基于图像处理的梭织物密度分析检测

基于图像处理的梭织物密度分析检测

雷升1,徐舒曼2

温州方圆检验认证有限公司1温州市质量技术检测科学研究院2浙江温州325000

摘要：梭织物密度是一种单位长度，用于描述织物中经纬纱根数，分为经纬向密度，通常表示为根/10cm。作为织物物理性能的重要指标之一，织物密度直接影响着织物的外观、风格、功能(如透气性、耐磨性)等重要特性。

关键词：图像处理；梭织物密度；分析检测

本文介绍了一种基于图像处理的智能梭织物密度分析系统，通过取像装置采集织物样本图像，并使用算法模块自动标定、分割和矫正图像，计算图像中的经纬纱数量，最后使用实验结果管理模块将纤维根数换算为标准长度单位，自动测量织物密度。基于图像处理的梭织物密度分析系统能提供客观、稳定、可追溯的检测结果，为促进纺织品检测技术的提高和检测设备的智能化发展及改进提供技术支持。

一、梭织物概述

梭织物是指以经纬两系统的纱线在织机上按一定规律相互交织而成的织物。其特点是布面有经纬向之分。当织物的经纬向原料、纱支和密度不同时，织物呈现各向异性，不同的交织规律及后整理条件可形成不同的外观风格。梭织物主要优点是结构稳定，布面平整，悬垂时一般不出现驰垂现象，适合各种剪裁方法。适于各种印染整理方法，一般来说，印花及提花图案更为精细，织物花色品种繁多。

二、梭织物的组织

1、平纹组织。平纹组织及其组织参数平纹组织：由经纬纱一上一下相间交织而成的组织称为平纹组织。平纹组织是所有织物组织中最简单的一种。平纹组织的参数为：Rj=Rw=2Sj=Sw=±1。平纹组织在一个组织循环内有两根经纬纱交织，有两个经纬组织点。由于经组织点=纬组织点，所以平纹组织为同面组织。因其交织点众多，所以平纹组织织物的耐磨性较好且手感较硬。

2、斜纹组织。斜纹组织及其组织参数斜纹组织：经组织点(或纬组织点)连续成斜线的组织称为斜纹组织。斜纹织物的表面有经组织点(或纬组织点)构成的斜向纹路。斜纹组织的参数为：Rj=Rw≧3Sj=Sw=±1。另外，在斜纹组织的织物中，经纬纱的交织次数比平纹组织少，因而能增加单位长度织物中的纱线根数，在其他条件不变情况下，应比平纹组织的织物更加紧密。

3、缎纹组织。缎纹组织及其组织参数缎纹组织：单独、互不连续的经组织点(或纬组织点)在组织循环中有规律的均匀分布，这样的组织称为缎纹组织。缎纹组织的织物表面通常被有较长浮点(称为浮长)的纱线所覆盖，这时浮长短的另一系统纱线便不易在织物表面显现，所以缎纹组织的正反面有明显的区别。在织物单位长度内纱线根数相同下，缎纹组织是原组织中组织点最少的组织，要相距好几根纱才交织一次，所以手感最柔软，强度最低。缎纹组织的参数为：①R≧5(6除外)；②1

三、织物密度检测方法

织物密度是单位长度内纱线疏密程度的一个量化体现，是利用图像处理技术自动识别织物机构参数中一个经久不衰的热点。织物密度直接影响纺织产品的质量好坏和生产成本的高低，一直是纺织企业所关心的重点之一，同时也是人们的研究焦点之一，各种检测方法层出不穷。

织物密度检测目的旨在通过简单的计算或变换获得单位长度内纱线的根数，使其在实际生产中能被真正应用。具体的织物密度检测主要过程为先寻找到能分析出纱线根数的某种信息，然后通过各种分析或变换来获得能应用于织物密度检测的有效信息。目前，已经产生了许多成熟的织物密度检测方法，如自相关函数、灰度共生矩阵、傅里叶变换、小波变换等。近年来，虽然织物密度的检测方法变得越来越活跃，但基本上是在傅里叶变换或小波变换的基础上改进而来。由于织物纱线排列的不均匀性和织物组织的复杂性都给织物密度的检测带来诸多挑战，目前在理论研究和实际应用间还缺乏一套准确、适用性广、简捷的织物密度检测系统。

