專利名稱：雙面掃描織物和紗線分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套基于雙面數(shù)字圖像掃描技術(shù)和數(shù)字彩色圖像處理技術(shù)的織物和紗線分析系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)織物結(jié)構(gòu)與織物品質(zhì)性能有極為密切的關(guān)系，它不僅影響織物的強(qiáng)力、耐磨性能和堅(jiān)牢度，也與織物風(fēng)格、手感有關(guān)，因此，對(duì)織物結(jié)構(gòu)的測(cè)試和分析是一項(xiàng)十分有研究?jī)r(jià)值的課題。但傳統(tǒng)的機(jī)織物結(jié)構(gòu)測(cè)試和分析方法是人工檢測(cè)，利用放大鏡或帶有標(biāo)尺的織物密度分析鏡來完成，分析過程單調(diào)乏味，而且存在不可避免的人為誤差。隨著勞動(dòng)力成本的增加和行業(yè)的自動(dòng)化程度提升，自動(dòng)化智能化識(shí)別織物組織結(jié)構(gòu)成為一項(xiàng)緊迫而具有市場(chǎng)前景的研究課題。
織物內(nèi)紗線的顏色也是織物設(shè)計(jì)加工的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)于顏色的分析目前主要基于光譜測(cè)色儀和顏色模板對(duì)照的方法，光譜測(cè)色儀是面測(cè)量而且只能測(cè)量單一顏色，而織物內(nèi)紗線的顏色配置并不局限于單一顏色有時(shí)多種顏色混合配置形成獨(dú)特的紋理設(shè)計(jì)效果；在這種情況下，如果采用光譜測(cè)量的方式，紗線顏色的測(cè)量將無法實(shí)現(xiàn)；基于掃描儀的方式進(jìn)行顏色測(cè)量已經(jīng)有學(xué)者在這方面做過研究，但依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)色板對(duì)掃描儀進(jìn)行顏色校準(zhǔn)通常分為兩步進(jìn)行，需要采集兩幅照片，一幅為標(biāo)準(zhǔn)色板的圖片，一幅為測(cè)量對(duì)象的圖片，而在采集這兩幅圖片的時(shí)候，不能夠保證兩幅圖片的光照環(huán)境完全一致，從而導(dǎo)致測(cè)量上的系統(tǒng)誤差。
紗線直徑和均勻度的測(cè)量也是織物的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，傳統(tǒng)的投影繪圖測(cè)量，操作繁瑣而且測(cè)量精度低。運(yùn)用圖像分析技術(shù)對(duì)紗線的直徑進(jìn)行測(cè)量，具有速度快，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量重復(fù)性高，數(shù)字化客觀化等優(yōu)點(diǎn)，因此成為未來的測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種完整的織物結(jié)構(gòu)和顏色雙面數(shù)字圖像分析方法，用于測(cè)量和識(shí)別織物的組織類型，經(jīng)緯密度，紗線顏色，以及紗線的直徑和其均勻度。在本發(fā)明中，我們嘗試一種適用于從織物內(nèi)抽取出的單根紗線的數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)，此技術(shù)一方面可以兼容獨(dú)立的紗線直徑分析，另一方也可以適合仍保持屈曲形態(tài)的紗線直徑分析。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析方法的硬件部分包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)；一臺(tái)用于織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析的平板式彩色掃描儀；一套用于將待測(cè)試樣夾持固定在所述平板式彩色掃描儀的掃描平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)樣品圖像的雙面對(duì)位掃描的磁性平板式布樣夾持裝置；軟件部分包括四個(gè)用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密度、紗線顏色、紗線直徑和均勻度的算法模塊，每一個(gè)模塊包括圖像掃描、圖像分析、數(shù)據(jù)輸出三個(gè)步驟織物識(shí)別模塊的功能用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)，即識(shí)別經(jīng)緯紗線的交織結(jié)構(gòu)和紗線的顏色排列方式，包括兩個(gè)算法結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化模型和頻率域模型；經(jīng)緯密度模塊的功能是測(cè)量紗線在經(jīng)緯兩個(gè)方向上的排列密度，包括一個(gè)算法結(jié)構(gòu)移動(dòng)匹配頻率模型，步驟包括圖像的定位裁減和匹配，紗線邊緣的提取，單面圖像的快速傅立葉變換，對(duì)映經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的識(shí)別和提取，圖像的單相位和半相位平移，平移后圖像的快速傅立葉變換，對(duì)映經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)，經(jīng)緯紗線的密度計(jì)算；紗線的顏色分析模塊的功能是測(cè)量紗線的顏色信息，包括兩個(gè)步驟顏色校準(zhǔn)和顏色測(cè)量，該方法將標(biāo)準(zhǔn)的色板排列在試樣的四周，可以通過同一幅圖像完成上述兩個(gè)步驟，保證了顏色測(cè)量的一致性；紗線直徑和均勻度模塊的功能是測(cè)量紗線的直徑以及其均勻度，步驟包括紗線圖像的采集，紗線圖像的分割，紗線中心軸的確定，沿紗線中心軸逐點(diǎn)測(cè)量，紗線直徑的平均值和離散值計(jì)算；
所述四個(gè)分析和測(cè)試算法模塊被安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)，用于織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析的平板式彩色掃描儀與該計(jì)算機(jī)相連，共同構(gòu)成織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析系統(tǒng)，通過磁性平板式布樣夾持裝置將待測(cè)試樣夾持固定在所述平板式彩色掃描儀的掃描平臺(tái)上，通過對(duì)樣品進(jìn)行雙面對(duì)位掃描、將掃描圖像依次傳到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行四個(gè)分析測(cè)試模塊的計(jì)算和分析，最后完成數(shù)據(jù)輸出，其主要的測(cè)試流程包括試樣夾持，雙面圖像掃描，正反圖像對(duì)位，圖像分析與特征提取，結(jié)果輸出。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能識(shí)別技術(shù)和顏色電子測(cè)量技術(shù)的趨于成熟，為自動(dòng)識(shí)別機(jī)織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)和測(cè)量紗線顏色提供了可靠的科學(xué)手段。本發(fā)明主要基于雙面數(shù)字圖像掃描和分析技術(shù)，運(yùn)用快速傅立葉變換，網(wǎng)格化模型，基于標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色校準(zhǔn)和測(cè)量，紗線骨骼化中心軸提取和內(nèi)接圓測(cè)量技術(shù)分別對(duì)紗線的交織狀態(tài)，紗線排列密度，色紗的排列模式和色彩，紗線直徑進(jìn)行分析和測(cè)量，建立了一個(gè)數(shù)字化，客觀化，標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量分析系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)織物分析的快速逆向反應(yīng)系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1 磁性平板式雙面布樣夾持裝置的示意2 布樣夾持裝置在掃描系統(tǒng)的示意3 上夾持平板的示意4 下夾持平板的示意5 顏色模板的排列示意6 織物網(wǎng)格模型示意7 織物雙面采集圖像的融合效果。左織物的正面圖像，右織物的反面圖像，中正反面圖像的融合圖8 基于模板匹配的經(jīng)紗檢測(cè)示意9 基于模板的紗線檢測(cè)(經(jīng)紗)以及基于直方圖的紗線定位圖10 網(wǎng)格初始化結(jié)果11 織物網(wǎng)格模型基于梯度的調(diào)整結(jié)果圖12 基于邊線強(qiáng)度的交叉點(diǎn)分類方法圖13 交叉點(diǎn)分類及利用鄰接信息糾錯(cuò)的結(jié)果14 織物組織及顏色提取的結(jié)果15 由織物組織和顏色提取結(jié)果模擬而成的織物圖像圖16 理想情況下織物Fourier頻譜中能量最大最大特征角的分布圖17 實(shí)際情況下織物Fourier頻譜中能量最大最大特征角的分布圖18 利用不同輸入信息的Fourier頻譜判斷織物密度的結(jié)果(以經(jīng)紗為例)圖中，白色箭頭所指為能量最強(qiáng)點(diǎn)，黑色箭頭所指為(經(jīng)紗)密度點(diǎn)圖19 ColorCheckerTM通用24色標(biāo)準(zhǔn)色板圖20 利用不同背景色板對(duì)不同顏色紗線采樣圖21 自坐向右分別為紗線采樣圖像，紗線體育背景分割圖像，紗線體幾何形態(tài)的中心軸表示具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)的硬件部分包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)；一臺(tái)用于織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析的平板式彩色掃描儀；一套用于將待測(cè)試樣夾持固定在所述平板式彩色掃描儀的掃描平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)樣品圖像的雙面對(duì)位掃描的磁性平板式布樣夾持裝置；軟件部分包括四個(gè)用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密度、紗線顏色、紗線直徑和均勻度的算法模塊，每一個(gè)模塊包括圖像掃描、圖像分析、數(shù)據(jù)輸出三個(gè)步驟織物識(shí)別模塊的功能用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)，即識(shí)別經(jīng)緯紗線的交織結(jié)構(gòu)和紗線的顏色排列方式，包括兩個(gè)算法結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化模型和頻率域模型；經(jīng)緯密度模塊的功能是測(cè)量紗線在經(jīng)緯兩個(gè)方向上的排列密度，包括一個(gè)算法結(jié)構(gòu)移動(dòng)匹配頻率模型，步驟包括圖像的定位裁減和匹配，紗線邊緣的提取，單面圖像的快速傅立葉變換，對(duì)映經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的識(shí)別和提取，圖像的單相位和半相位平移，平移后圖像的快速傅立葉變換，對(duì)映經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)，經(jīng)緯紗線的密度計(jì)算；紗線的顏色分析模塊的功能是測(cè)量紗線的顏色信息，包括兩個(gè)步驟顏色校準(zhǔn)和顏色測(cè)量，該方法將標(biāo)準(zhǔn)的色板排列在試樣的四周，可以通過同一幅圖像完成上述兩個(gè)步驟，保證了顏色測(cè)量的一致性；紗線直徑和均勻度模塊的功能是測(cè)量紗線的直徑以及其均勻度，步驟包括紗線圖像的采集，紗線圖像的分割，紗線中心軸的確定，沿紗線中心軸逐點(diǎn)測(cè)量，紗線直徑的平均值和離散值計(jì)算；所述四個(gè)分析和測(cè)試算法模塊被安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)，用于織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析的平板式彩色掃描儀與該計(jì)算機(jī)相連，共同構(gòu)成織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析系統(tǒng)，通過磁性平板式布樣夾持裝置將待測(cè)試樣夾持固定在所述平板式彩色掃描儀的掃描平臺(tái)上，通過對(duì)樣品進(jìn)行雙面對(duì)位掃描、將掃描圖像依次傳到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行四個(gè)分析測(cè)試模塊的計(jì)算和分析，最后完成數(shù)據(jù)輸出，其主要的測(cè)試流程包括試樣夾持，雙面圖像掃描，正反圖像對(duì)位，圖像分析與特征提取，結(jié)果輸出。
