织物起毛起球分析设备和织物起毛起球分析方法

摘要

本发明涉及织物测试技术领域，公开了一种织物起毛起球分析设备和织物起毛起球分析方法。织物起毛起球分析方法包括如下步骤：将织物装设于回转带上；第一滚筒绕自身轴线旋转并带动回转带运动，直到织物正对于起毛起球机构；起毛起球机构摩擦织物并形成起毛起球表面；第一滚筒继续绕自身轴线旋转并带动回转带运动；摄像机构采集起毛起球表面在回转带任意一端的外侧边沿的图像，并向处理机构发送图像信号；处理机构根据图像信号生成起毛起球表面的三维图形；从三维图形中提取所述织物的特征参数，并得出测试结果。采用了该织物起毛起球分析方法的织物起毛起球分析设备可以低成本地得出织物起毛起球的三维图像模型，并计算出检测结果。

说明书

技术领域

本发明涉及织物测试技术领域，特别涉及一种织物起毛起球分析设备 和织物起毛起球分析方法。

背景技术

在日常生活中，构成衣料的织物在穿着与洗涤过程中会不断经受摩 擦，。这些摩擦可能导致织物表面起毛起球。这不仅有损织物外观，而且 会显著降低织物的耐用性。

如何评价织物的起毛起球性能是纺织品检验领域的一项重要内容。现 有的织物起毛起球的试验方法很多，其设计原理一般都是模拟织物实际使 用时起毛起球的过程。织物起毛起球性评定的方法主要靠人工计算、用肉 眼比较单位面积上的毛球数量和毛球质量。这种评定方法十分，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。

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性能有很大的优势。因此，国内 外的一些学者已开始尝试用图像处理技术评估起毛起球性能。由于评估性 能时需要重构织物起毛起球表面的三维图形，而采用传统的设备扫描并获 得三维图像模型时，通常需要多个极高分辨率的摄像头在多角度进行复杂 的运作才能得到令人满意的精度，成本高昂，这使得这类设备仅能存在于 实验室中，而无法大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种织物起毛起球分析方法和织物起毛起球 分析设备，采用了该织物起毛起球分析方法的织物起毛起球分析设备可以 低成本地得出织物起球的三维图像模型。

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起毛起球 分析设备，包括织物运动机构、起毛起球机构、摄像机构和与摄像机构通 信连接的处理机构，其中：织物运动机构包括平行设置的第一滚筒、第二 滚筒以及两端分别绕于第一滚筒和第二滚筒的回转带，第一滚筒能够沿自 身轴线旋转并带动回转带作回转运动。起毛起球机构正对于回转带的平面 部位设置，织物设于回转带上，起毛起球机构摩擦织物，形成起毛起球表 面。另外，织物起毛起球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回转带任意一端的外侧边沿。其中， 摄像机构根据采集到的起毛起球表面在外侧边沿的图像，向处理机构发送 图像信号；处理机构根据图像信号生成起毛起球表面的三维图形。

在本发明的实施方式中，通过将织物设置在回转带上，使得织物可以 在同一个设备内同时完成起毛起球和检测两步操作，因此避免了分别完成 操作时，在转移织物的过程中污染织物的表面情况。此外，本发明的实施 方式的织物在从第一滚筒或第二滚筒的所在位置经过时，由于各滚筒绕自 身轴线旋转，摄像机构在拍摄时仅需获得织物在回转带任意一端的外侧边 沿的图像即可重建起毛起球表面的三维图形。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。此外，通过在三维图形中 提取织物的特征参数，就可以直接得出测试结果，因此本发明的实施方式 还大幅度地提高了织物起毛起球测试的测试客观性和测试效率。

作为优选，起毛起球机构包括若干个打磨头和磨头运动组件。打磨头 安装于磨头运动组件上，打磨头与回转带之间能够相对地靠近或远离运动； 打磨头接触织物时，打磨头还能够在磨头运动组件的带动下往复摩擦织物 的表面。利用磨头运动组件实现了打磨头的自动化运动，解放了操作人员 的双手，提高了生产力。

进一步地，作为优选，磨头运动组件包括定位板驱动器和定位板，打 磨头安装在定位板上，定位板驱动器能够带动定位板往复运动。将打磨头 安装在定位板上，可以使得这些打磨头跟随定位板整体运动，简化了打磨 头运动的动力来源需求，降低了设备成本。

