[發明專利]基于線陣相機的編織紗線速度與長度的測量系統及方法

在審

• 申請號: 201810042875.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108132020A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 王清;黃冉;張國華;沈輝;張鳳生;王海峰;楊杰;梁梟龍
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G01B11/04
• 分類號: G01B11/04;G01P3/68
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

1.一種基于線陣相機的編織紗線速度與長度測量系統，其特征在于：包括線陣相機(1)、LED光源(2)及圖像采集卡(4)，所述的LED光源(2)和線陣相機(1)安裝在垂直于待測量的編織紗線(3)的卷繞方向，根據待測量的編織紗線(3)振動范圍設置LED光源(2)與編織紗線(3)的安裝距離。

2.根據權利要求1所述的測量系統，其特征在于：所述的LED光源(2)與線陣相機(1)安裝在編織紗線(3)的同側，所述LED光源(2)與線陣相機(1)采集位置的夾角小于15°，照射方向為線陣相機(1)在編織紗線(3)上的采集位置。

3.根據權利要求1所述的測量系統，其特征在于：設相機鏡頭與編織紗線(3)之間的距離為L，編織紗線(3)卷繞時軸向移動的速度為v，本線陣相機(1)與編織紗線(3)的距離應滿足L≤fd/kh，其中f是線陣相機(1)鏡頭的焦距，d是編織紗線(3)的直徑，h是線陣相機(1)像元尺寸，k是紗線像素數。

4.根據權利要求1所述的測量系統，其特征在于：為保證清晰成像，還應保證其中δ是容許的彌散圓直徑，F為光圈值，ΔL_min為景深最小值為。

5.一種基于權利要求1-4任一項所述的測量系統的測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：在現有的紗線卷繞裝置上裝配權利要求1所述的測量系統；

步驟二：調整線陣相機(1)參數，將LED光源(2)照射待測量的編織紗線(3)，通過線陣相機(1)采集光線照射位置編織紗線(3)圖像，并將采集到的原始編織紗線(3)圖像輸入到圖像采集卡(4)中；

步驟三：根據編織紗線(3)紋理具有周期性的特點，圖像采集卡(4)利用圖像處理技術對編織紗線(3)的原始時空圖像進行處理，提取編織紗線(3)的紋理特征，確定單幅圖像中的紋理數目n；

步驟四：圖像采集卡(4)根據提取的編織紗線(3)紋理數目以及線陣相機(1)采集圖像為時空圖像的特點，計算編織紗線(3)的卷繞速度以及長度。

6.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于：所述步驟三中所述的圖像處理為：圖像采集卡(4)中的FPGA圖像處理系統對線陣相機(1)采集到的原始編織紗線(3)的時空圖像進行濾波，二值化，形態學處理，從處理后的圖像中分割出編織紗線(3)的紋理，并測量編織紗線(3)的紋理數n。

7.根據權利要求6所述的測量方法，其特征在于：從二值化圖像中提取編織紗線(3)紋理數n采用連通區域法，即利用圖像處理的方法將編織紗線(3)的紋理區分開，每一個紋理就是一個連通域，通過查找連通域的個數計算一幅圖像中紋理數目。

8.根據權利要求7所述的測量方法，其特征在于：編織紗線(3)的卷繞速度的確定方法為：通過公式v＝ΔL/Δt＝nλ/Δt，其中，ΔL是一幅時空圖像中編織紗線(3)的移動長度，Δt是一幅時空圖像代表的時間，λ是編織紗線(3)一個紋理的長度，n是一幅時空圖像中連通域的數目，即編織紗線(3)的紋理數目。

9.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于：判斷編織紗線(3)二值圖像中存在的粘連區域的方法為：首先提取二值編織紗線(3)圖像連通分量的面積特征，并計算連通分量的平均面積m_a，經過訓練集，當單個連通分量的面積大于1.8倍的平均面積m_a時，就判斷這個連通分量為一個疑似粘連區域，然后對此連通分量進行形態學處理操作。

10.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于：對每幅圖像兩端處的連通分量進行如下單獨處理：計算采集圖像首尾兩列的像素值，若為0，則第一和最后一個連通分量數目都記為1；若不為0，則計算兩端的連通分量的面積m_o，并除以平均面積m_a，若m_o/m_a小于1，則連通分量的個數記為m_o/m_a；若m_o/m_a大于1，則連通分量的數目記為1并乘以一個加權系數κ作為補償，本發明經過采集紗線卷繞圖像，進行處理，通過訓練，選取補償系數κ＝0.89。