本分析方法主要基于雙面數(shù)字圖像掃描和分析技術(shù)，運(yùn)用快速傅立葉變換，網(wǎng)格化模型，基于標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色校準(zhǔn)和測(cè)量，紗線骨骼化中心軸提取和內(nèi)接圓測(cè)量技術(shù)分別對(duì)紗線的交織狀態(tài)，紗線排列密度，色紗的排列模式和色彩，紗線直徑進(jìn)行分析和測(cè)量，建立了一個(gè)數(shù)字化，客觀化，標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量分析系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)織物分析的快速逆向反應(yīng)系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
請(qǐng)參閱附圖2，此系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件部分主要包括一種磁性平板式布樣夾持裝置，一臺(tái)平板式彩色掃描儀；軟件部分主要包括四個(gè)算法模塊(一)織物識(shí)別模塊，(二)經(jīng)緯密度分析模塊，(三)紗線顏色分析模塊，(四)紗線直徑和均勻度測(cè)試模塊；主要的測(cè)試流程包括試樣夾持，雙面圖像掃描，正反圖像對(duì)位，圖像分析與特征提取，結(jié)果輸出；其中圖像分析主要采用了快速傅立葉變換，網(wǎng)格化模型，基于標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色校準(zhǔn)和測(cè)量，紗線骨骼化中心軸提取和內(nèi)接圓測(cè)量技術(shù)分別對(duì)紗線的交織狀態(tài)，紗線排列密度，色紗的排列模式和色彩，紗線直徑進(jìn)行分析和測(cè)量。
所述磁性平板式布樣夾持裝置主要包括一對(duì)夾持平板，該夾持平板可為正方形，夾持平板之間通過旋轉(zhuǎn)軸連接定位，上下夾持平板可繞軸芯旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)180度開合；所述的上夾持平板在四個(gè)正方形頂點(diǎn)位置鑲嵌定位磁鐵，依靠磁鐵的磁力實(shí)現(xiàn)上下平板對(duì)試樣的夾持；所述的夾持平板在中心位置有一方形的玻璃窗口，數(shù)碼掃描系統(tǒng)采集對(duì)應(yīng)窗口內(nèi)的織物部分的圖像；所述的上下夾持平板各有四個(gè)定位參考點(diǎn)，定位點(diǎn)的排列方式、個(gè)數(shù)、形狀、顏色可根據(jù)實(shí)際的圖像識(shí)別算法來設(shè)計(jì)；其中上夾持平板與下夾持平板的每個(gè)對(duì)應(yīng)參考點(diǎn)垂直對(duì)位，以保證在掃描織物正反兩面的圖像時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確對(duì)位。
所述的夾持平板在采集窗口的四周，規(guī)則排列方格型的顏色模塊，該顏色模塊鑲嵌在平板內(nèi)，顏色模塊的表面和平板的表面平齊。該顏色模塊的數(shù)目和色彩按照國(guó)際顏色標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)提供的標(biāo)準(zhǔn)色板來設(shè)計(jì)，其色彩數(shù)目一般不少于16種。
所述磁性平板式布樣夾持裝置
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一對(duì)夾持平板1和2，夾持平板可為正方形，夾持平板之1和2間通過旋轉(zhuǎn)軸5連接定位，上下夾持平板1和2可繞軸芯旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)180度開合；如圖1、2所示，夾持平板1和2在四個(gè)正方形頂點(diǎn)位置鑲嵌定位磁鐵6，依靠磁鐵的磁力實(shí)現(xiàn)上下平板1和2對(duì)試樣8的夾持。
所述的夾持平板1和2在中心位置有一方形的玻璃窗口4，數(shù)碼掃描系統(tǒng)7采集對(duì)應(yīng)窗口內(nèi)的織物部分8的圖像，并將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10。
所述的上下夾持平板1和2各有四個(gè)定位參考點(diǎn)3，定位點(diǎn)3的排列方式，個(gè)數(shù)，形狀，顏色可根據(jù)實(shí)際的圖像識(shí)別算法來設(shè)計(jì)；其中上夾持平板1與下夾持平板2的每個(gè)對(duì)應(yīng)參考點(diǎn)垂直對(duì)位，以保證在掃描織物正反兩面的圖像時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確對(duì)位，如圖3和4所示。
如上所述的夾持平板1和2在采集窗口4的四周，規(guī)則排列方格型的顏色模塊221，顏色模塊221鑲嵌在平板1和2的外側(cè)表面，顏色模塊221的表面和平板1和2的表面平齊。顏色模塊221的數(shù)目和色彩按照國(guó)際顏色標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)提供的標(biāo)準(zhǔn)色板來設(shè)計(jì)，其色彩數(shù)目一般不少于16種，如圖5所示。
(一)織物識(shí)別模塊該模塊是基于傅立葉變換的織物組織識(shí)別方法，其主要的模型架構(gòu)和算法包括1)建立標(biāo)準(zhǔn)的織物空間結(jié)構(gòu)模型織物內(nèi)紗線的截面形態(tài)選用較為一般的橢圓型截面作為紗線的截面形態(tài)，織物組織每根紗線在織物內(nèi)的屈曲形態(tài)，可看作由經(jīng)緯交叉區(qū)域與非交叉區(qū)域兩個(gè)部位的屈曲形態(tài)所構(gòu)成；織物內(nèi)部，經(jīng)緯交叉區(qū)域紗線呈近似正弦曲線狀。根據(jù)紗線的屈曲模型，沿經(jīng)向(或緯向)繪出織物表面的地形圖，或根據(jù)經(jīng)緯組織點(diǎn)在空間的規(guī)律性，可以清晰的看出織物表面的周期性。通過對(duì)各個(gè)方向上織物表面起伏波紋線的周期性分析，可以得到經(jīng)緯紗的密度以及織物的組織類型，這是利用付氏變換研究織物表面紋理的物理背景。
織物的表面規(guī)則分布著許多組織點(diǎn)，組織點(diǎn)在某一方向上順序連接形成規(guī)則的組織線，組織線與組織線平行排列形成條紋，本文定義這些條紋為起伏波紋。構(gòu)成起伏波紋的組織點(diǎn)分為兩類一類是組織點(diǎn)的間隔小于一個(gè)組織循環(huán)；另一類是組織點(diǎn)的間隔大于一個(gè)組織循環(huán)。由于在實(shí)際織物表面第一類起伏波紋視覺效果比第二類起伏波紋明顯，因此圖象分析主要針對(duì)第一類起伏波紋。描述起伏波紋的指標(biāo)為波長(zhǎng)λ和取向角θ。
不同的組織起伏波紋的個(gè)數(shù)也不同，起伏波紋數(shù)等于在一個(gè)組織循環(huán)內(nèi)單個(gè)組織點(diǎn)和相鄰組織點(diǎn)的位置模式的數(shù)目m加上2(水平和垂直兩波紋)。對(duì)確定的組織結(jié)構(gòu)，它內(nèi)部組織點(diǎn)的位置模式的數(shù)目是確定唯一的。
2)建立標(biāo)準(zhǔn)的織物頻譜模型頻譜是分析處理規(guī)則性圖像信號(hào)的重要手段。通過二維付立葉變換技術(shù)，可得到圖像對(duì)應(yīng)的二維頻譜圖，從而方便地提取圖像的空間頻率信息?？椢飯D像反映了織物的表面形態(tài)，它在經(jīng)向和緯向上，具有周期性變化的灰度分布，包含經(jīng)緯紗排列的密度信息，這是利用付立葉變換技術(shù)的物理背景。
空間域與頻率域的對(duì)應(yīng)關(guān)系可根據(jù)頻率和周期的關(guān)系來確定，x，y為空間域的坐標(biāo)分量，u，v為對(duì)應(yīng)頻率域的頻率分量。(u1，v1)，(u2，v2)為經(jīng)緯紗對(duì)應(yīng)的空間頻率點(diǎn)，d1，d2為理想狀態(tài)下的經(jīng)緯紗的間距，即經(jīng)緯紗的周期?？梢酝瞥鰀1＝N/u1，d2＝N/v1，式中，N為圖象的采樣點(diǎn)數(shù)。
織物在不同的方向形成不同的起伏波紋，每一起伏波紋在傅立葉變換后都會(huì)有相應(yīng)的頻率點(diǎn)，頻率點(diǎn)在頻譜圖中的位置與起伏波紋的周期有關(guān)，因此只要將相應(yīng)的頻率點(diǎn)的位置確定，起伏波紋的周期即可得到。所以基于起伏波紋的頻率點(diǎn)可以建立織物組織的頻譜模型。
基于網(wǎng)格模型的織物組織識(shí)別方法，主要的模型架構(gòu)和算法包括(1)正反面圖像的對(duì)位匹配，(2)正反面圖像的網(wǎng)格初始化，(3)正反面圖像的網(wǎng)格自適應(yīng)匹配，圖像的邊緣提取，(4)交織類型識(shí)別，(5)組織點(diǎn)糾錯(cuò)與顏色分析。
前面已經(jīng)講到，在所述織物識(shí)別模塊的兩個(gè)算法結(jié)構(gòu)中包括網(wǎng)格化模型和頻率域模型織物網(wǎng)格模型。
織物的空間結(jié)構(gòu)是由經(jīng)紗和緯紗相互交織形成，一般來說，經(jīng)紗和緯紗的方向近似于水平和垂直兩個(gè)方向，織物的這種二維交叉結(jié)構(gòu)可以通過建立織物結(jié)構(gòu)模型來表達(dá)，這個(gè)模型就是織物的網(wǎng)格模型。
織物模型應(yīng)該表達(dá)兩類信息，一類是普通信息，一類是個(gè)體信息。普通信息是織物的組織結(jié)構(gòu)和顏色結(jié)構(gòu)，這些信息通用于同類的所有織物。個(gè)體信息則是針對(duì)某個(gè)織物的樣本而言，記錄織物樣本中紗線的幾何形狀，變形，系度變化等等，這類個(gè)體信息在每個(gè)樣本中都存在很大的差異。
一個(gè)完整的織物網(wǎng)格模型包括2方面的數(shù)據(jù)，分別是顏色數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。其中結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)又分為普通數(shù)據(jù)和個(gè)體數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)于上面提到的普通信息和個(gè)體信息。
網(wǎng)格模型顏色數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于一個(gè)稱為調(diào)色板的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。調(diào)色板紀(jì)錄存在于該織物中的所有顏色的參數(shù)，包括顏色sRGB參數(shù)，CIELA*B*參數(shù)等。調(diào)色板的存儲(chǔ)也可以根據(jù)不同的應(yīng)用加以擴(kuò)展，比方說可以存儲(chǔ)采樣光照參數(shù)。表1給出了一個(gè)包括5種顏色的紗線的調(diào)色板數(shù)據(jù)。
