一种快速无损检测织物密度的检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及织物纤维检测技术领域，特别涉及一种快速无损检测织物密度的检测系统及检测方法。

背景技术

纺织行业在我国的国民经济中占据着重要的地位，经过几十年发展，我国已经由纺织大国步入了纺织强国。随着纺织产品出口额的增加以及人们对绿色纺织品的追求，纺织产品的质量管控要求越来越严格。

织物密度是指单位长度内纱线的根数，经向的单位长度的纱线根数称为经向密度，纬向的单位长度的纱线根数称为纬向密度。织物密度很大程度上能够反映出纺织品质量，因此在纺织品销售前，基本都需要对织物密度进行测定。

目前，纺织行业内测试织物密度且行之有效的标准方法主要有三种。第一种方法是手工拆分法，通常将一定长度(2～10cm)的织物通过人工拆开，并手动计算拆开的织物中纱线根数，最终换算得到10cm的纱线根数。第二种方法是测定织物在分析镜窗口内看到的纱线根数，并换算成指定长度内的纱线根数，第二种方法不适用于测定织物分析镜中，未能观察清楚窗口内所有纱线的织物，尤其是黑色织物和高密度的织物。第三种方法则是使用移动式织物密度镜法，通过人眼在放大镜下观测一定长度的纱线根数并换算成10cm的纱线数目，该方法不适用于使用移动式织物密度镜，且未能观察清楚标志线下所有纱线的织物以及密度不均匀的织物。

上述几种方法都需要测试人员具备良好的耐心，并且在测试过程，注意力高度集中。若测试样品数量较多或测试时间过长，则容易导致测试人员疲劳和松懈，因此人为因素带来的检测误差和失误，也没有办法追溯和核查。

由于手工拆分法在行业中应用最多，采用该方法检测纱线密度时，需要对检测的织物进行剪裁、采样等操作，破坏了织物。高端纺织品如蚕丝面料、羊绒面料以及纺织品文物具有珍贵的价值，因此，亟需借助无损检测技术，在不破坏纺织品的前提下得到所需的样品信息。此外，上述三种方法都是测定一定长度下的纱线根数，然后再折算成10cm长度的纱线根数，整个过程中会引入很大误差。比如手工拆分方法，在手工裁剪核对距离的过程中边缘部位的纱线很容易多算或者少算，假定裁剪长度为2cm的面料，在左右边缘则会多算1根纱线，换算成10cm面料的时候纱线的误差变成了10根。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种方便、实时且可追溯的检测系统及检测方法，旨在有效对待测织物的密度进行快速的无损检测。

为实现上述目的，本发明提出的一种快速无损检测织物密度的检测系统，包括：

用于对比待检测物的尺寸对比模块；

用于固定和调整待检测物安装位置的平台模块；

用于采集待检测物图像信息的图像采集模块；

用于根据图像采集模块收集的图像进行信息处理以及计算待检测物的织物密度的处理模块；

平台模块固定待检测物以及配合尺寸对比模块形成可用于实时检测的待检测物，图像采集模块根据操作人员目标检测位置，采集对应图像信息及实时备份存储数据，备份后的原始数据转移至处理模块，处理模块根据纤维的空间层转换，计算出指定范围内的待检测物的织物密度。

优选地，所述尺寸对比模块以可拆卸方式固定于待检测物表面，尺寸对比模块至少包括一个方向的刻度参考坐标系。

优选地，所述平台模块设有水平设置的三维调节平台，三维调节平台包括可上下拆卸相连的上平台和下平台，上平台和下平台内部共同形成球体容纳腔室，球体容纳腔室顶部设有顶部开口，球体容纳腔室内设有可相对转动的球体定位台，球体定位台上部向上穿过顶部开口，球体定位台顶面设有安装顶面，安装顶面设有若干个弹性夹。

优选地，所述上平台和所述下平台以三点顶紧方式对所述球体定位台外周面顶紧定位锁定。

优选地，所述下平台侧部设有下连接杆，下连接杆的一端与下平台侧部固定相连，而下连接杆另一端设有螺纹套与安装支架杆螺纹相连；所述三维调节平台上方设有上连接杆，上连接杆一端与安装支架杆螺纹相连，上连接杆另一端与所述图像采集模块螺纹相连。