更进一步地，作为优选，定位板驱动器包括第一电机和与第一电机连 接的偏心轮轴，第一电机通过偏心轮轴带动定位板相对织物表面作圆周运 动。利用偏心轮轴可以将电机轴的自转运动转化为定位板的圆周运动，而 通过计算和设计打磨头的尺寸和间隔，可以使得这一圆周运动下的打磨头 能够得以全面覆盖织物表面的所需打磨区域，获得良好的模拟织物老化效 果。

更进一步地，作为优选，打磨头通过轴承连接于定位板上，打磨头能 够以自身轴线为旋转轴自由旋转。在定位板做圆周运动时，打磨头以定位 板所做运动的圆心为旋转中心公转。在此基础上，当打磨头通过轴承连接 于定位板上且能够自由旋转时，在打磨头公转的同时由于其近圆心端和远 圆心端的线速度不同将导致其受到一个切向的摩擦力，这一摩擦力将使打 磨头自转。而自转的打磨头则具有更好的起毛起球效果。

更进一步地，作为优选，磨头运动组件还包括设于定位板上的第二电 机和与第二电机的电机轴传动连接的若干条传动带。传动带与打磨头的数 量相等，且各条传动皮带与各打磨头一一对应连接，第二电机能够通过传 动带带动打磨头以自身轴线为旋转轴旋转。相对于打磨头在摩擦力的作用 下被动旋转的运转方式而言，利用电机主动旋转的打磨头的起毛起球过程 更加可控，能够满足更多样化的测试要求。

另外，作为优选，织物运动机构还包括第一支撑轴、第二支撑轴和支 撑动力源，第一滚筒通过轴承套于第一支撑轴上，第二滚筒通过轴承套于 第二支撑轴上，第一支撑轴与第二支撑轴连接，形成滚筒支撑件。支撑动 力源与滚动支撑件传动连接，支撑动力源能够带动滚筒支撑件在靠近或远 离起毛起球机构的方向运动，并令织物与起毛起球机构接触。由于起毛起 球机构需要设计一套能够摩擦织物的动力部件，相对于在其上增设令其主 动与织物接触的额外的动力部件而言，这一利用支撑动力源与滚筒支撑件 使得织物主动与起毛起球机构相对运动接触的方案更加简单而容易实现。 稳定性也更好。

另外，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 延长线与回转带任意一端的外侧边沿相切。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。

此外，作为优选，织物起毛起球分析设备还包括背光源，背光源正对 摄像头设置，回转带位于摄像头和背光源之间。利用背光源可以提高起毛 起球表面在摄像头所获取的图像的对比度，使图像更加清晰。

本发明的实施方式还提供了一种织物起毛起球分析方法，并包括如下 步骤：

将织物装设于回转带上；

第一滚筒绕自身轴线旋转并带动回转带运动，直到织物正对于起毛起 球机构；

起毛起球机构摩擦织物并形成起毛起球表面；

第一滚筒继续绕自身轴线旋转并带动回转带运动；

摄像机构采集起毛起球表面在回转带任意一端的外侧边沿的图像，并 向处理机构发送图像信号；

处理机构根据图像信号生成起毛起球表面的三维图形；

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织物在回转带任意一端的外侧边沿 的图像即可重建起毛起球表面的三维图形，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，例如单位面积毛球数量、浮长、起毛量、 起毛长度、毛羽数量、毛绒数量等等，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起毛起球表面的三维图形的 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起毛起球表面的高度坐标，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：