織物網(wǎng)格模型的主體是一個(gè)2維的平面網(wǎng)格，這個(gè)網(wǎng)格用來存儲(chǔ)織物的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。網(wǎng)格由行和列構(gòu)成，他們分別應(yīng)于織物的緯紗和經(jīng)紗，而且是一一對(duì)應(yīng)，即織物中的每一條紗線在網(wǎng)格模型中都有相應(yīng)的一行或者一列與之對(duì)應(yīng)。如圖6所示緯紗Wj和經(jīng)紗Wi分別對(duì)應(yīng)于網(wǎng)格模型中的行Rowj和列Columni。紗線模型中的每一條行或者列分別由一系列連續(xù)的網(wǎng)格元素構(gòu)成，每個(gè)網(wǎng)格元素對(duì)應(yīng)于織物中的一小段紗線，例如模型中的元素Eji對(duì)應(yīng)于紗線中的Sji段。這樣，通過紗線與行/列以及紗線段與網(wǎng)格元素的對(duì)應(yīng)，一個(gè)織物樣本可以與一個(gè)網(wǎng)格模型建立對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)。
表15種顏色的紗線的調(diào)色板數(shù)據(jù)網(wǎng)格元素是網(wǎng)格模型的基本單位，所有相應(yīng)織物的結(jié)構(gòu)信息都通過存儲(chǔ)在網(wǎng)格元素中的數(shù)據(jù)來體現(xiàn)。在表2中，我們給出了一個(gè)基本的網(wǎng)格元素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要包括4方面的信息1)網(wǎng)格元素的類型(Type)和構(gòu)造類型(PatternType)。網(wǎng)格元素的類型分為兩種，分別是交叉點(diǎn)和非交叉點(diǎn)。從圖6中可以看出，紗線段有兩種類型，一種紗線段是經(jīng)紗和緯紗的交叉點(diǎn)，例如圖6中的Sji；一種是非交叉點(diǎn)的獨(dú)立的紗線段，這些紗線段不與任何其他紗線存在交叉重疊，例如圖6中的Sj-3，i。相應(yīng)的，網(wǎng)格的元素也分為交叉點(diǎn)元素和非交叉點(diǎn)元素兩種，其類型由對(duì)應(yīng)的紗線段的類型決定?？椢锏臉?gòu)造信息主要通過紗線在交叉點(diǎn)的相互位置來表達(dá)的。所以如果某網(wǎng)格元素的類型是交叉點(diǎn)，則對(duì)應(yīng)在紗線交叉點(diǎn)的構(gòu)造類型也需要記錄下來。交叉點(diǎn)的構(gòu)造類型根據(jù)紗線在交叉點(diǎn)的相互位置分為兩種，一種是緯紗在織物正面，一種是經(jīng)紗在織物正面。
2)網(wǎng)格元素的幾何形狀信息。如上所述，織物的個(gè)體信息主要包括紗線的幾何信息，例如扭曲，系度變化等。而在網(wǎng)格模型中，一條紗線又由若干連接的網(wǎng)格元素表示，所以通過紀(jì)錄網(wǎng)格元素對(duì)應(yīng)的紗線段的幾何形狀信息，就可以存儲(chǔ)織物中紗線的個(gè)體幾何信息。如表2所列，一個(gè)紗線段的基本級(jí)和信息包括紗線段的位置，由一個(gè)網(wǎng)格元素的四條邊的位置給出(左邊Left，右邊Right，上邊Top，下邊Bottom)和形狀(高Height，寬Width)。

表2基本的網(wǎng)格元素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3)網(wǎng)格元素的顏色信息。在前面的織物模型調(diào)色板中，我們已經(jīng)給出了如何表示存在于織物中顏色。這些顏色在織物中分布情況則是通過紗線段的顏色來表達(dá)的。如果一個(gè)紗線段是交叉點(diǎn)，則在它的正面和反面的顏色分別是相應(yīng)的經(jīng)紗和緯紗的顏色；如果一個(gè)紗線段不是交叉點(diǎn)，則它正反面顏色都是相應(yīng)紗線的顏色。在網(wǎng)格元素的數(shù)據(jù)中，一個(gè)紗線段正反面的顏色分別存儲(chǔ)于Face-color和Back-color中。Face-color和Back-color分別指向調(diào)色板中的某個(gè)顏色數(shù)據(jù)。
4)網(wǎng)格元素的邊緣信息。一個(gè)紗線段是一個(gè)近似的四邊形結(jié)構(gòu)，包括四條邊。一個(gè)紗線段的四條邊的信息可以被用來做交叉點(diǎn)的識(shí)別和驗(yàn)證。如果一個(gè)紗線段是交叉點(diǎn)，則它正反面的邊緣信息是不同的。在網(wǎng)格元素中，紗線段正反面的邊緣信息分別存儲(chǔ)在兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中Face-edge和Back-edge。
(1)織物雙面采樣和正反圖像的匹配織物正反面圖像的采樣是利用特制的磁性平板式布樣夾持裝置板來實(shí)現(xiàn)的。在磁性平板式布樣夾持裝置板的采樣窗口的外側(cè)有4個(gè)貫穿結(jié)構(gòu)的參考對(duì)位孔，這四個(gè)參考對(duì)位孔構(gòu)成了一個(gè)正方形的四個(gè)頂點(diǎn)。在單面采樣圖像中，存在4個(gè)對(duì)應(yīng)于參考對(duì)位孔的參考點(diǎn)。由于參考對(duì)位孔的貫穿性構(gòu)造，在任意一面的采樣圖像中，參考點(diǎn)和采樣窗口的相對(duì)位置關(guān)系是不變的。
織物正反面的匹配是通過參考點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。首先，定位參考點(diǎn)。相對(duì)于磁性平板式布樣夾持裝置板的黑色背景，白色的參考點(diǎn)具有明顯的顏色特征，可以非常容易的被定位，并取出參考點(diǎn)的中心點(diǎn)坐標(biāo)。然后，以四個(gè)參考點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)正反面圖像分別進(jìn)行仿射變換。變換后的矩形圖像中，4個(gè)參考點(diǎn)分別位于圖像的四角的頂點(diǎn)上。最后一步是對(duì)正反面圖像進(jìn)行同比例變換，使得正反面圖像具有相同的尺寸。經(jīng)過以上3步之后，正反面圖像的參考點(diǎn)正好重合，圖像獲得匹配。
(2)紗線的定位和網(wǎng)格模型的初始化織物網(wǎng)格模型是建立在與織物的紗線一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系上的，所以，建立網(wǎng)格模型的關(guān)鍵在于正確的檢測(cè)織物中紗線的數(shù)量及位置。
紗線的具有明確的幾何形狀。一條完整的紗線呈現(xiàn)出近乎均勻的細(xì)長(zhǎng)條形狀。在邊緣圖中，一條紗線由兩條近乎平行的邊緣線包裹?？墒怯捎诩喚€的相互交叉，在織物單面的圖像中，紗線的邊緣線成不連續(xù)分布，從織物單面的圖像中，無法完整的獲取單條紗線的幾何信息。紗線在單面圖像中的不連續(xù)分布問題可以由織物雙面圖像的融合來解決。在圖7中，我們給出了一個(gè)織物樣本正反面圖像的融合效果，在融合圖像中，任意一根紗線可以被完整的觀察到。在這個(gè)融和圖像相應(yīng)的邊緣圖中，表示任意一條紗線的兩條邊緣線也可以連續(xù)的觀察到。
為了檢測(cè)織物中的紗線，我們提出了一種基于Hausdorff距離的模板匹配算法。針對(duì)融合圖像中經(jīng)紗和緯紗的特征，我們分別設(shè)計(jì)了2個(gè)模板。經(jīng)紗模板內(nèi)含兩條垂直的平行線，緯紗模板內(nèi)含兩條水平平行線。紗線模板的設(shè)計(jì)是針對(duì)融合圖像邊緣圖中紗線的平行線邊緣特征而定制的。在圖8中，我們給出了一個(gè)基于模板匹配的經(jīng)紗檢測(cè)示意圖。紗線的檢測(cè)和定位可以歸納為以下幾步1)從織物的正反面采樣圖獲取融合圖像。
2)利用Sobel水平垂直邊緣檢測(cè)算子獲取融合圖像的水平及垂直邊緣圖。
3)采用浮動(dòng)窗口在以任意點(diǎn)為中心在垂直(水平)邊緣圖中與經(jīng)紗(緯紗)模板同比例采樣，并對(duì)采樣窗口作直方圖比例二值化計(jì)算。二值化后的窗口采樣結(jié)果與經(jīng)紗(緯紗)檢測(cè)模板計(jì)算Hausforff距離，所得數(shù)值為該采樣窗口中心點(diǎn)的匹配值。
4)對(duì)垂直(水平)邊緣圖的每一點(diǎn)利用步驟3的方法求得與經(jīng)紗(緯紗)模板匹配的匹配值。
圖9給出了基于模板匹配的紗線(經(jīng)紗)提取的結(jié)果圖。在圖中可以看到，具有紗線平行線邊緣特征的區(qū)域被明顯的強(qiáng)化，紗線區(qū)域呈現(xiàn)明顯的條狀分布。考慮到經(jīng)紗和緯紗分別對(duì)應(yīng)于垂直和水平方向，因?yàn)閷?duì)經(jīng)紗和緯紗的提取結(jié)果圖分別作沿垂直和水平方向的匹配值累加直方圖。在匹配值累加直方圖中可以清楚地觀測(cè)到波峰點(diǎn)和紗線的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在對(duì)累加直方圖作波峰分隔以后，可以確定經(jīng)紗和緯紗在水平或垂直方向上的平均坐標(biāo)值。
以紗線的平均坐標(biāo)值為基礎(chǔ)對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行初始化。圖10給出了一個(gè)網(wǎng)格初始化結(jié)果圖。可以注意到，在網(wǎng)格的初始化結(jié)果中，每條行或列都是以直線表示的，這是因?yàn)榫W(wǎng)格初始化數(shù)據(jù)采用的是紗線的平均坐標(biāo)?？墒沁@個(gè)網(wǎng)格形態(tài)顯然不能夠表示織物的實(shí)際形態(tài)，織物中紗線的扭曲和系度變化等情況不能夠從這個(gè)結(jié)果中觀察到，所以，必須在這個(gè)初始化基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整。
(3)基于梯度的織物網(wǎng)格模型自適應(yīng)調(diào)整網(wǎng)格模型調(diào)整的目的是使得網(wǎng)格模型的行和列完全的織物樣本中的紗線的幾何形狀重合。網(wǎng)格調(diào)整的方式是以網(wǎng)格元素為單位，移動(dòng)每個(gè)網(wǎng)格元素的四條邊，使之覆蓋于相應(yīng)的紗線段的邊緣之上。
如果我們把融合圖像的邊緣圖看作一個(gè)方程I(x，y)，其中I的取值域?yàn)辄c(diǎn)集坐標(biāo)，其數(shù)值為相應(yīng)點(diǎn)的灰度值，那么我們就可以獲得邊緣圖的梯度信息。邊緣圖中，每個(gè)點(diǎn)的梯度方向總是指向鄰近局部灰度最大值的點(diǎn)。在邊緣圖中，局部灰度值最大點(diǎn)總是邊緣點(diǎn)。于是，網(wǎng)格元素的邊線所在點(diǎn)的累加梯度方向就指出了該邊線的移動(dòng)方向，而梯度累加值則是該邊被梯度牽引的力度大小。
網(wǎng)格模型的調(diào)整可以被看作是一個(gè)求物理系統(tǒng)能量能量最小化解的過程。在網(wǎng)格調(diào)整過程中，網(wǎng)格的邊線要與相鄰邊線保持適當(dāng)?shù)木嚯x，并且與相接邊線保持連貫性。如果把網(wǎng)格模型看作一個(gè)彈簧系統(tǒng)，那么這些控制信息可以被表示為網(wǎng)格模型中任意連接點(diǎn)對(duì)之間的彈簧彈力。在初始狀態(tài)中，網(wǎng)格彈簧處于非變形狀態(tài)。作用于網(wǎng)格邊線的梯度力是該物理模型的外部作用力，而相鄰點(diǎn)之間的彈簧力是內(nèi)部作用力。網(wǎng)格模型的調(diào)整過程就是內(nèi)力和外力作用于網(wǎng)格之上并達(dá)到平衡的過程，而其結(jié)果就是網(wǎng)格模型能量最小化解。
圖11給出了織物的網(wǎng)格模型基于梯度的調(diào)整結(jié)果。在調(diào)整之后，可以觀察到網(wǎng)格的每一個(gè)元素的邊線都調(diào)整到了正確的位置，相應(yīng)地，紗線的幾何形狀也得到了正確的表達(dá)。
(4)交叉點(diǎn)的識(shí)別織物的組織結(jié)構(gòu)是通過紗線交叉點(diǎn)的類型給出的，而紗線交叉點(diǎn)的狀態(tài)取決于紗線在交叉點(diǎn)上的相互位置關(guān)系。交叉點(diǎn)的類型有兩種，如果緯紗在正面，則該交叉點(diǎn)為緯紗交叉點(diǎn)，反之，則為經(jīng)紗交叉點(diǎn)。在網(wǎng)格模型中，一個(gè)交叉點(diǎn)由一個(gè)四邊形表示。四邊形的四條邊線的強(qiáng)度決定于交叉點(diǎn)的類型，同樣的，由交叉點(diǎn)的強(qiáng)度可以推導(dǎo)出交叉點(diǎn)的類型。