优选地，所述图像采集模块包括镜头壳体、安装于镜头壳体顶端的拍摄相机以及设置镜头壳体底部的光源。

优选地，所述球体定位台相对所述球体容纳腔室至少具有一个自由度；所述上连接杆和所述下连接杆相对所述安装支架杆可精准地调整相连位置和高度升降。

优选地，所述图像采集模块对待检测物以一定比例参数进行放大拍摄若干照片，并将若干的照片以至少部分位置重复为基准进行重叠拼接相连，相邻两张照片中，重叠拼接位置织物纤维在结构延伸上为非断裂或非错位。

本发明还公开了一种应用所述的检测系统的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：所述处理模块接受所述图像采集模块传输的最终图像信息，处理模块根据被限定的检测区域，处理模块将检测区域的目标图像信息与原图像分割和分离，以一定比例参数进行整体放大；

步骤S2：通过若干个尺寸对比模块对最终图像进行边界限定，以限定出待检测物的实际检测边界；

步骤S3：将图像通过二维傅里叶变换至频域，再通过高通滤波对频率过高的图像信息过滤；

步骤S4：对经过高通滤波后的图像信息在垂直方向投影而获得一维的图像信息；

步骤S5：对一维图像信息通过一维傅里叶变换至频域；

步骤S6：遍历一维频域的极限点，对超出预设定阈值的极限点进行统计，根据图像采集模块输送的最终图像信息为准，限定图像的测量尺寸，并根据待检测物的尺寸和极限点数量，输出检测图像在水平方向上所包含的纱线条数以及每厘米的纱线条数。

优选地，所述步骤S2中，若最终图像与尺寸对比模块边界存在一定的偏转角度，根据最终图像的纱线密度为趋势并选定密度最大位置为最终图像的中心，以该中心将最终图像划分为若干子图像，并根据对应的每个子图像的偏转角度进行逆向旋转相同角度，相邻两个子图像的逆向旋转角度不相同或相同。

优选地，所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S41：对一维曲线信号R

步骤S42：求取各个IMF分量的平均排列熵M

步骤S43：对保留的IMF分量进行重构，即可以获得降噪后的信号。

本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：

本发明技术方案可克服现有技术缺乏对高密度织物进行快速、无损、准确检测，提供了一种快速无损检测织物密度的检测系统及检测方法，该方法不仅具有快速方便、不会损伤织物的优点，而且检测数据能够追溯、重现性好，在纺织纤维检测领域具有重要的应用前景，还可保障消费者的生命财产安全，而且可提升我国在纺织品检测领域方面的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明快速无损检测织物密度的检测系统的立体图结构示意图；

图2为本发明快速无损检测织物密度的检测系统的侧视图；

图3为本发明的平台模块的部分结构示意图；

图4为本发明的滤波的过程的工作原理图；

图5为本发明的信号的CEEMDAN分解图。

附图标号说明：

1、平台模块；11、上平台；110、顶部开口；12、下平台；13、球体定位台；131、安装顶面；132、弹性夹；；14、定位杆；15、下连接杆；151、第一螺纹套；21、上连接杆；211、第二螺纹套；212、第三螺纹套；22、镜头壳体；23、拍摄相机；24、光源；2、图像采集模块；3、安装支架杆；31、安装底板。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种快速无损检测织物密度的检测系统。

请参见图1至3，在本发明实施例的快速无损检测织物密度的检测系统包括用于对比待检测物的尺寸对比模块，用于固定和调整待检测物安装位置的平台模块1，用于采集待检测物图像信息的图像采集模块2；用于根据图像采集模块2收集的图像进行信息处理以及计算待检测物的织物密度的处理模块。

其中本发明实施例的检测系统中，通过平台模块1固定待检测物以及配合尺寸对比模块，以形成可进行实时检测的待检测物，操作人员可根据需求适应性地调整图像采集模块2的检测位置，以对待检测物的指定位置采集相应的图像信息，而在采集相应的图像信息后，再将图像信息进行实时备份处理，而备份后的原始数据转移至处理模块中，处理模块再根据待检测物的空间层转换，计算出指定范围内的待检测物的织物密度。

