基于機(jī)器視覺的織物質(zhì)量檢測技術(shù)研究

0織物表面視覺質(zhì)量檢測手段在織物外觀的檢測技術(shù)中，在線檢測和在線檢測技術(shù)分為在線檢測和在線檢測。其中,在線檢測能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)中的質(zhì)量問題,對實施質(zhì)量監(jiān)控、提高生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用,但由于工業(yè)現(xiàn)場工作環(huán)境復(fù)雜,要求檢測實時性高等因素,目前成功的應(yīng)用范例較少;而離線檢測主要應(yīng)用在驗布工藝,通過對織物疵點的檢測來實現(xiàn)對織物表面疵點的識別和修復(fù)。從織物外觀質(zhì)量評價角度來看,由于織物外觀視覺質(zhì)量主要由織物組織、紗線細(xì)度、織物經(jīng)緯密度、織物緊度、織物表面疵點等要素所決定,因此,織物表面視覺的檢測實質(zhì)上就是對以上要素的檢驗。而國內(nèi)在織物表面視覺質(zhì)量檢測手段,基本上還是采用人工視覺,即:檢驗人員按照自己的經(jīng)驗完成對織物外觀質(zhì)量檢測和評定。而現(xiàn)行的織物檢測系統(tǒng)成本高且復(fù)雜,能真正應(yīng)用于實際生產(chǎn)并被市場接納的產(chǎn)品并不多。準(zhǔn)確提取織物中缺陷的相關(guān)特征參數(shù),并能夠判斷缺陷的類型是非常重要的。人的肉眼在最佳的情況下,只能檢測到60%的缺陷,并且織物的寬度不能超過2m,織物移動的速度不能超過20m/min。其中最為困難的是精確的找到疵點的位置和確定它們的類型。本文旨在針對傳統(tǒng)人工視覺檢測技術(shù)的缺陷,建立一種基于機(jī)器視覺的織物疵點檢測技術(shù)方案,該方案是在應(yīng)用機(jī)器視覺原理實現(xiàn)織物疵點在線檢測的基礎(chǔ)上,重點論述了織物疵點檢測流程、獲取織物特征的擬合方法、疵點特征提取流程、織物疵點分類與織物等級評定等關(guān)鍵技術(shù)的探討。為快速、準(zhǔn)確、有效地檢測織疵,提升檢測技術(shù)水平和加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量控制,具有十分重要的現(xiàn)實意義。1紡織生產(chǎn)中的織物檢測人工驗布的過程如圖1所示,從圖2人工驗布效率可以看出,當(dāng)疵點出現(xiàn)頻率過低或過多,人工檢測效率都是比較低下,而根據(jù)圖3織造廠織造效率分析可知隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,織物產(chǎn)量和效率逐年大幅度增加,但人工檢測效率提高并不明顯,不能滿足實際紡織工藝加工中織物檢測的需要。通過分析,不難發(fā)現(xiàn)人工檢測方法存在明顯的缺陷:一是由于檢驗人員注意力難以長時間集中,檢測效率低;二是檢驗人員的工作狀態(tài)會受到疵點頻率、疵點大小、類型以及工作環(huán)境等影響,檢測效果差;三是檢驗人員主要通過檢驗疵點來完成織物外觀質(zhì)量檢驗,如果需要對織物質(zhì)量做進(jìn)一步分析,在人工視覺條件下難以實現(xiàn)。然而,織物表面質(zhì)量是對織物質(zhì)量評價、分級和改進(jìn)工藝的重要依據(jù)。因此,尋找更為有效的檢測手段和方法勢在必行。從國外方面來看,雖然有相關(guān)的織物疵點檢測系統(tǒng),但是也僅局限于疵點檢測,并且通用性差、價格昂貴,不適合我國紡織工業(yè)的實際檢測需要,因此,有必要對織物表面視覺質(zhì)量檢測方法及檢測系統(tǒng)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。2毛羽點檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1圖像上傳裝置基于機(jī)器視覺工作原理,如圖4所示織物疵點檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。本系統(tǒng)由CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、光源、織物傳送裝置和計算機(jī)所組成。待檢織物通過變頻器及電機(jī)控制其在傳送裝置上的速度,當(dāng)待檢織物在工作平臺上移動時,工作平臺上的編碼器會陸續(xù)發(fā)出脈沖信號。此信號傳送至圖像采集卡,作為圖像采集的信號。圖像采集卡在接受到來自編碼器的信號后,隨即通知線型CCD攝像機(jī)取像。