假設(shè)在一個(gè)理想狀態(tài)下，交叉點(diǎn)邊線的強(qiáng)度分為兩種狀態(tài)0或者1。那么交叉點(diǎn)的類型可以被劃分為8個(gè)類型。在這里，緯紗和經(jīng)紗交叉點(diǎn)分別被細(xì)化為4個(gè)子類型。圖12給出了交叉點(diǎn)根據(jù)邊緣線強(qiáng)度劃分的具體標(biāo)準(zhǔn)。
在實(shí)際情況中，交叉點(diǎn)邊緣的強(qiáng)度不是表示為絕對(duì)的0或1，而是表示為相對(duì)較強(qiáng)或者相對(duì)較弱。那么交叉點(diǎn)的劃分就成為一個(gè)經(jīng)典的K-劃分問題。這個(gè)K-劃分問題具有4個(gè)輸入數(shù)據(jù)和8個(gè)輸出狀態(tài)。這個(gè)K-劃分問題可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的4輸入8輸出的反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決。
對(duì)于表示一個(gè)織物的組織結(jié)構(gòu)，2類交叉點(diǎn)劃分已經(jīng)足夠，我們把交叉點(diǎn)細(xì)化為8個(gè)子類型的原因是利用交叉點(diǎn)的鄰接關(guān)系來對(duì)交叉點(diǎn)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行糾錯(cuò)。例如，對(duì)于一個(gè)緯紗做開交叉點(diǎn)(type 1weft left open)，與之相鄰的右邊交叉點(diǎn)只有兩個(gè)可能緯紗右開交叉點(diǎn)(type 2weft right open)和緯紗左&右開交叉點(diǎn)(type3weft left & right open。圖12給出了交叉點(diǎn)鄰接的所有可能。利用交叉點(diǎn)鄰接信息進(jìn)行糾錯(cuò)有兩個(gè)準(zhǔn)則1.一個(gè)緯紗交叉點(diǎn)背面必須是一個(gè)經(jīng)紗交叉點(diǎn)；2.一個(gè)交叉點(diǎn)與相鄰接4個(gè)交叉點(diǎn)的關(guān)系必須符合表3的交叉點(diǎn)鄰接關(guān)系圖則給出的關(guān)系。基于這兩個(gè)準(zhǔn)則，部分的交叉點(diǎn)識(shí)別錯(cuò)誤可以獲得糾正。圖13給出了交叉點(diǎn)分類及利用鄰接信息糾錯(cuò)的結(jié)果圖。
(5)顏色紗線組織的提取和利用顏色信息糾錯(cuò)

表3交叉點(diǎn)鄰接關(guān)系圖則顏色紗線的組織是織物的另一類關(guān)鍵信息。顏色紗線組織提取包括3個(gè)步驟1。獲得顏色調(diào)色板信息，即獲得織物中顏色的數(shù)量和參數(shù)；2。確定每條紗線的顏色；3。利用紗線的顏色信息糾正交叉點(diǎn)分類的錯(cuò)誤。
提取顏色織物中顏色的信息是一個(gè)顏色聚類問題。我們提出的方法是基于直方圖墑值劃分的自適應(yīng)顏色聚類。這個(gè)方法的基礎(chǔ)是J。DELON提出的一維直方圖自適應(yīng)分割算法。利用這個(gè)算法，我們按照顏色的亮度，色度，飽和度三個(gè)坐標(biāo)軸循環(huán)對(duì)存在于一個(gè)織物中的所有顏色點(diǎn)進(jìn)行空間劃分，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不存在繼續(xù)劃分的可能為止。這個(gè)算法劃分而出的顏色類數(shù)量作為調(diào)色板的尺寸，顏色類的平均參數(shù)作為調(diào)色板顏色的參數(shù)。
紗線顏色的確定是一個(gè)顏色匹配問題。紗線的幾何結(jié)構(gòu)可以從織物的網(wǎng)格模型獲得。從而，我們可以從每條紗線包含的所有顏色點(diǎn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)出紗線顏色的平均參數(shù)。紗線顏色的平均參數(shù)與調(diào)色板中的每個(gè)顏色進(jìn)行匹配，則顏色的紗線決定為與每條紗線的顏色參數(shù)最相似的調(diào)色板顏色。
如果構(gòu)成一個(gè)交叉點(diǎn)的兩條紗線的顏色是不同的，則該交叉點(diǎn)的類型可以通過紗線的顏色判斷。如果一個(gè)交叉點(diǎn)正面的顏色接近于緯紗的顏色而同時(shí)北面的顏色接近于經(jīng)紗顏色，則該交叉點(diǎn)為一個(gè)緯紗交叉點(diǎn)，反之，則該交叉點(diǎn)為一個(gè)經(jīng)紗交叉點(diǎn)。如果在交叉點(diǎn)分類中得到的結(jié)果與根據(jù)顏色信息分類的結(jié)果相矛盾，則我們以根據(jù)顏色分類獲得的結(jié)果為準(zhǔn)。
圖14給出了織物組織和顏色提取的最后結(jié)果，圖15經(jīng)向和緯向循環(huán)復(fù)制該結(jié)果而模擬得到的織物圖像。
(二)經(jīng)緯密度模塊其主要功能是測(cè)量紗線在經(jīng)緯兩個(gè)方向上的排列密度，主要的步驟包括(1)特征角近似判斷，(2)對(duì)應(yīng)經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)，(3)紗線邊緣的提取，(4)單面圖像的快速傅立葉變換，(5)經(jīng)緯紗線的密度計(jì)算。
根據(jù)前文關(guān)于織物的頻率域模型的描述，可以得到一個(gè)關(guān)于織物密度的普遍定理(FDP定理)在織物圖像的Fourier頻譜中，水平/垂直方向上能量最大點(diǎn)(密度點(diǎn))的水平/垂直坐標(biāo)等于織物圖像中經(jīng)紗和緯紗的數(shù)量。
在實(shí)際應(yīng)用中，由FDP定理獲得的織物密度結(jié)果往往會(huì)受到3各因素的影響織物的扭曲，織物的顏色和復(fù)雜織物的組織構(gòu)造。在這里，我們叫提出一種織物密度的測(cè)量方法，可以有效的去處前兩種影響因素。
在FDP定理的應(yīng)用中，我們總是假設(shè)織物的經(jīng)緯方向分別對(duì)應(yīng)于垂直和水平方向。在這種理想狀況下，在織物的Fourier頻譜中，可以檢測(cè)到2個(gè)能量最大的特征角度，這兩個(gè)角度分別為0度和90度角，則沿該兩個(gè)方向上的能量最大點(diǎn)分別確定為經(jīng)紗和緯紗的密度點(diǎn)，經(jīng)紗和緯紗的數(shù)量可以從密度點(diǎn)的水平/垂直坐標(biāo)推導(dǎo)獲得(圖16)。
然而在實(shí)際情況中，織物的經(jīng)緯方向往往不正好與垂直水平方向重合，這就稱為織物的扭曲。在織物扭曲存在的情況下，在織物的Fourier頻譜中檢測(cè)到的兩個(gè)能量最大的特征角往往偏離于0度或者90度(圖17)這種情況下，我們對(duì)檢測(cè)到的兩個(gè)特征角進(jìn)行近似判斷，我們認(rèn)為，距離0度最近的特征角對(duì)應(yīng)于經(jīng)紗方向，而距離90度最近的特征角對(duì)應(yīng)于緯紗方向。此時(shí)，沿特征角方向提取到的密度點(diǎn)才是正確的經(jīng)緯紗密度點(diǎn)。用特征角近似判斷的。
應(yīng)用FDP定理的另一個(gè)假設(shè)是，在Fourier頻譜中，密度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是空間織物中最強(qiáng)烈的周期性結(jié)構(gòu)，也就是經(jīng)紗和緯紗重復(fù)而造成的周期性結(jié)構(gòu)。如果織物是彩色的，并且顏色紗線的組織也呈現(xiàn)周期性結(jié)構(gòu)，則對(duì)于密度點(diǎn)的提取會(huì)造成影響。這是因?yàn)?，在織物的空間信息中，往往顏色的周期性信息的強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于底層的紗線周期性信息。因?yàn)椋靥卣鹘欠较蛱崛〕鰜淼哪芰孔畲簏c(diǎn)所對(duì)應(yīng)的往往是顏色的周期性成分，而不是紗線(圖18(1))。
我們觀察到，織物的邊緣圖信息的穩(wěn)定性是很強(qiáng)的。雖然邊緣的強(qiáng)度也會(huì)受到顏色的影響，可是相對(duì)于灰度圖是相對(duì)穩(wěn)定的。因此，我們用織物的邊緣圖來替代織物的灰度圖，并應(yīng)用FDP于邊緣圖的Fourier頻譜。我們發(fā)現(xiàn)，利用邊緣圖可以大大的加強(qiáng)紗線周期性成分的強(qiáng)度，同時(shí)抑制顏色的周期性成分的強(qiáng)度(圖18(2))。但是這個(gè)結(jié)果對(duì)于密度點(diǎn)的提取的準(zhǔn)確度還沒有完全的提升。
正如前面所說，邊緣圖在一定程度上也會(huì)受到顏色的影響，從而造成邊緣的強(qiáng)度隨顏色的周期性變化而變換，影響FDP原理的準(zhǔn)確度。為了克服這個(gè)因素，我們提出了以邊緣圖的二值化結(jié)果來替代邊緣圖的方法。邊緣圖的二值化采用的是基于直方圖比例分割的窗口二值化算法。這種方法可以提升局部邊緣的強(qiáng)度信息，同時(shí)抑制全局性顏色周期性信息。應(yīng)用FDP于邊緣二值化圖像的Fourier頻譜，可以看到，紗線周期性成分得到了明顯的加強(qiáng)，而顏色的周期性成分得到了很好的抑制，紗線的密度點(diǎn)可以準(zhǔn)確的提取。
(三)紗線顏色分析模塊該模塊是基于標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色校準(zhǔn)和測(cè)量法，主要的模型架構(gòu)和算法包括紗線的顏色分析模塊的主要功能是測(cè)量紗線的顏色信息，涉及兩個(gè)主要的步驟顏色校準(zhǔn)和顏色測(cè)量，由于該發(fā)明將標(biāo)準(zhǔn)的色板排列在試樣的四周，可以通過同一幅圖像完成上述兩個(gè)步驟，保證了顏色測(cè)量的一致性。
紗線的顏色分析是基于特制的內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)顏色板的磁性平板式布樣夾持裝置進(jìn)行的。在特制磁性平板式布樣夾持裝置的四周，我們內(nèi)嵌了24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色板。標(biāo)準(zhǔn)色板采用的是ColorCheckerTM的通用顏色色板(圖19)，這確保了色板的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色參數(shù)是已知量。利用這些標(biāo)準(zhǔn)的顏色色板，我們提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)色的顏色校正算法。這個(gè)算法可以保證采樣的紗線顏色準(zhǔn)確性以及多次采樣的一致性。
利用數(shù)字傳感器采集的顏色可以通過標(biāo)準(zhǔn)顏色來加以校正。數(shù)字采樣設(shè)備，例如掃描儀的傳感器的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)為RGBn={Rn,Gn,Bn}=rn·S=rn·SrSgSbT,]]>其中，矩陣S包含數(shù)字傳感器對(duì)于不同波段光譜的迷感度，rn是標(biāo)準(zhǔn)顏色的反射光譜，RGBn是掃描儀的實(shí)際輸出。而標(biāo)準(zhǔn)顏色在CIEXYZ空間中的實(shí)際數(shù)值的計(jì)算方法為XYZn={Xn,Yn,Zn}=rn·L=rn·lxlylzT,]]>其中3×3矩陣L包含CIEXYZ顏色轉(zhuǎn)換的匹配參數(shù)。則顏色的矯正問題取決于找到一個(gè)連續(xù)的映射參數(shù)矩陣A，該矩陣描述了從掃描顏色到標(biāo)準(zhǔn)CIEXYZ顏色空間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。
XYZ＇＝{Xn＇，Yn＇，Zn＇}＝A·{Rn，Gn，Bn}T，其中A=a11a12a13a21a22a23a31a32a33.]]>由Vrhel and Trussel提出的映射矩陣A的計(jì)算方法為尋找一個(gè)轉(zhuǎn)換Ascan其中
Ascan=arg(minAΣi=1n||XYZ′-XYZ||),]]>||.||2為CIEXYZ空間中的距計(jì)算算子。實(shí)驗(yàn)證明，利用最小二乘法估計(jì)獲得映射矩陣A來進(jìn)行顏色映射造成的顏色偏差是等價(jià)與由于顏色的反射光譜差異而造成的誤差，這也就是說，利用標(biāo)準(zhǔn)顏色來以及上述方法所做的顏色校正得到的紗線顏色數(shù)據(jù)是完全正確的。
