（纺织材料与纺织品设计专业论文）基于图像处理的黑板纱线条干检测[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

摘要 y 7 7 7 5 1 0 摘要 纱线条干是衡量纱条品质的主要指标之一，纱线条干的好坏不仅对纱线质量 评定有影响，还将影响整个企业的经济效益。多年来，国内外许多专家学者致力 于纱线条干的检测进行研究、不断的改进检测的方法和仪器，以便能更好的检测纱 线的条干状况。 本论文针对目光检测法检测黑板纱线条干具有随意性，缺乏客观性，只能做 定性检测，不能做定量检测，而且测试结果不易保存等一系列问题，利用计算机 数字图像处理技术结合先进的面向对象程序设计方法，克服目前目光检测的缺点， 开发出一套能够客观评价黑板纱线条干的应用软件，以提高纱线条干的检测水平。 本课题根据数字图像处理的原理利用t w a i n 工业标准，开发了通用扫描驱动， 进而实现了黑板纱线图像的采集，然后通过对采集来的图像进行一系列的处理运 算，如图像平滑、锐化、中值滤波、二值化、分割处理、腐蚀、膨胀、结构开、 结构闭等，最终得到一幅失真最小，目标信号和背景信号完全分离的图像。最后 研究分析纱线图像的外观特征，实现了纱线图像的特征提取和识别，并结合黑板 纱线的特点定义了粗节数、细节数、棉结数、c v 值、严重粗节数、严重细节数、 细节长度比等指标对黑板纱线条干进行定性测量。在对纱线条干评定时根据国家 对纱线评级的标准使用模糊最大优先相似比法对黑板纱线条干做出级别评定。同 时在软件中建立了标准样照数据库和分析结果数据库存储黑板纱线的图像和处理 结果，用户可以方便对实验结果的存取、查阅和统计。 本课题还通过大量的实验研究了亮度和对比度对图像处理中纱线的粗节数、 细节数、棉结数、c v 值、严重粗节数、严重细节数、细节长度比等特征提取的影 响，得到了一定条件下亮度和对比度变化时纱线特征提取的规律。另外通过软件 测试纱线条干和使用u s t e r 条干测试仪测试对比试验研究了单纱和股线( 双纱) 在使用两种不同测试方法测试的异同点，并分析两种测试方法得到结果异同的原 因。最后还通过工厂中专家的目光检测和软件测试对比试验进行纱线条干评级测 试，结果证明了软件的可行性。 关键词：条干检测图像处理黑板条干客观评价 a b s t r a c t t h et e s t i n go fb l a c k b o a r dy a r ne v e n n e s s b a s e do ni m a g et e x t u r ea n a l y s i s a b s t r a c t y a r ne v e n n e s si so n eo fm o s ti m p o r t a n tf a c t o rw h i c ha f f e c t sy a r nq u a l i t y ， y a r ne v e n n e s sn o to n l yi n f l u e n c e sy a r nq u a l i t y ，b u ta l s oa f f e c t se n t e r p r i s e e c o n o m yp r o f i t s i nr e c e n ty e a r s ，m a n ys p e c i a l i s t sb o t hi nc h i n aa n di nw o r l d a r ea b s o r bi nr e s e a r c h i n gy a r ne v e n n e s si n s p e c t i on ，i no r d e rt oi m p r o v ey a r n e v e n n e s si n s p e c t i o nt h e ym e n di n s p e c t i o nm e t h o da n di n s t r u m e n tc e a s e l e s s b e c a u s et r a d i t i o n a ls i g h ti n s p e c t i o nm e t h o df o r y a r ne v e n n e s so f b l a c k b o a r dh a sm a n yd i s a d v a n t a g e s ，s u c ha sb e i n ga tw i l l ，b e i n gs h o r to f i m p e r s o n a l i t y ，u n a b l et oi n s p e c tq u a n t i f i c a t i o n a l ，a n dt h ei n s p e c t i n g r e s u l tc a n tb es a v e de a s i l y o nt h eb a s i so fd i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g t e c h n i q u ea n dp r o g r a md e s i g n i n go fo b j e c t o r i e n t e dw ed e s i g nas u i to f s o f t w a r es y s t e mw h i c hc a na s s e