$f(x,y)=\left(\begin{array}{cc}0& f(x,y)<t\\ 255& f(x,y)>t\end{array}\right);$

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起毛起球分析设备的示意图；

图2是本发明第一实施方式织物起毛起球分析设备的模块框图；

图3是本发明第一实施方式一种定位板驱动器的原理示意图；

图4是本发明第二实施方式一种打磨头主动自转的原理示意图；

图5是本发明第三实施方式织物运动机构的示意图。

附图标记说明：

1、织物运动机构：11、第一滚筒；12、第二滚筒；13、回转带；14、 第一支撑轴；15、第二支撑轴；16、支撑动力源；

2、起毛起球机构：21、打磨头；22、定位板；23、第一电机；24、 偏心轮轴；25、第二电机；26、传动带；27、轴承；

3、摄像机构：：31、摄像头；32、导杆；

4、背光源。

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起毛起球分析设备，参见图1 和图2结合所示，一种织物起毛起球分析设备，包括织物运动机构、起毛 起球机构、摄像机构和与摄像机构通信连接的处理机构，其中，织物运动 机构包括平行设置的第一滚筒、第二滚筒以及两端分别绕于第一滚筒和第 二滚筒的回转带，第一滚筒能够沿自身轴线旋转并带动回转带作回转运动。 第二滚筒可以是从动的，也可以是主动的，这并不影响本发明的技术目标 的实现。此外，起毛起球机构正对于回转带的平面部位设置，织物设于回 转带上，起毛起球机构摩擦织物，形成起毛起球表面。另外，织物起毛起 球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 的拍摄范围覆盖回转带任意一端的外侧边沿。其中，摄像机构根据采集到 的起毛起球表面在外侧边沿的图像，向处理机构发送图像信号；处理机构 根据图像信号生成起毛起球表面的三维图形。

其中，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回 转带任意一端的外侧边沿相切。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。当然，摄像头也可以固定设置，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。当然，采用人工操作也并不影响本发明的发明 目的的实现。当然，织物运动机构中，第一滚筒也可以设有滚动动力源且 该滚动动力源也可以和处理机构通信连接，从而实现自动化控制。

在本实施方式中，织物起毛起球分析设备还包括背光源，背光源正对 摄像头设置，回转带位于摄像头和背光源之间。利用背光源可以提高起毛 起球表面在摄像头所获取的图像的对比度，使图像更加清晰。进一步地， 还可以将背光源通信连接至处理机构，实现对织物起毛起球分析设备的自 动化控制。值得一提的是，背光源可以选用面光源，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，在正对摄像头时不容易形成 光晕。

在本实施方式中，起毛起球机构包括若干个打磨头和磨头运动组件。 打磨头安装于磨头运动组件上，打磨头与回转带之间能够相对地靠近或远 离运动；打磨头接触织物时，打磨头还能够在磨头运动组件的带动下往复 摩擦织物的表面。利用磨头运动组件实现了打磨头的自动化运动，解放了 操作人员的双手，提高了生产力。当然，起毛起球机构也可以选用其它任 意的能够实现起毛起球效果的结构，例如可以是整体化的打磨面、或者是 不定形状的打磨沙袋等等。

具体而言，在本实施方式中，磨头运动组件包括定位板驱动器和定位 板，打磨头安装在定位板上，定位板驱动器能够带动定位板往复运动。将 打磨头安装在定位板上，可以使得这些打磨头跟随定位板整体运动，简化 了打磨头运动的动力来源需求，降低了设备成本。值得一提的是，打磨头 可以固定安装在板上，也可以可拆卸地安装在固定板上。可拆卸安装的打 磨头可以单独更换，维修维护成本更加低廉。当然，也可以针对每个打磨 头分别设置打磨头的驱动器，这也能够实现本发明的基本目的。

更具体地来说，参见图3所示，定位板驱动器包括第一电机和与第一 电机连接的偏心轮轴，第一电机通过偏心轮轴带动定位板相对织物表面作 圆周运动。利用偏心轮轴可以将电机轴的自转运动转化为定位板的圆周运 动，而通过计算和设计打磨头的尺寸和间隔，可以使得这一圆周运动下的 打磨头能够得以全面覆盖织物表面的所需打磨区域，获得良好的模拟织物 老化效果。当然，利用其他的往复运动机构并应用其它的运动轨迹，也能 够基本满足本实施方式的使用要求。

在实际使用的过程中，首先将织物设置在回转带上，通过导杆调整好 摄像头的位置，以使得摄像头拍摄时能够清晰而完整地覆盖回转带任意一 端的外侧边沿。然后，令回转带运动，直到织物正对起毛起球机构。利用 起毛起球机构摩擦织物一段时间后将形成起毛起球表面。然后令第一滚筒 继续绕自身轴线旋转并带动回转带运动。在回转带带动织物经过摄像头所 摄录的回转带边沿时，摄像头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，即可得到织物表面的三维图像。