本发明的快速无损检测织物密度的检测系统的尺寸对比模块以可拆卸方式固定在待检测物的表面，并且尺寸对比模块至少包括一个方向的刻度参考坐标系。具体地，本实施例的尺寸对比模块为透明的标尺，粘贴于待检测物的表面，例如本实施例以4个标尺同时粘贴于待检测物表面，以将待检测物表面的待检测区域限定，通过依次相连且相互相交的4个标尺，能够围成用于检测待检测物的区域。

另外本发明的快速无损检测织物密度的检测系统，平台模块1设有水平设置的三维调节平台，三维调节平台包括可上下拆卸相连的上平台11和下平台12，其中上平台11内部和下平台12内部共同形成球体容纳腔室，球体容纳腔室顶部设有顶部开口110，且顶部开口110位于上平台11表面。球体容纳腔室内部设有可相对转动的球体定位台13，以调整待检测物的空间安装位置，球体定位台13上部向上穿过顶部开口110，并且球体定位台13顶面设有安装顶面131，安装顶面131设有三个弹性夹132，上平台11和下平台12之间通过上下连接的紧固件相连，并形成三维调节平台的主体结构。

为了实现对球体定位台13摆动后的位置锁定，上平台11的左侧和右侧分别设有侧部定位螺纹孔，侧部定位螺纹孔可分别螺纹相连过定位杆14，两侧的定位杆14同时向上平台11中心进行螺纹旋进，以对球体定位台13进行侧部锁紧定位，并且下平台12底部设有下部定位螺纹孔，螺纹相连的定位杆也可对球体定位台13底部进行锁紧定位，最终球体定位台13侧部同时受到顶紧作用力，以及在底部受到向上的顶紧作用力。

另外，下平台12侧部设有下连接杆15，下连接杆15的一端与下平台12侧部固定相连，而下连接杆15另一端设有第一螺纹套151，第一螺纹套151与安装支架杆3外周的外螺纹以螺纹相连，因此当下连接杆15带动整个三维调节平台相对安装支架杆3旋转若干圈，即可实现精准地调整垂直方向的尺寸变化。

安装支架杆3底部与安装底板31相连，此外，安装支架杆3上部同样设有外螺纹，三维调节平台上方还设有上连接杆21，上连接杆21一端设有第二螺纹套211，第二螺纹套211与安装支架杆3螺纹相连，上连接杆21另一端设有第三螺纹套212，第三螺纹套212与图像采集模块2的镜头壳体22的外螺纹相连，本实施例的图像采集模块除了镜头壳体22之外，还包括拍摄相机23和外置的光源24，其中镜头壳体22为上下方向设置且中心设有通孔的筒体结构，镜头壳体22顶端安装有拍摄相机23，通过拍摄相机23向下进行拍摄以采集待检测物的照片，为了提高拍摄到的图像信息更清楚，本实施例的镜头壳体22底部外周设有环状的光源24，以向待检测物提供光源照射。

因为使用CCD作为拍摄相机23，在图像采集过程可能会对待检测物拍摄若干照片，为了保证对待检测物拍摄图像的连续性，本发明实施例将若干的照片以至少部分位置重复为基准进行重叠拼接相连，相邻两张照片中，重叠拼接位置织物纤维在结构延伸上为非断裂或非错位。

优选地，本实施例的拍摄相机23采用带有拜耳式原色滤光片的CCD，如CFA101。

优选地，在本发明的其他实施例中，球体定位台12的上部可设置有中间板，通过中间板以将球体定位台12的上部和下部相互分离，并且中间板与球体定台12上部之间设有第一滑轨，而中间板与球体定位台12下部之间设有第二滑轨，而第一滑轨和第二滑轨可为X、Y方向的滑轨，从而使得放置于球体定位台12顶面的待检测物进行X和/或Y方向的移动，以方便不同位置的待检测物进行拍摄图像。