s sy a r ne v e n n e s so fb l a c k b o a r di m p e r s o n a l l y i so p e n e do u ta n do v e r c o m et h ed e f e c t so fs i g h ti n s p e c t i o n t h et h e s i st a k ea d v a n t a g eo fs t a n d a r do ft w a i nd e v e l o pi m a g es c a ni m p o r t i nd e t a i1a c c o r d i n gt od i g i t a li m a g ep r o c e s s i n gt e c h n i q u e ，t h e nt h r o u g ha s e r i e so fm a t h e m a t i c so p e r a t i o no ni m p o r ti m a g e ，f o re x a m p l e ，d i l a t i o n ， s m o o t h n e s s ，s h a r p n e s s ，t h r e s h o l dd i v i s i o n ，e r o s i o na n ds oo n t h ep r o j e c t r e s e a r c h e da n dc o n f i r m e daw a yo fs e p a r a tin gy a r n sf r o mt h eb a c k g r o u n do f b l a c k b o a r d n e x tt h r o u g ha n a l y z i n ga p p e a r a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fy a r n ， c h a r a c t e r i s t i c so fy a r na r ed i s t i l l e da n dr e c o g n i z e d a n dd e f i n e ds u c ha s t h i c k n e s sn u m b e r ，t h i n n e s sn u m b e r ，n e p sn u m b e r ，s h a d o wa r e a ，t h i c k n e s sa n d t h i n n e s sl e n g t hr a t i oa n dc vv a l u et oq u a n t i f i c a t i o n a lt e s ty a r ne v e n n e s s a t l a s tb l a c k b o a r dy a r ne v e n n e s sc l a s s e sa r ea s s e s s e di na c c o r d a n c ew i t h p r o p e rm e t h o da n dn a t i o n a ls t a n d a r da b o u ty a r ne v e n n e s s a tt h es a m et i m e w ee s t a b l i s ha ni m a g ed a t a b a s ea n da na n a l y z i n gr e s u l t sd a t a b a s e ，w h i c ht h e y c a nb ec o m p a r e da ta n ym o m e n t ，a n di t i sc o n v e n i e n tt os u p p l yi m a g es a v i n g a n dr e s u l t sq u e r yf o ru s e r a l s ot h e p a p e r r e s e a r c h r e l a t i o n s h i po fc o n t r a s t ，b r i g h ta n d c h a r a c t e r i s t i c so fy a r n ( f o re x a m p l e ，t h i c k n e s sn u m b e r ，t h i n n e s sn u m b e r n e p sn u m b e r ，s h a d o wa r e a ，t h i c k n e s sa n dt h i n d e s s1 e n g t hr a t i oa n dc v v a l u e ) a r ed i s t i l l e dt h r o u g hl a r g en u m b e r so fe x p e r i m e n t a t i o n ，d r a wa c o n c l u s i o nt h er e g u l a t i o no fc o n t r a s t ，b r i g h ta n dc h a r a c t e r i s t i c so fy a r n i na d d i t i o n ，b yc o n t r a s te x p e r i m e n t a t