值得一提的是，在本实施方式中，可以将打磨头与回转带设计为始终 接触的，使用时，可以将织物设置在回转带背向打磨头的一面上，然后通 过回转带的回转，将织物送到打磨头与回转带之间。当然，也可以令回转 带和打磨头之间可以相对运动，并使得打磨头的初始位置与回转带保持一 定的间距，在需要时再令打磨头与回转带(织物)接触。

与现有技术相比，本实施方式通过将织物设置在回转带上，使得织物 可以在同一个设备内同时完成起毛起球和检测两步操作，因此避免了分别 完成操作时，在转移织物的过程中污染织物的表面情况。此外，本实施方 式的织物在从第一滚筒或第二滚筒的所在位置经过时，由于各滚筒绕自身 轴线旋转，摄像机构在拍摄时仅需获得织物在回转带任意一端的外侧边沿 的图像即可重建起毛起球表面的三维图形。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。此外，通过在三维图形中提取织物的 特征参数，就可以直接得出测试结果，因此本实施方式还大幅度地提高了 织物起毛起球测试的测试客观性和测试效率。

实施方式二

本发明的第二实施方式提供了一种织物起毛起球分析设备，第二实施 方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第二 实施方式中，打磨头通过轴承连接于定位板上，打磨头能够以自身轴线为 旋转轴自由旋转。

在定位板做圆周运动时，打磨头以定位板所做运动的圆心为旋转中心 公转。在此基础上，当打磨头通过轴承连接于定位板上且能够自由旋转时， 在打磨头公转的同时由于其近圆心端和远圆心端的线速度不同将导致其受 到一个切向的摩擦力，这一摩擦力将使打磨头自转。而自转的打磨头则具 有更好的起毛起球效果。

作为本实施方式的进一步改进，参见图4所示。磨头运动组件还包括 设于定位板上的第二电机和与第二电机的电机轴传动连接的若干条传动带。 传动带与打磨头的数量相等，且各条传动皮带与各打磨头一一对应连接， 第二电机能够通过传动带带动打磨头以自身轴线为旋转轴旋转。该传动带 可以是皮带，也可以是链条或其他传动器件。

相对于第二实施方式中，打磨头在摩擦力的作用下被动旋转的运转方 式而言，利用第二电机主动旋转的打磨头的起毛起球过程更加可控，能够 满足更多样化的测试要求。

实施方式三

本发明的第三实施方式提供了一种织物起毛起球分析设备，第三实施 方式是第一、第二的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第三个 实施方式中，参见图5所示，在回转带处设置了令回转带与起毛起球机构 相互靠近或远离的动力部件。

具体而言，在本实施方式中，织物运动机构还包括第一支撑轴、第二 支撑轴和支撑动力源，第一滚筒通过轴承套于第一支撑轴上，第二滚筒通 过轴承套于第二支撑轴上，第一支撑轴与第二支撑轴连接，形成滚筒支撑 件。支撑动力源与滚动支撑件传动连接，支撑动力源能够带动滚筒支撑件 在靠近或远离起毛起球机构的方向运动，并令织物与起毛起球机构接触。 由于起毛起球机构需要设计一套能够摩擦织物的动力部件，相对于在其上 增设令其主动与织物接触的额外的动力部件而言，这一利用支撑动力源与 滚筒支撑件使得织物主动与起毛起球机构相对运动接触的方案更加简单而 容易实现。稳定性也更好。值得一提的是，该支撑动力源可以是气杆，也 可以是第三电机。具体的动力来源形式并不构成本发明实施方式的限定。

实施方式四

本发明的第四实施方式提供了一种织物起毛起球分析方法，包括如下 步骤：

将织物装设于回转带上；

第一滚筒绕自身轴线旋转并带动回转带运动，直到织物正对于起毛起 球机构；

起毛起球机构摩擦织物并形成起毛起球表面；

第一滚筒继续绕自身轴线旋转并带动回转带运动；

摄像机构采集起毛起球表面在回转带任意一端的外侧边沿的图像，并 向处理机构发送图像信号；

处理机构根据图像信号生成起毛起球表面的三维图形；

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织物在回转带任意一端的外侧边沿 的图像即可重建起毛起球表面的三维图形，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起毛起球表面的三维 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起毛起球表面的高度坐标，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：

$f(x,y)=\left(\begin{array}{cc}0& f(x,y)<t\\ 255& f(x,y)>t\end{array}\right);$

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。