本发明还提出一种应用快速无损检测织物密度的检测系统的检测方法，

步骤S1：处理模块接受图像采集模块传输的最终图像信息，处理模块根据被限定的检测区域，处理模块将检测区域的目标图像信息与原图像分割和分离，以一定比例参数进行整体放大；

具体地，本发明实施例的检测方法中，拍摄的照片至少为两个，为了提高检测精度，通过将多个拍摄的照片进行合并为一个照片，并且将合成后的照片与预先设定的参考照片进行对比，若合成后的照片与参考照片完全不相同，则会启动的报警提醒且更换新的图片。

步骤S2：通过若干个尺寸对比模块对最终图像进行边界限定，以限定出待检测物的实际检测边界；

优选地，本实施例的检测方法中，若最终图像与尺寸对比模块边界存在一定的偏转角度，根据最终图像的纱线密度为趋势，并选定密度最大位置为最终图像中心，以该中心将最终图像分割为若干子图像，并根据对应的每个子图像的偏转角度进行逆向旋转相同角度，相邻两个子图像的逆向旋转角度不相同或相同，当相邻两个照片通过变形后符合要求后，将相邻的两个照片的内容重合相连。其中在图像分割时，可通过自动或手动方式进行图像分割，或根据图像所占比权重进行图像分割。

步骤S3：将图像通过二维傅里叶变换至频域，再通过高通滤波对频率过高的图像信息过滤；

优选地，通过二维傅里叶变换之前，将待检测图像的灰度调整为最大，并且相邻两个纤维线之间缝隙通过颜色变换而标注为与左右两侧的纤维线产生较大区别；

通过将合成后的图像进行二维傅里叶变换，可用于测量有图像合成单元生成的合成图像的频率特性。

请参见图4，具体地，对于数字图像的频谱来说，低频分量的分布反映了图像主体的基本形状，高频分量的分布反映图像的细节。由于待检测图像横向或者纵向的纹理容易受到低频噪声的干扰，结合傅立叶变换后的图像的能量分布，本发明实施例设计了高通滤波器，滤波器的公式如下：

公式中的低频端截止频率是r

步骤S4：对经过高通滤波后的图像信息在垂直方向投影而获得一维的图像信息；

请参见图5，具体地，下面需要对上述的一维曲线降噪，基于经验模态和排列熵的降噪方法，经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)算法对信号具有一定自适应性，但其模态混叠现象严重，影响信号分解的质量，导致某一个固有模态函数(IntrinsicMode Function，IMF)分量中包含不同尺度的信号，或者相似的尺度信号存在于不同的IMF分量中。通过向原始信号中添加两对相反的白噪声信号分别进行EMD分解，将分解的结果进行组合即得到最终的IMF。如果直接剔除前面几个高频分量后，直接将剩余分量进行重构可能会破坏信号的完整性。因此将原始信号分解为多个IMF分量后就面临信号分量选取的问题。

考虑到排列熵算法能够定量评估信号含有的随机噪声，还具有计算速度快、算法简单、抗干扰能力强等优点，为了在去除信号噪声的同时较好的保留信号中的有用信息，这里提出了一种降噪方法，其具体实现步骤为：

步骤S41：对一维曲线信号R

步骤S42：求取各个IMF分量的平均排列熵M

步骤S43：对保留的IMF分量进行重构，即可以获得降噪后的信号。

采用将一维曲线分解为不同尺度成分，得到的IMF分量如图5所示。接着计算出这些模态分量的平均排列熵，再依据前面所述的降噪方法可以去除信号波形中的高频噪声和近似直流成分，得到的重构后的信号波形。

步骤S5：对一维图像信息通过一维傅里叶变换至频域；

步骤S6：遍历一维频域的极限点，对超出预设定阈值的极限点进行统计，根据图像采集模块输送的最终图像信息为准，限定图像的测量尺寸，并根据待检测物的尺寸和极限点数量，输出检测图像在水平方向上所包含的纱线条数以及每厘米的纱线条数。

具体地，搜索频域内的极值点；为了避免低频干扰，通过par_num＝L/cm_pix进行纱线的数目进行限定。这里的cm_pix设定为160，意思是假设一厘米长度有160个像素点，L是图像的水平宽度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。