接口。
测量方法
该测量方法基于对反射辐射和荧光发射图像的处理，该图像可以是一维或二维图像，其中每个像素408(一个图像元素，如图4所示)表示在样品106上的具***置的亮度水平。测量可以包括，但不限于，两个类别，即(a)统计分析和(b)图案分析。
统计分析
第一测量类别基于统计分析，该统计分析提供了亮度水平的基本统计评估，其可以包括(a)平均亮度水平，(b)最小亮度水平及它的位置，(c)最大亮度水平及它的位置，(d)亮度水平的均匀性，以及(e)亮度的图表。
因此，对于用适当的辐射子***114辐射的给定亮度样品106，亮度图像可以表示为：
其中
a(λj)是波长的荧光图像的加权因子，
其中λmin＜λj＜λmax，j＝1，2，...，k，
b(λj)是波长的辉度图像的加权因子，
其中λmin＜λj＜λmax，j＝1，2，...，k，
BI(λj)是样品106在一个或多个波长范围内的亮度图像，其中
λmin＜λj＜λmax，j＝1，2，...，k，
FI(λj)是样品106在一个或多个波长范围内的荧光图像，其中
λmin＜λj＜λmax，j＝1，2，...，k，
LI(λj)是样品106在一个或多个波长范围内的辉度图像，其中
λmin＜λj＜λmax，j＝1，2，...，k，
n是图像在水平方向上的空间点数，
m是图像在垂直方向上的空间点数，以及
ixy是在x和y坐标位置处的样品在波长λj的能级。
样品106的亮度水平的统计评估可以计算为：
其中
Avg(λj)是样品106在单个波长范围或多个波长范围内的总体亮度水平，其中λmin＜λj＜λmax，i＝1，2，...，n，
Min(λj)是样品106在单个波长范围或多个波长范围内的最小亮度水平，其中λmin＜λj＜λmax，i＝1，2，...，n，
Max(λj)是样品106在单个波长范围或多个波长范围内的最大亮度水平，其中λmin＜λj＜λmax，i＝1，2，...，n，
Unif(λj)是样品106在单个波长或多个波长范围内的亮度水平的均匀性，其中λmin＜λj＜λmax，i＝1，2，...，n，
n是图像在水平方向上的空间点数，
m是图像在垂直方向上的空间点数，以及
ixy是在x和y坐标位置处的样品106在波长λj处的组合入射辐射和荧光发射水平。
我们还定义了术语荧光图表，其将样品106的发射荧光水平展示给不同的辐射122参数和入射。荧光图表的目的是使得能够更容易且更好地表征样品106的荧光。这在荧光颜料工艺的配制期间也可能是有益的。
如前所述，辐射子***114可以由处理器136控制以用于不同的辐射122水平和光谱特性。此外，感测子***126也可以由处理器136控制，用于对发射的荧光信号124进行光谱感测。
图3A-图3C描绘了各种样品106a-106c如何对各种辐射122水平作出反应的示例。该特征量化了针对给定荧光应用要求的最佳辐射122水平。
图3A描绘了示例300a，其中三个不同的荧光颜料样品106a-106c暴露于变化的辐射122水平，并绘制为每个样品106a-106c在y轴302上的荧光水平对比在x轴304上的辐射122水平。这使得能够定量比较和选择用于给定应用的荧光颜料的最佳样品。
图3B示出了示例300b，其中荧光颜料的一个样品106暴露于具有不同光谱特性的三个不同辐射306、308和310。图3C示出了示例300c，其中荧光颜料的一个样品106暴露于具有不同光谱特性的一种辐射下，并在三个波长312、314和316处产生荧光。基于该应用，这些图表可以帮助理解和选择最佳的辐射源和发射输出。
图案分析
第二种测量类别是基于图案分析，图案信息一旦被发现，图案分析就会提供。统计分析和图案分析之间的主要区别在于包含空间信息。在图案分析中，考虑图像中所有像素之间的位置和关系，而在统计分析中，不考虑空间信息。
图案分析可以包括(a)在荧光图像中找到的图案数量，(b)在荧光图像中所有图案的总面积，(c)所有图案的平均大小，(d)具有水平方向的图案的百分比；(e)具有垂直方向的图案的百分比，以及(f)具有无规则或随机方向的图案的百分比。
我们定义图案集：
P(λj)＝{p1，p2，.....，pl}, (6)
其中P(λj)是一组荧光图案p1至pl，它们存在于单个或多个波长范围内的荧光图像FI(λj)中，其中λmin＜λj＜λmax,j＝1,2,...,k。
每个图案p1包含在具有聚类要求的聚类中的一组像素ixy。聚类要求可能因应用不同而变化。一个示例是当所有相邻ixy具有比静态或动态计算的阈值大的值时。
在图4的图案图400中示出了荧光图案402、404和406的示例。在该示例中，具有三个荧光图案402、404和406，其中每个图案402、404和406具有如图所示的不同朝向和尺寸。例如，图案402是基本水平的图案，而图案404是基本垂直的图案。图案406是非垂直或随机的图案。
除了对图案402、404和406的朝向进行分类之外，还计算每个图案402、404和406的尺寸。在所示的示例400中，图案402为总视场的大约5.2％，图案404为总视场的大约2.1％，并且图案406为总视场的大约11.2％。
因此，本文所述的装置和方法的各种实施例通过在高度可选择的辐射122分布处提供荧光数据，并在样品106的二维图像中提供荧光数据，从而提供了对纺织品荧光的更彻底的分析，还提供本文所述的其他好处。
为了描述和说明的目的，已经给出了本发明的优选实施例的上述描述。不希望穷举或把本发明限制为所公开的精确形式。根据上述教导，显而易见的修正或变化是可能的。选择和描述的实施例用于提供对本发明的原理和其实际应用的最佳说明，从而使得本领域普通技术人员能够在各种实施例中使用本发明，伴有适于所构思的特定使用的各种修正。当所附权利要求被公平、合法和公正地赋予的范围来解释时，所有的这种修正和变化都在所附权利要求确定的本发明的范围之内。
Claims (21)
1.一种用于测量纺织品样品(106)的反射辐射和荧光的装置(100)，该装置(100)包括：
展示子***(102)，其包括观察窗口(108)，