攝像機(jī)取像后將圖像傳送到圖像采集卡,再由采集卡送至程序中進(jìn)行處理。2.2圖像采集和傳輸由于線掃描CCD相機(jī)具有容易控制光源,且掃描的圖像具有連續(xù)性、能夠掃描高速移動的物體等優(yōu)點,在織物疵點檢測過程中,伴隨著織物的連續(xù)運動實時采集;且實際應(yīng)用中,為了節(jié)省成本,將降低對光源的要求,不采用特定的光源等原因,故本研究采用型號為pZ-22-02k40的DASLAPiranhaZ線掃描CCD攝像機(jī)。線掃描CCD攝像機(jī),采用Camera1ink傳輸方式。攝像機(jī)每像素尺寸大小為10μm×10μm,分辨率為2048個像素,采用兩個Tap的輸出方式,資料傳輸速率最大可達(dá)80MHz,最大的線掃描頻率為36kHz。2.3攝像機(jī)的特點本系統(tǒng)選用美國國家儀器公司(NationalInstruments)的PCI-1428卡。該采集卡是一款具有很高靈活性的圖像采集設(shè)備,它可以支持不同廠家生產(chǎn)的CameraLink攝像機(jī)。它具有以下特點:a)板載可編程的感興趣區(qū);b)象素抽取和圖像縮放;c)用于CameraLink攝像頭的基本配置和中等配置的圖像采集;d)4個查找表,256XS位;e)16MB板載內(nèi)存;f)標(biāo)準(zhǔn)CameraLink接線。2.4實行高效運行本文所有試驗用到的計算機(jī)為個人臺式電腦,配置為:AMDSempronProeessor2800+處理器,512M內(nèi)存,昂達(dá)X500顯卡。3在確定缺陷點的過程中確定織物特征的調(diào)整方法3.1同一種織物圖像的對比基于上述的檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計,疵點檢測流程如圖5所示。以往大部分利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行織物疵點檢測的方法大都基于實驗室條件,對拍攝角度、光照條件等環(huán)境有較高的要求,在實際生產(chǎn)中一般難以滿足這些要求。并且,在實際生產(chǎn)中不同的檢驗臺、乃至不同的攝像機(jī)所處的光照條件也難以做到完全一致。因而采用統(tǒng)一的正?？椢飯D像作為圖像處理技術(shù)的參照物很難得到令人滿意的結(jié)果。實驗發(fā)現(xiàn),如果采用一幅在實驗室條件下拍攝的合格織物圖片作為參照物,來處理在其它環(huán)境條件下拍攝的織物圖片,會造成大量的疵點誤判。因此,本系統(tǒng)采用同一拍攝角度、光照條件等環(huán)境下,即生產(chǎn)實際環(huán)境下的合格織物圖像作為圖像處理的參照物。對于同一種織物和每一攝像機(jī)機(jī)位,參照物圖像的采集和處理僅需進(jìn)行一次即可,因而并不影響疵點檢測的速度。在疵點檢測過程中,利用待檢織物圖像與參照圖像比較,突出疵點;最后將待檢織物圖像二值化并得到疵點的特征信息。3.2織物瑕疵點檢測方法由數(shù)字圖像的表示方法可知道,采集到織物上的一行圖像可以表示為灰度值的一維矩陣。通過實驗發(fā)現(xiàn),如果對采集到的灰度值進(jìn)行最小二乘法曲線擬合,得到的擬合曲線能夠反映合格織物和環(huán)境特征,可以作為疵點檢測的參照。因此,將采集得到的其它各行灰度值與擬合得到的值相減,即相當(dāng)于待檢測織物圖像與無疵點樣布圖像相減,可突出織物中存在的疵點。通過擬合方法得到參照與傳統(tǒng)的分別拍攝待檢測織物灰度值的一維矩陣。通過實驗發(fā)現(xiàn),如果對采集到的灰度值進(jìn)行曲線擬合,得到的擬合曲線能夠反映正?？椢锖铜h(huán)境特征,可以作為疵點檢測的參照。因此,將采集得到的其它各行灰度值與擬合得到的值相減,即相當(dāng)于待檢測織物圖像與無疵點樣布圖像相減,可突出織物存在的疵點。通過最小二乘法擬合方法得到參照與傳統(tǒng)的分別拍攝待檢測織物圖像和正常織物圖像相比,具有以下優(yōu)點。a)可消除分別拍攝待檢測織物和無疵點樣布圖像時,存在的光照、拍攝角度、硬件誤差等方面的差異。由于在分別拍攝時,拍攝條件存在不同,將導(dǎo)致所拍攝的無疵點樣布圖像不具有參考性,從而造成疵點的誤判。b)可消除織物紋理的影響,減少疵點的誤判?？椢锏募y理反映在圖像上為一條條具有波峰和波谷的周期性曲線。當(dāng)分別拍攝待檢織物圖像和無疵點樣織物圖像時,兩副圖像紋理很難對齊。如果待檢織物圖像的波峰與無疵點樣品圖像的波谷相減,將生成一個誤判的疵點。采用擬合的方法可以撫平織物的紋理,從而消除紋理的影響。c)可簡化織物疵點檢測操作過程,采用擬合方法,只需裝載織物一次。