(四)紗線直徑和均勻度測(cè)試模塊該模塊是基于紗線骨骼化中心軸提取和內(nèi)接圓測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
紗線直徑和均勻度模塊的主要功能是測(cè)量紗線的直徑以及其均勻度，主要步驟包括紗線圖像的采集，紗線圖像的分割，紗線中心軸的確定，沿紗線中心軸逐點(diǎn)測(cè)量，紗線直徑的平均值。
以圖像處理技術(shù)測(cè)量紗線直徑的方法是把在三維空間中測(cè)量紗線的直徑轉(zhuǎn)換為在二維圖像平面上測(cè)量紗線側(cè)影射面的寬度。
我們提出的方法包括三個(gè)步驟首先，獲得紗線側(cè)面影像；然后，在圖像中分離出紗線體，并以幾何方式描述紗線體的形態(tài)；最后，利用紗線體的幾何描述計(jì)算紗線的平均寬度。
紗線側(cè)面影像的采樣是利用特制的磁性平板式布樣夾持裝置完成的。因?yàn)榧喚€顏色的變化，我們采用了兩種不同的背景色板。其中黑色的背景色板用來采樣淺色紗線，白色的背景色板用來采樣深色紗線。利用不同背景色板的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效的增強(qiáng)紗線體和背景色之間的對(duì)比度(圖20)。
由于有效的利用了不同的背景色板，紗線體和背景色的分離問題更易于解決。在采樣圖像的灰度累加直方圖上，可以清晰的辨認(rèn)出對(duì)應(yīng)于背景色的波峰。因?yàn)楸尘吧c(diǎn)的數(shù)量在圖像中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，所以在累加直方圖種對(duì)應(yīng)于背景色的波峰是最顯著，而且與其他顏色的波峰的高度存在明顯的差距。利用這個(gè)現(xiàn)象，我們可以準(zhǔn)確地對(duì)累加直方圖進(jìn)行波峰劃分，從來獲得圖像二值化的動(dòng)態(tài)閾值。以此動(dòng)態(tài)閾值為參考，對(duì)紗線的采樣圖像進(jìn)行二值化，可以有效的分割紗線體和背景色(圖21中)。
中心軸轉(zhuǎn)換是一個(gè)在圖像中提取實(shí)心物體集合形態(tài)的有效工具。中心軸轉(zhuǎn)換方法為一個(gè)物體的幾何形態(tài)可以被表示為一系列與物體邊界雙切的圓及其圓心的軌跡(圖21右)。對(duì)于紗線體而言，圓心的軌跡表示的是紗線的中心軸，而圓的直徑則是紗線在其圓心處的寬度。
中心軸轉(zhuǎn)換可以通過形態(tài)濾波的腐蝕算法實(shí)現(xiàn)。腐蝕算法從紗線的外側(cè)開始，在保持中心軸連續(xù)的前提下，順序的腐蝕掉紗線體。當(dāng)紗線沒有辦法被進(jìn)一步腐蝕的情況下，殘余的紗線體部分就是紗線中心軸，而中心軸上每個(gè)點(diǎn)接觸到腐蝕面時(shí)所經(jīng)歷的腐蝕次數(shù)則為其半徑。
在取得紗線體幾何形態(tài)的中心軸表示方法之后，紗線的寬度可以通過對(duì)中心軸上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓的直徑累加并求平均值獲得。
權(quán)利要求
1.一套基于雙面數(shù)字圖像掃描技術(shù)和數(shù)字彩色圖像處理技術(shù)的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于該系統(tǒng)的硬件部分包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)(10)；一臺(tái)用于織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析的平板式彩色掃描儀(7)；一套用于將待測(cè)試樣夾持固定在所述平板式彩色掃描儀的掃描平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)樣品圖像的雙面對(duì)位掃描的磁性平板式布樣夾持裝置(9)；軟件部分包括四個(gè)用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密度、紗線顏色、紗線直徑和均勻度的算法模塊，每一個(gè)模塊包括圖像掃描、圖像分析、數(shù)據(jù)輸出三個(gè)步驟，其中織物識(shí)別模塊的功能用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)，即識(shí)別經(jīng)緯紗線的交織結(jié)構(gòu)和紗線的顏色排列方式，包括兩個(gè)算法結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化模型和頻率域模型；經(jīng)緯密度模塊的功能是測(cè)量紗線在經(jīng)緯兩個(gè)方向上的排列密度，包括一個(gè)算法結(jié)構(gòu)移動(dòng)匹配頻率模型，步驟包括圖像的定位裁減和匹配，紗線邊緣的提取，單面圖像的快速傅立葉變換，對(duì)映經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的識(shí)別和提取，圖像的單相位和半相位平移，平移后圖像的快速傅立葉變換，對(duì)映經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)，經(jīng)緯紗線的密度計(jì)算；紗線顏色分析模塊的功能是測(cè)量紗線的顏色信息，包括兩個(gè)步驟顏色校準(zhǔn)和顏色測(cè)量，該方法將標(biāo)準(zhǔn)的色板排列在試樣的四周，可以通過同一幅圖像完成上述兩個(gè)步驟，保證了顏色測(cè)量的一致性；紗線直徑和均勻度模塊的功能是測(cè)量紗線的直徑以及其均勻度，步驟包括紗線圖像的采集，紗線圖像的分割，紗線中心軸的確定，沿紗線中心軸逐點(diǎn)測(cè)量，紗線直徑的平均值和離散值計(jì)算；所述四個(gè)分析和測(cè)試算法模塊的應(yīng)用軟件安裝于計(jì)算機(jī)(10)內(nèi)，用于織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析的平板式彩色掃描儀(7)與該計(jì)算機(jī)(10)相連，共同構(gòu)成織物和紗線數(shù)碼掃描分析系統(tǒng)，通過磁性平板式布樣夾持裝置(9)將待測(cè)試樣(8)夾持固定在所述平板式彩色掃描儀(7)的掃描平臺(tái)上，對(duì)樣品(8)進(jìn)行雙面對(duì)位掃描、將正反雙面掃描圖像傳入計(jì)算機(jī)(10)運(yùn)用四個(gè)分析測(cè)試模塊分別進(jìn)行織物和紗線的結(jié)構(gòu)和顏色的計(jì)算和分析，最后輸出測(cè)試數(shù)據(jù)，其主要的測(cè)試流程包括試樣夾持固定，雙面圖像掃描，正反圖像對(duì)位匹配，圖像分析與特征提取，結(jié)果輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述的可實(shí)現(xiàn)雙面掃描、并通過定位點(diǎn)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)正反面圖像的定位匹配的磁性平板式布樣夾持裝置，包括一對(duì)夾持平板(1、2)，所述夾持平板可為正方形或矩形以及其他規(guī)則或不規(guī)則的形狀，該對(duì)夾持平板之間通過旋轉(zhuǎn)軸(5)連接定位，上下夾持平板可繞軸芯(15)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)180度開合；在所述上夾持平板(1、2)的四個(gè)周邊頂點(diǎn)位置鑲嵌定位磁鐵(6)，依靠磁鐵的磁力實(shí)現(xiàn)上下平板對(duì)試樣的夾持；所述夾持平板在中心位置設(shè)置有一采集窗口(4)，數(shù)碼掃描系統(tǒng)采集對(duì)應(yīng)窗口內(nèi)的織物部分的圖像；所述上下夾持平板(1、2)各有四個(gè)定位參考點(diǎn)(3)，其中上夾持平板(1)與下夾持平板(2)的每對(duì)定位參考點(diǎn)垂直對(duì)位，保證在掃描織物正反兩面的圖像時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確對(duì)位；所述夾持平板在采集窗口(4)的四周，規(guī)則排列方格型的顏色模塊(221)，該顏色模塊(221)鑲嵌在平板內(nèi)，顏色模塊的表面和平板的表面平齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述磁性平板式布樣夾持裝置的夾持平板(1、2)的形狀可為正方形，也可為矩形，或者其他形狀，但該夾持平板的可旋轉(zhuǎn)的一端的旋轉(zhuǎn)接觸點(diǎn)必須在同一個(gè)軸心上，保證夾持平板的旋轉(zhuǎn)開合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述磁性平板式布樣夾持裝置的夾持平板(1、2)的材料可以選擇金屬，也可以選擇非金屬，但對(duì)于非金屬或沒有磁性的金屬，上下夾持平板必須對(duì)應(yīng)鑲嵌磁鐵或銜鐵，以保證具有相互吸引的磁力；所述磁性平板式布樣夾持裝置的上下夾持平板(1、2)的中心位置分別開設(shè)的采集窗口(4)可以是正方形，也可以為其他形狀的窗口，其上安裝玻璃或透明樹脂等材料，并保證平板對(duì)試樣的良好夾持，避免試樣有部分因懸空擱置而導(dǎo)致試樣表面彎曲變形，并且上下夾持平板的窗口形狀和尺寸應(yīng)保持對(duì)應(yīng)一致；所述磁性平板式布樣夾持裝置的夾持平板(1、2)上的四個(gè)定位參考點(diǎn)(3)，其形狀、顏色和個(gè)數(shù)可以根據(jù)圖像識(shí)別算法而做相應(yīng)的調(diào)整，定位參考點(diǎn)的主要作用是可以使得織物正面和其反面的圖像，在各自的圖像二維坐標(biāo)下，找到參考坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)仿射對(duì)映變換，為正面的每一個(gè)像素找到其在反面圖像中的對(duì)應(yīng)像素；所述磁性平板式布樣夾持裝置的夾持平板(1、2)上的定位參考點(diǎn)(3)的作用還可以是根據(jù)兩個(gè)定位參考點(diǎn)之間的距離來計(jì)算像素的實(shí)際空間分辨率，以及根據(jù)四個(gè)定位參考點(diǎn)構(gòu)成的正方形的相鄰兩條邊的夾角計(jì)算掃描圖像的空間扭曲度；所述磁性平板式布樣夾持裝置的上夾持平板(1)和下夾持平板(2)之間由旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)(5)連接，該旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)(5)包括下夾持平板上的旋轉(zhuǎn)槽，上夾持平板的旋轉(zhuǎn)槽，以及連接兩者的軸芯構(gòu)成，上下夾持平板(1、2)可繞軸芯(15)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)180度的開合；磁性平板式布樣夾持裝置的夾持平板(1、2)的內(nèi)外表面顏色一般設(shè)定為黑色，啞光處理；所述磁性平板式布樣夾持裝置的夾持平板(1、2)上，規(guī)則排列于采集窗口(4)四周的顏色模塊(221)的個(gè)數(shù)和色彩按照國(guó)際顏色標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)提供的標(biāo)準(zhǔn)色板來設(shè)計(jì)，其色彩數(shù)目一般不少于16種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述的四個(gè)用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)，經(jīng)緯密度，紗線顏色，紗線直徑和均勻度的算法模塊可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，而不是局限于一種單一功能；所述的方法中的每一個(gè)功能模塊都包括圖像掃描、圖像分析、數(shù)據(jù)輸出三個(gè)步驟，其中的圖像為平板式掃描所獲得的數(shù)字彩色圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述的方法中涉及的織物識(shí)別模塊的功能用來識(shí)別經(jīng)緯紗線的交織結(jié)構(gòu)和紗線的顏色排列方式，包括兩個(gè)算法結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化模型和頻率域模型；其中基于網(wǎng)格化模型識(shí)別的步驟包括正反面圖像的對(duì)位匹配，正反面圖像的網(wǎng)格初始化，正反面圖像的網(wǎng)格自適應(yīng)匹配，圖像的邊緣提取，交織類型識(shí)別，組織點(diǎn)糾錯(cuò)，顏色分析；其中基于頻率域模型識(shí)別的步驟包括圖像的定位裁減和匹配，雙面圖像的快速傅立葉變換，峰點(diǎn)濾波，周期性頻率點(diǎn)的提取，織物組織結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算和識(shí)別。