四、基于图像处理的梭织物密度分析系统

1、技术原理流程。基于图像处理的梭织物密度自动分析系统包括控制、算法、实验结果管理模块。具体步骤为：控制模块通过图像采集装置采集样本的高清实时图像，然后算法模块通过标尺目标自动标定，完成后分割织物样本图像，并使用直线检测方法对分割后的图像进行水平矫正，并对矫正后图像结果进行经纬纱的计数。使用测试结果管理模块换算标准单位长度的纤维数量，并自动输出织物密度测试结果。

2、标尺的标定与算法

①标尺的样品标定。将标尺放在待检查的织物样品上，使织物的纬纱尽可能平行于图像的边缘，用标尺将织物移动到高清生成待分析的数据，直到当前场景取图完成，并将获得的清晰图像输出到算法模块；算法模块的标尺标定算法单元自动标定并记录标定结果，然后取走标尺，标尺是单个像素对应的实际距离单位，单位为μm或mm。

②标尺图像的标定算法。标尺图像的标定是指基于图像中标尺的实际刻度，结合标尺图像的分辨率，换算每个像素对应的实际刻度值。每个单元格对应的长度为L mm，L是基于实际标尺的最小分辨率(如L=0.1mm)选择的，基于标尺的最小分辨力率得出完整单元格的数量为N格，单元格中对应的像素数量为M，其是基于成像设备的分辨率(如M＝1000个像素)选择的，然后可根据下式计算与标尺图像中的每个像素相对应的实际长度C。

式中：C——标尺图像中每个像素对应的实际长度，cm/像素；L——标尺的最小分辨率，mm；N——标尺图像中完整单元格数量，个；M——单元格相对应的像素数，像素。

3、图像的标注和分割。研究了梭织物密度检测中常见的两种织物结构(平纹、斜纹)，这两种结构都需根据织物的实际编织方式对织物图像进行数据标注。

数据标注完成后，算法模块通过深度学习方法对数据进行分割模型训练，并利用获得的分割模型对待测织物图像进行分割，得到分割后的二值图像。通过对比发现，梭织物密度智能检测系统可通过算法模块对不同织物样本采集的图像进行有效、准确的识别、采集和二值化处理，得到清晰的分割二值图像。

4、经纬向根数的计算方法。以纬向根数计算为例：在二值图(图1)中选择纬向上的一根纤维，并计算图中标记为A的方框中单元格数量(A方框区域表示行中所有完整的纤维区域)，表示为D(以个为单位)。A方框区域宽度为W(以像素为单位)，对应的纬向根数为D根。经向计算根数方法与纬向类似。

图1   二值图纬向根数计算方式示意图

5、数据结果的输出。试验结果管理模块将织物样本的经纬向密度的计数结果换算为以厘米（或英寸）为单位的相应根数，最终系统输出最终的经纬向结果。下式是在纬向上对应于1cm的根数计算。

式中：G——1cm对应的纬向根数，根/cm；D——二值图指定区域内与纬向纤维相对应的单元格数，个；W——二值图中指定区域内的像素宽度，像素；C——标尺图中每个像素对应的实际长度，cm/像素。

五、样品的取样和结果计算

根据GB/T 4668《机织物密度的测定》，按方法要求对试样进行准确取样，以保证试样的代表性及均匀性。由于织物的纺织工艺不可能完全均匀，从同一织物上不同位置获得的测量结果不可能完全一致。为了确保最终测量结果的客观性及准确性，试验对5个不同部分进行了多次测量，并计算出平均值，计算结果保留到小数点后一位。

六、测试结果和比对分析

选择10个梭织物样品，并使用系统和人工检测方法进行测试与比较。结果表明，两种检测方法的检测结果的相对偏差均在±5%以内，这表明智能分析系统与人工测试结果基本一致，适用于梭织物密度的分析和测试。需注意的是，对于编号为8、9、10的样品，随着经密的逐渐增加，与人工测试结果的相对偏差也增加，但结果仍在可靠范围内，表明该方法能满足织物样品从低密度到高密度的分析检测。

参考文献：

[1]郭斌.织物密度图像检测软件研究[J].中国纤检,2019(08):84-86.