采用擬合方法,利用原始曲線與擬合曲線相減,得到的曲線為一條疵點處突出、背景平坦的曲線。然后利用闡值分割方法得到二值曲線,即可得到疵點的位置和寬度,從而根據(jù)各行之間疵點位置的聯(lián)系和各行疵點的寬度判斷出疵點的位置和種類。4變量提取與織物等級評價4.1提取缺陷屬性的過程當(dāng)掃描織物的時間達(dá)到一定要求時,可以對己掃描的織物進(jìn)行分析,得到該段織物中的疵點信息。分析的過程如圖6所示的流程圖。4.2緯向瑕疵點截面為接枝根據(jù)檢測過程的特點,將檢測出的織物疵點進(jìn)行如下分類:a)一般經(jīng)緯向比大于2則判斷為經(jīng)向疵點,反之則為緯向疵點;b)以經(jīng)向疵點為例,當(dāng)經(jīng)向疵點的緯向長度1~3個像素,分辨率為1mm/像素,而經(jīng)緯向比大于20,可以理解為缺經(jīng)、斷經(jīng)、稀經(jīng)、錯經(jīng)、粗經(jīng)等細(xì)長型的疵點。同樣的換成緯向疵點,當(dāng)滿足經(jīng)向長度1~3個像素,而經(jīng)緯向比小于1/20,可以理解為脫緯、斷緯、稀緯、粗緯等細(xì)長型的疵點;c)當(dāng)經(jīng)向疵點的橫向長度為大于5個像素,分辨率是1mm/像素,而經(jīng)緯向比大于20,可以理解為叉絞、褶皺色條、色檔壓痕等疵點。同樣的換成緯向疵點,經(jīng)向長度為大于5個像素,分辨率是1mm/像素,而經(jīng)緯向比小于1/20,可以理解為錯緯、稀弄等疵點;d)當(dāng)疵點緯向長度、經(jīng)向長度均大于5個像素,經(jīng)緯向比為1/2~3之間,可以理解為破洞、油污、起球、掛緯等疵點。4.3織物的瑕疵點評定根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)本色布布面疵點檢測方法GB/T17759-1999,本系統(tǒng)采用評分法對織物中存在的疵點進(jìn)行打分。織物等級的評定在完成整匹布的檢測后進(jìn)行?？椢锏拇命c的評分標(biāo)準(zhǔn)有4分制、10分制等。4分制評分和10分制評分分別見表1、表2。5織物瑕疵點檢測算法應(yīng)滿足的要求通過織物疵點的自動檢測實驗及對實驗結(jié)果的分析,筆者認(rèn)為織物疵點自動檢測要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,除在軟件方面需進(jìn)一步完善檢測算法外,在某些硬件部分及軟硬件結(jié)合部分還應(yīng)有特殊要求,這些要求可歸納為以下幾個方面。5.1保持移動過程的張力并不變動織物運動傳輸速度要非常均勻,在圖像采集區(qū)域,織物表面向前移動時絕不能有上下抖動的現(xiàn)象。另外,在織物的傳送移動過程中,織物表面要保持一定的張力且張力均勻,以使織物表面疵點充分暴露。由此,織物運動傳輸系統(tǒng)及傳動機(jī)件必須特殊設(shè)計。5.2織物圖像的cd織物圖像的采集是對運動的織物圖像連續(xù)均勻地掃描,要保證在整個幅寬的織物都能被CCD拍攝圖像,如果采用線陣CCD,則應(yīng)在布面幅寬方向安裝多個CCD攝像頭,分別拍攝一定寬度范圍內(nèi)的織物圖像,運動的織物經(jīng)攝像頭和圖像采集卡連續(xù)采集圖像,然后經(jīng)一定算法組成的數(shù)字圖像分析DSP模塊進(jìn)行處理。多個CCD同時拍攝圖像,還要通過圖像拼接,完成整個布面寬度的圖像采集,圖像采集卡如果能夠?qū)Χ嗦穲D像信號并行處理,則可以加快圖像采集和處理的速度。5.3透射后產(chǎn)生的光柵圖像采集過程中光線的方向、亮度、穩(wěn)定性等對采集的圖像有非常明顯的影響。均勻、穩(wěn)定、無閃爍的光源能保證采集更多細(xì)節(jié)的圖像信號,從而直接有利于最終的檢測效果。采用高頻率的鎮(zhèn)流器或直流光源可以消除光源的閃爍。另外,透射光源比反射光源可以增加圖像的對比度。對于比較輕薄的織物,透射光源和反射光源都能起作用,但當(dāng)檢測厚重織物時,透射光不能穿過織物,只能采用反射光源。5.4點檢出與織物表面標(biāo)記的聯(lián)動在織物疵點自動檢測系統(tǒng)內(nèi),還應(yīng)設(shè)有疵點檢出與織物表面標(biāo)記的聯(lián)動裝置,即疵點一經(jīng)檢出,在布面疵點位置應(yīng)加上標(biāo)記,以便對某些疵點進(jìn)行有效的人工修復(fù)。6織物瑕疵點檢測技術(shù)開發(fā)展望通過基于機(jī)器視覺的織物疵點測試技術(shù)探討,在織疵在線檢測難于實現(xiàn)的情況下,進(jìn)行離線檢測探索與實踐,對提高檢測技術(shù)水平、提高織疵檢