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述的基于頻率域模型識(shí)別的方法，利用傅立葉變換技術(shù)或相關(guān)的頻譜分析技術(shù)來分析織物的數(shù)字化圖像，其中包括小波變換，余弦變換等。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述網(wǎng)格化模型是一種利用網(wǎng)格化模型自動(dòng)識(shí)別織物組織結(jié)構(gòu)的方法所述織物網(wǎng)格模型的算法包括織物雙面采樣和正反圖象的對(duì)位匹配算法、紗線的定位和網(wǎng)格模型的初始化算法、基于梯度的織物網(wǎng)格模型自適應(yīng)調(diào)整算法、交叉點(diǎn)的定義和識(shí)別、紗線組織顏色提取和利用紗線顏色進(jìn)行組織糾錯(cuò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述織物網(wǎng)格模型的主體是一個(gè)2維的平面網(wǎng)格，這個(gè)網(wǎng)格用來存儲(chǔ)織物的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；所述網(wǎng)格由行和列構(gòu)成，分別對(duì)應(yīng)于織物的經(jīng)紗和緯紗，而且是一一對(duì)應(yīng)，即織物中的每一條紗線在網(wǎng)格模型中都有相應(yīng)的行或者列來表征；緯紗(Wj)和經(jīng)紗(Wi)分別對(duì)應(yīng)于網(wǎng)格模型中的行(Rowj)和列(Columni)；該織物網(wǎng)格模型中的每一條行或者列由一系列連續(xù)的網(wǎng)格元素構(gòu)成，每個(gè)網(wǎng)格元素(Eji)對(duì)應(yīng)于織物中的一段紗線(Sji)；通過紗線的行/列以及紗線段與網(wǎng)格元素的對(duì)應(yīng)，一個(gè)織物樣本可以用一個(gè)網(wǎng)格模型來表征。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述網(wǎng)格元素(Eji)是所述織物網(wǎng)格模型的基本單元，織物的結(jié)構(gòu)信息都通過存儲(chǔ)在網(wǎng)格元素(Eji)中的數(shù)據(jù)組來體現(xiàn)，該數(shù)據(jù)組包括4個(gè)方面的信息網(wǎng)格元素的類型(Type)和構(gòu)造類型(PatternType)、網(wǎng)格元素的幾何形狀信息、網(wǎng)格元素的顏色信息、網(wǎng)格元素的邊緣信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于在所述數(shù)據(jù)組中的網(wǎng)格元素的類型(Type)和構(gòu)造類型(PatternType)中，該網(wǎng)格元素的類型(Type)分兩種交叉點(diǎn)和非交叉點(diǎn)；一般紗線段有兩種類型，一種紗線段是經(jīng)紗和緯紗的交叉點(diǎn)(Sji)，一種是非交叉點(diǎn)的獨(dú)立的紗線段(Sj-3，i)，這些紗線段不與其他紗線存在交叉重疊；相應(yīng)的，網(wǎng)格的元素也分為交叉點(diǎn)元素和非交叉點(diǎn)元素兩種，其類型由對(duì)應(yīng)的紗線段的類型決定；織物的構(gòu)造類型信息通過紗線在交叉點(diǎn)的相互位置來表達(dá)，如果某網(wǎng)格元素的類型是交叉點(diǎn)，則對(duì)應(yīng)在紗線交叉點(diǎn)的構(gòu)造類型(PatternType)也需要記錄下來交叉點(diǎn)的構(gòu)造類型(PatternType)根據(jù)紗線在交叉點(diǎn)的相互位置分為兩種，一種是緯紗在織物正面，一種是經(jīng)紗在織物正面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)組中的網(wǎng)格元素的幾何形狀信息由織物個(gè)體信息而確定，織物的個(gè)體信息主要包括紗線的幾何信息，例如扭曲，細(xì)度變化等；而在網(wǎng)格模型中，一條紗線由若干連接的網(wǎng)格元素表示，所以通過紀(jì)錄網(wǎng)格元素對(duì)應(yīng)的紗線段的幾何形狀信息，就可以存儲(chǔ)織物中紗線的個(gè)體幾何信息；此外，一個(gè)紗線段的基本信息集合包括紗線段的位置，它可以由一個(gè)網(wǎng)格元素的四條邊的位置(左邊Left，右邊Right，上邊Top，下邊Bottom)和形狀(高Height，寬Width)給出。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)組中的網(wǎng)格元素的顏色信息在織物中的分布情況則是通過紗線段的顏色來表達(dá)的。如果一個(gè)紗線段是交叉點(diǎn)，則在它的正面和反面的顏色分別是相應(yīng)的經(jīng)紗和緯紗的顏色；如果一個(gè)紗線段不是交叉點(diǎn)，則它正反面顏色都是相應(yīng)紗線的顏色；在網(wǎng)格元素的數(shù)據(jù)中，一個(gè)紗線段正反面的顏色分別存儲(chǔ)于(Face_color和Back_color)中，(Face_color和Back_color)分別指向調(diào)色板中的某個(gè)顏色數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)組中網(wǎng)格元素的邊緣信息描述其對(duì)應(yīng)紗線段的四邊信息，一個(gè)紗線段是一個(gè)近似的四邊形結(jié)構(gòu)，包括四條邊，一個(gè)紗線段的四條邊的信息可以被用來做交叉點(diǎn)的識(shí)別和驗(yàn)證如果一個(gè)紗線段是交叉點(diǎn)，則它正反面的邊緣信息是不同的，在網(wǎng)格元素中，紗線段正反面的邊緣信息分別存儲(chǔ)在兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Face_edge和Back_edge)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于在所述織物雙面采樣和正反圖像的匹配算法中所述織物正反面圖像的采樣是利用特制的磁性平板式布樣夾持裝置中的一對(duì)夾持平板(1、2)來實(shí)現(xiàn)的，在該磁性平板式布樣夾持裝置板(1、2)的采樣窗口(4)的外側(cè)有4個(gè)貫穿結(jié)構(gòu)的參考對(duì)位孔(3)，這四個(gè)參考對(duì)位孔(3)構(gòu)成了一個(gè)正方形的四個(gè)頂點(diǎn)；在單面采樣圖像中存在著4個(gè)對(duì)應(yīng)于參考對(duì)位孔(3)的參考點(diǎn)(3)，由于參考對(duì)位孔(3)的貫穿性構(gòu)造，在任意一面的采樣圖像中，參考點(diǎn)和采樣窗口的相對(duì)位置關(guān)系是不變的；所述織物正反面的匹配是通過參考對(duì)位孔(3)來實(shí)現(xiàn)的，首先相對(duì)于磁性平板式布樣夾持裝置板的黑色背景，白色的參考對(duì)位孔(3)具有明顯的顏色特征，可以非常容易的被識(shí)別和定位，并計(jì)算出參考點(diǎn)的中心點(diǎn)坐標(biāo)。然后，以四個(gè)參考對(duì)位孔(3)為基準(zhǔn)，對(duì)正反面圖像分別進(jìn)行仿射變換，變換后的矩形圖像中，4個(gè)參考點(diǎn)分別位于圖像的四角的頂點(diǎn)上，最后一步是對(duì)正反面圖像進(jìn)行同比例變換，使得正反面圖像具有相同的尺寸，經(jīng)過以上3步之后，正反面圖像的參考點(diǎn)正好重合，圖像獲得匹配。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于在所述紗線的定位和網(wǎng)格模型的初始化算法中織物網(wǎng)格模型是建立在與織物的紗線一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系上的，所以，建立網(wǎng)格模型的關(guān)鍵在于正確的檢測(cè)織物中紗線的數(shù)量及位置；為了檢測(cè)織物中的紗線，本方法提出一種基于Hausdorff距離的模板匹配算法針對(duì)融合圖像中經(jīng)紗和緯紗的特征，分別設(shè)計(jì)了2個(gè)模板，經(jīng)紗模板內(nèi)含兩條垂直的平行線，緯紗模板內(nèi)含兩條水平平行線，紗線模板的設(shè)計(jì)是針對(duì)融合圖像邊緣圖中紗線的平行線邊緣特征而定制的，紗線的檢測(cè)和定位可以歸納為以下幾步a.從織物的正反面采樣圖獲取融合圖像；b.利用Sobel水平垂直邊緣檢測(cè)算子獲取融合圖像的水平及垂直邊緣圖；c.采用浮動(dòng)窗口在以任意點(diǎn)為中心在垂直(水平)邊緣圖中與經(jīng)紗(緯紗)模板同比例采樣，并對(duì)采樣窗口作直方圖比例二值化計(jì)算。二值化后的窗口采樣結(jié)果與經(jīng)紗(緯紗)檢測(cè)模板計(jì)算Hausforff距離，所得數(shù)值為該采樣窗口中心點(diǎn)的匹配值；d.對(duì)垂直(水平)邊緣圖的每一點(diǎn)利用步驟3的方法求得與經(jīng)紗(緯紗)模板匹配的匹配值；據(jù)此可以給出了基于模板匹配的紗線(經(jīng)紗)提取的結(jié)果圖，具有紗線平行線邊緣特征的區(qū)域被明顯的強(qiáng)化，紗線區(qū)域呈現(xiàn)明顯的條狀分布；考慮到經(jīng)紗和緯紗分別對(duì)應(yīng)于垂直和水平方向，還可以對(duì)經(jīng)紗和緯紗的提取結(jié)果圖分別作沿垂直和水平方向的匹配值累加直方圖；在匹配值累加直方圖中可以清楚地觀測(cè)到波峰點(diǎn)和紗線的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在對(duì)累加直方圖作波峰分隔以后，可以確定經(jīng)紗和緯紗在水平或垂直方向上的平均坐標(biāo)值；最后，以紗線的平均坐標(biāo)值為基礎(chǔ)對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行初始化并給出網(wǎng)格初始化結(jié)果圖在網(wǎng)格的初始化結(jié)果中，每條行或列都是以直線表示的，這是因?yàn)榫W(wǎng)格初始化數(shù)據(jù)采用的是紗線的平均坐標(biāo)，可是這個(gè)網(wǎng)格形態(tài)顯然不能夠表示織物的實(shí)際形態(tài)，織物中紗線的扭曲和系度變化等情況不能夠從這個(gè)結(jié)果中觀察到，所以，必須在這個(gè)初始化基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于在所述的基于梯度的織物網(wǎng)格模型自適應(yīng)調(diào)整算法中網(wǎng)格模型調(diào)整的目的是使得網(wǎng)格模型的行和列完全的織物樣本中的紗線的幾何形狀重合，網(wǎng)格調(diào)整的方式是以網(wǎng)格元素為單位，移動(dòng)每個(gè)網(wǎng)格元素的四條邊，使之覆蓋于相應(yīng)的紗線段的邊緣之上；把融合圖像的邊緣圖看作一個(gè)方程I(x，y)，其中I的取值域?yàn)辄c(diǎn)集坐標(biāo)，其數(shù)值為相應(yīng)點(diǎn)的灰度值，就可以獲得邊緣圖的梯度信息；在邊緣圖中，每個(gè)點(diǎn)的梯度方向總是指向鄰近局部灰度最大值的點(diǎn)，局部灰度值最大點(diǎn)總是邊緣點(diǎn)，于是，網(wǎng)格元素的邊線所在點(diǎn)的累加梯度方向就指出了該邊線的移動(dòng)方向，而梯度累加值則是該邊被梯度牽引的力度大??