辐射子***(114)，其包括可调辐射源(120)，用于将具有波长范围和强度的所需辐射(122)穿过观察窗口(108)引导朝向样品(106)并使样品(106)产生荧光(124)，
感测子***(126)，其包括成像器(130)，用于捕获像素(408)阵列中的反射辐射和荧光(124)，其中每个像素(408)记录在像素位置处的荧光(124)的强度，以及
控制子***(132)，其包括处理器(136)，用于控制展示子***(102)、辐射子***(114)和感测子***(126)，以及用于产生包含关于样品(106)的反射辐射和荧光(124)的光谱信息和空间信息两者的反射辐射和荧光图像(400)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述展示子***(102)还包括用于将所述样品(106)压在所述观察窗口(108)上的压机(104)。
3.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述展示子***(102)还包括校准片(109)，用于，响应于具有已知特性的辐射(122)，产生具有已知特性的反射辐射和荧光(124)。
4.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述辐射子***(114)还包括光学器件(118)，用于在所述辐射(122)到达所述样品(106)之前对来自所述可调辐射源(120)的辐射(122)进行整形和滤光。
5.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述辐射子***(114)还包括用于检测所述辐射(122)的特性的检测器(116)。
6.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述可调辐射源(120)还包括能够产生两个或更多个离散辐射范围的源。
7.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述可调辐射源(120)还包括能够以所需强度产生辐射(122)的辐射源。
8.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述辐射源(120)还包括能够产生两个或更多个离散辐射范围、并且进一步能够以不同的所需强度独立地产生所述两个或更多个辐射范围中的每一个的源。
9.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述感测子***(126)还包括成像器(130)，用于捕获像素(408)的二维阵列中的反射辐射和荧光(124)。
10.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述感测子***(126)还包括可变滤光片(128)，用于选择性地禁止部分所述反射辐射和荧光(124)到达所述成像器(130)。
11.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述控制子***(126)还包括机器接口(134)，用于从另一仪器接收命令并和向另一仪器发送信息。
12.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述控制子***(132)还包括人机界面(138)，用于从用户接收命令和向用户发送信息。
13.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述控制子***(132)配置为对所述反射辐射和荧光图像(400)中的图案(402，404，406)进行分类，包括由图案(402，404，406)中的每一个分别表示的反射辐射和荧光图像(400)的百分比。
14.根据前述权利要求任意一项所述的装置，其中所述控制子***(132)配置为对所述反射辐射和荧光图像(400)中的图案(402，404，406)进行分类，包括图案(402，404，406)中每一个的朝向，其中所述朝向是水平、垂直和无序方向中的至少一种。
15.一种用于测量纺织品样品(106)的荧光(124)的方法，该方法包括以下步骤：
用展示子***(102)将样品(106)展示在观察窗口(108)上，
将具有波长范围和强度的所需辐射(122)从辐射源(120)穿过观察窗口(108)引导朝向样品(106)，从而使所述样品(106)产生荧光(124)，
用包括像素(408)阵列中的成像器(130)的感测子***(126)捕获反射辐射和荧光(124)，其中每个像素(408)记录在像素位置处的反射辐射和荧光(124)的强度，以及
使用处理器(136)，控制展示子***(102)、辐射子***(114)和感测子***(126)，并产生包含与样品(106)的反射辐射和荧光(124)有关的光谱信息和空间信息的反射辐射和荧光图像(400)。
16.如权利要求15所述的方法，还包括用压机(104)将样品(106)压在观察窗口(108)上。
17.根据权利要求15或16所述的方法，还包括在所述辐射(122)到达所述样品(106)之前用光学器件(118)对来自所述辐射源(120)的辐射(122)进行整形和滤光。
18.根据权利要求15至17中任意一项所述的方法，还包括利用检测器(116)检测所述辐射(122)的特性。
19.根据权利要求15至18中任意一项所述的方法，还包括以所需强度产生两个或更多个离散的辐射范围。
20.根据权利要求15至19中任意一项所述的方法，还包括选择性地禁止部分反射辐射和荧光(124)到达所述成像器(130)。
21.根据权利要求15至20中任意一项所述的方法，还包括对所述反射辐射和荧光图像(400)中的图案(402、404、406)进行分类，包括由图案(402，404，406)中的每一个分别表示的反射辐射和荧光图像(400)的百分比。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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