；網(wǎng)格模型的調(diào)整可以被看作是一個(gè)求物理系統(tǒng)能量能量最小化解的過程，在網(wǎng)格調(diào)整過程中，網(wǎng)格的邊線要與相鄰邊線保持適當(dāng)?shù)木嚯x，并且與相接邊線保持連貫性，如果把網(wǎng)格模型看作一個(gè)彈簧系統(tǒng)，那么這些控制信息可以被表示為網(wǎng)格模型中任意連接點(diǎn)對(duì)之間的彈簧彈力，在初始狀態(tài)中，網(wǎng)格彈簧處于非變形狀態(tài)，作用于網(wǎng)格邊線的梯度力是該物理模型的外部作用力，而相鄰點(diǎn)之間的彈簧力是內(nèi)部作用力，網(wǎng)格模型的調(diào)整過程就是內(nèi)力和外力作用于網(wǎng)格之上并達(dá)到平衡的過程，而其結(jié)果就是網(wǎng)格模型能量最小化解。在調(diào)整之后，可以觀察到網(wǎng)格的每一個(gè)元素的邊線都調(diào)整到了正確的位置，相應(yīng)地，紗線的幾何形狀也得到了正確的表達(dá)。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于在所述交叉點(diǎn)的識(shí)別算法中在網(wǎng)格模型中，一個(gè)交叉點(diǎn)由一個(gè)四邊形表示，四邊形的四條邊線的強(qiáng)度決定于交叉點(diǎn)的類型，同樣的，由交叉點(diǎn)的強(qiáng)度可以推導(dǎo)出交叉點(diǎn)的類型；假設(shè)在一個(gè)理想狀態(tài)下，交叉點(diǎn)邊線的強(qiáng)度分為兩種狀態(tài)0或者1。那么交叉點(diǎn)的類型可以被劃分為8個(gè)類型，在這里，緯紗和經(jīng)紗交叉點(diǎn)分別被細(xì)化為4個(gè)子類型；在實(shí)際情況中，交叉點(diǎn)邊緣的強(qiáng)度不是表示為絕對(duì)的0或1，而是表示為相對(duì)較強(qiáng)或者相對(duì)較弱，那么交叉點(diǎn)的劃分就成為一個(gè)經(jīng)典的K-劃分問題。這個(gè)K-劃分問題具有4個(gè)輸入數(shù)據(jù)和8個(gè)輸出狀態(tài)。這個(gè)K-劃分問題可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的4輸入8輸出的反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決；對(duì)于表示一個(gè)織物的組織結(jié)構(gòu)，2類交叉點(diǎn)劃分已經(jīng)足夠，把交叉點(diǎn)細(xì)化為8個(gè)子類型的原因是利用交叉點(diǎn)的鄰接關(guān)系來對(duì)交叉點(diǎn)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行糾錯(cuò)；例如，對(duì)于一個(gè)緯紗做開交叉點(diǎn)(type 1weft left open)，與之相鄰的右邊交叉點(diǎn)只有兩個(gè)可能緯紗右開交叉點(diǎn)(type 2weft right open)和緯紗左&右開交叉點(diǎn)(type 3weft left & right open)；利用交叉點(diǎn)鄰接信息進(jìn)行糾錯(cuò)有兩個(gè)準(zhǔn)則a.一個(gè)緯紗交叉點(diǎn)背面必須是一個(gè)經(jīng)紗交叉點(diǎn)；b.一個(gè)交叉點(diǎn)與相鄰接4個(gè)交叉點(diǎn)的關(guān)系必須符合交叉點(diǎn)鄰接關(guān)系圖則中給出的關(guān)系，基于這兩個(gè)準(zhǔn)則，部分的交叉點(diǎn)識(shí)別錯(cuò)誤可以獲得糾正。
19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于在所述顏色紗線組織的提取和利用顏色信息糾錯(cuò)算法中顏色紗線組織提取包括3個(gè)步驟a.獲得顏色調(diào)色板信息，即獲得織物中顏色的數(shù)量和參數(shù)；b.確定每條紗線的顏色；c.利用紗線的顏色信息糾正交叉點(diǎn)分類的錯(cuò)誤；a.提取顏色織物中顏色的信息是一個(gè)顏色聚類問題此處提供的是基于直方圖墑值劃分的自適應(yīng)顏色聚類，按照顏色的亮度，色度，飽和度三個(gè)坐標(biāo)軸循環(huán)對(duì)存在于一個(gè)織物中的所有顏色點(diǎn)進(jìn)行空間劃分，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不存在繼續(xù)劃分的可能為止，這個(gè)算法劃分而出的顏色類數(shù)量作為調(diào)色板的尺寸，顏色類的平均參數(shù)作為調(diào)色板顏色的參數(shù)；b.紗線顏色的確定是一個(gè)顏色匹配問題，紗線的幾何結(jié)構(gòu)可以從織物的網(wǎng)格模型獲得，從而可以從每條紗線包含的所有顏色點(diǎn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)出紗線顏色的平均參數(shù)，紗線顏色的平均參數(shù)與調(diào)色板中的每個(gè)顏色進(jìn)行匹配，則顏色的紗線決定為與每條紗線的顏色參數(shù)最相似的調(diào)色板顏色；c.如果構(gòu)成一個(gè)交叉點(diǎn)的兩條紗線的顏色是不同的，則該交叉點(diǎn)的類型可以通過紗線的顏色判斷，如果一個(gè)交叉點(diǎn)正面的顏色接近于緯紗的顏色而同時(shí)背面的顏色接近于經(jīng)紗顏色，則該交叉點(diǎn)為一個(gè)緯紗交叉點(diǎn)，反之，則該交叉點(diǎn)為一個(gè)經(jīng)紗交叉點(diǎn)。如果在交叉點(diǎn)分類中得到的結(jié)果與根據(jù)顏色信息分類的結(jié)果相矛盾，則我們以根據(jù)顏色分類獲得的結(jié)果為準(zhǔn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述網(wǎng)格化模型根據(jù)織物組織的排列特點(diǎn)，還需要建立織物組織的表面紋理模型，其中包括對(duì)起伏波紋的定義和描述起伏波紋的特征參數(shù)以及基本組織的表面紋理模型，所述起伏波紋定義為織物的表面規(guī)則分布著許多組織點(diǎn)，組織點(diǎn)在某一方向上順序連接形成規(guī)則的組織線，組織線與組織線平行排列形成條紋，描述起伏波紋的指標(biāo)為波長(zhǎng)λ和取向角θ。
21.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述網(wǎng)格化模型根據(jù)織物組織的排列特點(diǎn)，還需要建立織物組織的頻譜模型，其中包括對(duì)空間域和頻率域的對(duì)應(yīng)關(guān)系的分析，以及對(duì)織物組織的頻譜模型的分析；通過二維付立葉變換技術(shù)，可得到圖像對(duì)應(yīng)的二維頻譜圖，從而方便地提取圖像的空間頻率信息；織物圖像反映了織物的表面形態(tài)，它在經(jīng)向和緯向上，具有周期性變化的灰度分布，包含經(jīng)緯紗排列的密度信息，這是利用付立葉變換技術(shù)的物理背景；x，y為空間域的坐標(biāo)分量，u，v為對(duì)應(yīng)頻率域的頻率分量，(ux，v1)，(u2，v2)為經(jīng)緯紗對(duì)應(yīng)的空間頻率點(diǎn)，d1，d2為理想狀態(tài)下的經(jīng)緯紗的間距，即經(jīng)緯紗的周期，可以推出d1＝N/u1，d2＝N/v1；織物在不同的方向形成不同的起伏波紋，每一起伏波紋在傅立葉變換后都會(huì)有相應(yīng)的頻率點(diǎn)，頻率點(diǎn)在頻譜圖中的位置與起伏波紋的周期有關(guān)，因此只要將相應(yīng)的頻率點(diǎn)的位置確定，起伏波紋的周期即可得到。所以基于起伏波紋的頻率點(diǎn)可以建立織物組織的頻譜模型。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于依據(jù)所述網(wǎng)格化模型的織物組織的頻譜模型，通過對(duì)緞紋織物的譜分析，可以推導(dǎo)出在對(duì)應(yīng)頻譜圖上主要的峰點(diǎn)的坐標(biāo)值，此外，在主峰點(diǎn)與原點(diǎn)的連線方向上還有等間距分布的峰點(diǎn)，這些是主峰點(diǎn)的諧波成分，諧波峰點(diǎn)的坐標(biāo)是主峰點(diǎn)坐標(biāo)的整數(shù)倍，因此也可得到它們的坐標(biāo)值；根據(jù)推導(dǎo)求得的所有峰點(diǎn)的坐標(biāo)值，在頻率域得到以下公式，(其中a為經(jīng)紗間距，b為緯紗間距，R為組織循環(huán)數(shù)，Sj為經(jīng)向飛數(shù)，Sw為緯向飛數(shù))橫坐標(biāo)相同的兩相鄰頻率點(diǎn)的間距為dv＝N/b；縱坐標(biāo)相同的兩相鄰頻率點(diǎn)的間距為du＝N/a；橫坐標(biāo)之差最小的相鄰兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)之差為Δu1＝N/Ra；縱坐標(biāo)之差最小的相鄰兩點(diǎn)的縱坐標(biāo)之差為Δv1＝N/Rb；在u的正方向上，縱坐標(biāo)之差最小的相鄰兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)的差為Δu2＝(R-Sj)·Δu1；在v的正方向上，橫坐標(biāo)之差最小的相鄰兩點(diǎn)的縱坐標(biāo)的差為Δv2＝(R-Sw)·Δv1。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述網(wǎng)格化模型的織物組織的頻譜模型，針對(duì)織物圖象的分析過程為利用快速傅立葉變換得到織物的功率譜圖象的過程，對(duì)得到的功率譜象進(jìn)行圖象預(yù)處理，峰點(diǎn)濾波，提取功率譜圖象的特征頻率點(diǎn)信息，從而得到織物的結(jié)構(gòu)信息，測(cè)量織物的經(jīng)緯密并分析織物的結(jié)構(gòu)類型。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于運(yùn)用峰點(diǎn)濾波的算法，得到對(duì)應(yīng)于經(jīng)緯紗結(jié)構(gòu)的峰點(diǎn)，首先，作出功率譜圖像的直方圖，觀察它的灰度分布，取其最高點(diǎn)的灰度作為閾值t，消除雪花狀背景點(diǎn)，令g(x，y)為功率譜圖像，峰點(diǎn)是某個(gè)局域內(nèi)灰度值最高的像素點(diǎn)；因此，可以用鄰域最大值的算法，確定峰點(diǎn)，令max為功率譜圖像g(x，y)的9×9方形或八邊形鄰域內(nèi)灰度的最大值。
25.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述網(wǎng)格化模型的織物組織的頻譜模型還包括織物結(jié)構(gòu)的特征提取算法，具體步驟尋找坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立u-v直角坐標(biāo)系；以O(shè)為圓心，尋找橫坐標(biāo)最接近u軸的峰點(diǎn)A，縱坐標(biāo)最接近v軸的峰點(diǎn)B，并分別求出OA與u軸的夾角α，OB與v軸的夾角β，α代表實(shí)際經(jīng)紗相對(duì)垂直正方向的傾斜角，β代表實(shí)際緯紗相對(duì)水平正方向的傾斜角；以O(shè)為圓心，從u正方向開始由內(nèi)而外逆時(shí)針掃描，如有峰點(diǎn)出現(xiàn)，記錄其坐標(biāo)值，并計(jì)算峰點(diǎn)與原點(diǎn)的沿實(shí)際經(jīng)紗方向的垂直距離，峰點(diǎn)與原點(diǎn)的沿實(shí)際經(jīng)紗方向的水平距離；統(tǒng)計(jì)六個(gè)指標(biāo)參數(shù)，其中凡是原點(diǎn)到峰點(diǎn)的方向與u，v正方向一致的距離為正向距離，標(biāo)記為正號(hào)，否則為反向距離，標(biāo)記為負(fù)號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述網(wǎng)格化模型的織物組織的頻譜模型還包括對(duì)織物的組織類型的判斷準(zhǔn)則，織物的組織類型根據(jù)組織循環(huán)數(shù)R，經(jīng)向飛數(shù)Sj，緯向飛數(shù)Sw，就可以判斷織物的類型，其判斷準(zhǔn)則如下組織循環(huán)數(shù)R＝2，為平紋織物；飛數(shù)Sj＝Sw＝1，且R＞2，為 右斜紋或 左斜紋；飛數(shù)Sj＝Sw＞1，且R＞2，為 左斜紋或 右斜紋；飛數(shù)Sj≠Sw，且R＞2，為緞紋組織R枚Sj飛緯面緞或R枚Sw飛經(jīng)面緞。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述的經(jīng)緯密度模塊的主要功能是測(cè)量紗線在經(jīng)緯兩個(gè)方向上的排列密度，基本步驟包括特征角近似判斷，對(duì)應(yīng)經(jīng)紗和緯紗的頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)，紗線邊緣的提取，單面圖像的快速傅立葉變換，經(jīng)緯紗線的密度計(jì)算。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至27中所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述的經(jīng)緯密度模塊根據(jù)關(guān)于織物的頻率域模型的描述，可以得到一個(gè)關(guān)于織物密度的普遍定理(FDP定理)在織物圖像的Fourier頻譜中，水平/垂直方向上能量最大點(diǎn)(密度點(diǎn))的水平/垂直坐標(biāo)等于織物圖像中經(jīng)紗和緯紗的數(shù)量；由FDP定理獲得的織物密度結(jié)果往往會(huì)受到3各因素的影響織物的扭曲，織物的顏色和復(fù)雜織物的組織構(gòu)造，在此提出一種織物密度的測(cè)量方法，可以有效的去處前兩種影響因素；在FDP定理的應(yīng)用中，總是假設(shè)織物的經(jīng)緯方向分別對(duì)應(yīng)于垂直和水平方向，在這種理想狀況下，在織物的Fourier頻譜中，可以檢測(cè)到2個(gè)能量最大的特征角度，這兩個(gè)角度分別為0度和90度角，則沿該兩個(gè)方向上的能量最大點(diǎn)分別確定為經(jīng)紗和緯紗的密度點(diǎn)，經(jīng)紗和緯紗的數(shù)量可以從密度點(diǎn)的水平/垂直坐標(biāo)推導(dǎo)獲得；在實(shí)際織物扭曲存在的情況下，在織物的Fourier頻譜中檢測(cè)到的兩個(gè)能量最大的特征角往往偏離于0度或者90度，在這種情況下，對(duì)檢測(cè)到的兩個(gè)特征角進(jìn)行近似判斷，可以認(rèn)為，距離0度最近的特征角對(duì)應(yīng)于經(jīng)紗方向，而距離90度最近的特征角對(duì)應(yīng)于緯紗方向，此時(shí)，沿特征角方向提取到的密度點(diǎn)才是正確的經(jīng)緯紗密度點(diǎn)，是用特征角近似判斷的；應(yīng)用FDP定理的另一個(gè)假設(shè)是，在Fourier頻譜中，密度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是空間織物中最強(qiáng)烈的周期性結(jié)構(gòu)，也就是經(jīng)紗和緯紗重復(fù)而造成的周期性結(jié)構(gòu)；如果織物是彩色的，并且顏色紗線的組織也呈現(xiàn)周期性結(jié)構(gòu)，則對(duì)于密度點(diǎn)的提取會(huì)造成影響，這是因?yàn)椋诳椢锏目臻g信息中，往往顏色的周期性信息的強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于底層的紗線周期性信息，因此，沿特征角方向提取出來的能量最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的往往是顏色的周期性成分，而不是紗線；織物中邊緣圖信息的穩(wěn)定性是很強(qiáng)的，雖然邊緣的強(qiáng)度也會(huì)受到顏色的影響，可是相對(duì)于灰度圖是相對(duì)穩(wěn)定的，因此可以利用織物的邊緣圖來替代織物的灰度圖，并應(yīng)用FDP于邊緣圖的Fourier頻譜；利用邊緣圖可以大大的加強(qiáng)紗線周期性成分的強(qiáng)度，同時(shí)抑制顏色的周期性成分的強(qiáng)度，但是這個(gè)結(jié)果對(duì)于密度點(diǎn)的提取的準(zhǔn)確度還沒有完全的提升；邊緣圖在一定程度上也會(huì)受到顏色的影響，從而造成邊緣的強(qiáng)度隨顏色的周期性變化而變換，影響FDP原理的準(zhǔn)確度；為了克服這個(gè)因素，本方法提出以邊緣圖的二值化結(jié)果來替代邊緣圖，邊緣圖的二值化采用的是基于直方圖比例分割的窗口二值化算法，這種方法可以提升局部邊緣的強(qiáng)度信息，同時(shí)抑制全局性顏色周期性信息，應(yīng)用FDP于邊緣二值化圖像的Fourier頻譜，可以看到，紗線周期性成分得到了明顯的加強(qiáng)，而顏色的周期性成分得到了很好的抑制，紗線的密度點(diǎn)可以準(zhǔn)確的提取。
29.根據(jù)權(quán)利要求1至27中所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于所述的紗線的顏色分析模塊的主要功能是測(cè)量紗線的顏色信息，涉及兩個(gè)主要的步驟顏色校準(zhǔn)和顏色測(cè)量，本發(fā)明將標(biāo)準(zhǔn)的色板排列在試樣的四周，可以通過同一幅圖像完成上述兩個(gè)步驟，保證了顏色測(cè)量的一致性；紗線的顏色分析是基于特制的內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)顏色板的磁性平板式布樣夾持裝置進(jìn)行的，在特制磁性平板式布樣夾持裝置的夾持平板(1、2)四周內(nèi)嵌了24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色板，標(biāo)準(zhǔn)色板采用的是ColorCheckerTM的通用顏色色板；標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色參數(shù)是已知量，利用這些標(biāo)準(zhǔn)的顏色色板提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)色的顏色校正算法，這個(gè)算法可以保證采樣的紗線顏色準(zhǔn)確性以及多次采樣的一致性；利用數(shù)字傳感器采集的顏色可以通過標(biāo)準(zhǔn)顏色來加以校正，數(shù)字采樣設(shè)備，例如掃描儀的傳感器的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)為RGBn={Rn,Gn,Bn}=rn·S=rn·srsgsbT,]]>其中，矩陣S包含數(shù)字傳感器對(duì)于不同波段光譜的迷感度，rn是標(biāo)準(zhǔn)顏色的反射光譜，RGBn是掃描儀的實(shí)際輸出，而標(biāo)準(zhǔn)顏色在CIEXYZ空間中的實(shí)際數(shù)值的計(jì)算方法為XYZn={Xn,Yn,Zn}=rn·L=rn·lxlylzT,]]>其中3×3矩陣L包含CIEXYZ顏色轉(zhuǎn)換的匹配參數(shù)，則顏色的矯正問題取決于找到一個(gè)連續(xù)的映射參數(shù)矩陣A，該矩陣描述了從掃描顏色到標(biāo)準(zhǔn)CIEXYZ顏色空間的轉(zhuǎn)換參數(shù)XYZ′＝{Xn′，Yn′，Zn′}＝A·{Rn，Gn，Bn}T，其中A=a11a12a13a21a22a23a31a32a33.]]>由Vrhel and Trussel提出的映射矩陣A的計(jì)算方法來尋找一個(gè)轉(zhuǎn)換Ascan，其中Ascan=arg(minAΣi=1n||XYZ′-XYZ||),]]>||.||2為CIEXYZ空間中的距計(jì)算算子，實(shí)驗(yàn)證明，利用最小二乘法估計(jì)獲得映射矩陣A來進(jìn)行顏色映射造成的顏色偏差是等價(jià)與由于顏色的反射光譜差異而造成的誤差，這也就是說，利用標(biāo)準(zhǔn)顏色來以及上述方法所做的顏色校正得到的紗線顏色數(shù)據(jù)是完全正確的。
30.根據(jù)權(quán)利要求1至27中所述的基于雙面掃描和數(shù)字圖像處理的織物和紗線分析系統(tǒng)和方法，其特征在于在所述的紗線直徑和均勻度模塊中，紗線骨骼化中心軸提取和內(nèi)接圓測(cè)量技術(shù)被用來表征紗線直徑和均勻度紗線直徑和均勻度模塊的主要功能是測(cè)量紗線的直徑以及其均勻度，主要步驟包括紗線圖像的采集，紗線圖像的分割，紗線中心軸的確定，沿紗線中心軸逐點(diǎn)測(cè)量，紗線直徑的平均值；以圖像處理技術(shù)測(cè)量紗線直徑的方法是把在三維空間中測(cè)量紗線的直徑轉(zhuǎn)換為在二維圖像平面上測(cè)量紗線側(cè)影射面的寬度；本方法包括三個(gè)步驟首先獲得紗線側(cè)面影像；然后在圖像中分離出紗線體，并以幾何方式描述紗線體的形態(tài)；最后利用紗線體的幾何描述計(jì)算紗線的平均寬度；紗線側(cè)面影像的采樣是利用特制的磁性平板式布樣夾持裝置完成的，因?yàn)榧喚€顏色的變化，本方法采用了兩種不同的背景色板，其中黑色的背景色板用來采樣淺色紗線，白色的背景色板用來采樣深色紗線，利用不同背景色板的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效的增強(qiáng)紗線體和背景色之間的對(duì)比度；利用不同的背景色板，紗線體和背景色的分離問題更易于解決，在采樣圖像的灰度累加直方圖上，可以清晰的辨認(rèn)出對(duì)應(yīng)于背景色的波峰，因?yàn)楸尘吧c(diǎn)的數(shù)量在圖像中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，所以在累加直方圖種對(duì)應(yīng)于背景色的波峰是最顯著，而且與其他顏色的波峰的高度存在明顯的差距，因此可以準(zhǔn)確地對(duì)累加直方圖進(jìn)行波峰劃分，從來獲得圖像二值化的動(dòng)態(tài)閾值，以此動(dòng)態(tài)閾值為參考，對(duì)紗線的采樣圖像進(jìn)行二值化，可以有效的分割紗線體和背景色；中心軸轉(zhuǎn)換是一個(gè)在圖像中提取實(shí)心物體集合形態(tài)的有效工具，中心軸轉(zhuǎn)換方法為一個(gè)物體的幾何形態(tài)可以被表示為一系列與物體邊界雙切的圓及其圓心的軌跡，對(duì)于紗線體而言，圓心的軌跡表示的是紗線的中心軸，而圓的直徑則是紗線在其圓心處的寬度；中心軸轉(zhuǎn)換可以通過形態(tài)濾波的腐蝕算法實(shí)現(xiàn)，腐蝕算法從紗線的外側(cè)開始，在保持中心軸連續(xù)的前提下，順序的腐蝕掉紗線體，當(dāng)紗線沒有辦法被進(jìn)一步腐蝕的情況下，殘余的紗線體部分就是紗線中心軸，而中心軸上每個(gè)點(diǎn)接觸到腐蝕面時(shí)所經(jīng)歷的腐蝕次數(shù)則為其半徑；在取得紗線體幾何形態(tài)的中心軸表示方法之后，紗線的寬度可以通過對(duì)中心軸上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓的直徑累加并求平均值獲得。
全文摘要
一套基于雙面數(shù)字圖像掃描技術(shù)和數(shù)字彩色圖像處理技術(shù)的織物和紗線分析系統(tǒng)，硬件部分包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一臺(tái)用于織物結(jié)構(gòu)和顏色數(shù)碼掃描分析的平板式彩色掃描儀、一套用于將待測(cè)試樣夾持固定在掃描儀掃描平臺(tái)上的磁性平板式布樣夾持裝置；軟件部分包括四個(gè)用來分析和測(cè)試織物的組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密度、紗線顏色、紗線直徑和均勻度的算法模塊。本發(fā)明基于雙面數(shù)字圖像掃描和分析技術(shù)，運(yùn)用頻譜分析技術(shù)，網(wǎng)格化模型，基于標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色校準(zhǔn)和測(cè)量，紗線骨骼化中心軸提取等技術(shù)分別對(duì)紗線的交織狀態(tài)、紗線排列密度、色紗的排列模式和色彩、紗線直徑進(jìn)行分析和測(cè)量，建立了一個(gè)數(shù)字化，客觀化，標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量分析系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)織物分析的快速逆向反應(yīng)系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)D06H3/00GK1844550SQ200610067478
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者胡金蓮, 辛斌杰, 喬吉·巴休, 于曉波 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)