i o no fs o f t w a r et e s ta n du s t e ry a r n e v e n n e s st e s t ，t h et h e s i sa n a l y s e st h er e s u l to fs i n g l e y a r na n dp l y y a r n f i n a l l yt h r o u g hs o f t w a r et e s ta n dt r a d i t i o n a ls i g h ti n s p e c t i o nm e t h o d c o m p a r i s o n ，p r o v ef e a s i b i l i t yo fs o f t w a r et e s t 。 k e yw o r d s ：y a r ne v e n n e s st e s t ，i m a g ep r o c e s s i n g ，y a r ne v e n n e s so fb l a c k b o a r d ， a s s e s s i n gi m p e r s o n a l l 绻论 i i 研究纱线条千不匀的意义 1 绪论 纱线条干不匀是衡量纱条品质的主要指标之一。纱线条干不匀不仅对纱线质量 评定有影响，还将影响整个企业的经济效益。因为纱线条干不匀会导致纱线的强 力降低、强力不匀和捻度不匀，从而增加纺纱过程的断头率。断头率的增加又将 直接限制机器速度和看台数量以及时间效率的提高，结果势必降低劳动生产率。 此外，纱条不匀是影响织物的外观质量的决定性因素，尤其是那些与布幅宽度成 倍数关系的周期波，甚至会降低织物的等级。与此相反，纱线均匀度好的纱线强 力大、强度均匀、纱线的断头率低；纱线均匀度好的织物布面平整、纹路清晰、 手感丰满、外观质量优良。因此研究纱线的条干不匀对于提高纱线质量、织物质 量、企业的生产效率和效益具有重大的意义。 1 2 目前纱线条干不匀的测试方法 测量纱条不匀的方法有多种，目前采用的主要有测长称重法、电容式条干仪 测量法、黑板条干( 目光) 检测法和电子检视板( e i b ) 检测。“2 m “” 1 2 1 测长称重法 测长称重法是测定纱条粗细不匀的最基本、最简便的方法，这种方法是按照 试验精度的要求，将被测纱条切割成所需数量的具有尽可能准确而相同的长度片 段，分别称重，然后计算不匀率指标。 1 2 2 电容式条干仪测量法 电容式条干仪测量法中应用最为广泛的是乌斯特条干均匀度仪，是应用电容 原理检测纱条不匀率的一种电子仪器。电容式条干仪的条干c v 值是用仪器测试 的，快速、稳定，并能定量的反映纱线不匀的程度，同时还能获得“不匀曲线”、 “长度变异曲线”以及“波谱图”等质量信息，以适应不同要求的不匀分析。 1 2 3 黑板条干检测法 黑板条干检测法又称为目光检测法，用黑板条干检验法来评定纱线的条干不 匀，这是被列为国家标准的检验项目之一的检验方法。这种评定方法是将纱线用 1 绪论 专用仪器按一定密度均匀的绕在一定舰格的黑板上，然后将此黑板襁一定光照条 孛下与标准撵叛对毙，摄握罴叛上纱线形藏瓣影豹深浅，爨影嚣耪懿太小，耀节、 细节、棉结等疵点的大小和数量的多少，以及是否宥严重疵点如粗节、细节、竹 节移严重趣律犍条于不匀等藏援，综会评定纱线鑫缀。 黑板条干检测法能比较全面的表达纱线条千的优劣，它不仅能点观、方便的 定缝爱浚缪线短片段鹩不匀穗况，蔼氨可嚣缎辨纱线条子不匀酶其体内容，麴阴 影、云斑、雨状及肋条等，述可具体分辨出纱线上的粗节、细节、竹节、笔羽及 稳结，分辑造残不匀豹臻因，颈溅毒谣震量，提供甏辩设诗依螽，矮予工慧上豹 改进，在实际嫩产中得到了广泛的应用。 1 2 4 电子检视板( e i b ) 电子检税椴( e i b ) 检测麓蟊前一种比较新的纱线条干测试方法，它是由美国 劳森公司( l a w s o n - h e m p h i l l ) 利用c c d 技术开发出的，e i b 包括一个线形扫描摄 像头、一个照明系统、一个c t t 恒定张力纱线供送系统和一台微电脑。他的工作 原理韪利用c c d 数字摄像技术对供纱系统输入的纱线进行扫描，再将得到的信息 输入魄脑，通过数字港学分析和配套髂软件送行数据处理。用户可获得纱线的辩 观图像( 包括粗节、细节、棉节等纱疵的尺寸和数量蒋) 、纱线的直径和直径变化 鞠线等。 1 0 数字图像处理羧零在绕绣梭溯上豹液用及发展趋势 l 。3 。1 数字鋈豫娃瑾捩零在绣缀裣溅上豹痉蔫 嚣蕊，黧像处理态纺织梭浏鲍应惩主要爨孛在纾维誊| 糕魏性能捻溅、半裁晶 棉网的质量检测、纱线的质量检测及织物性能检测。嶷体情况如下：”m 1 ( 1 ) 绎维挂料憋能测试鹣内容蠢：纾缎卷鳇度与卷蝰嚣努率、擎袋长瘦卷 曲数、卷曲角等参数；羊嘏纤维的纵向鳞片( 纹理) 分析；麻棉纵向 形态分辑与窳梅混纺毖蛉寝量；羊毛缨度与摸囱形态参数麴测试；接 纤维成熟度的测试。 ( 2 ) 半巷晶褊嬲的质量捡测的连客有：拣网均匀度懿捻测以及端结杂震含 量的检测。 ( 3 ) 纱线的质擞检测的内容有：提纺纱的结槐期性能熬检测；纱线条于均 匀菠的检测；混纺纱线的混合不匀检验。 ( 4 ) 织物性能捻测内容夜：织物组织结构分柝；织物瘢点检测、分类及对 1 绪论 识别：织物悬垂性测试与计算机图形学重建显示；评估织物的折皱等 级；非织造布纤维网中纤维取向度的测试与均匀性分析；非织造布纤 维网瑕疵的测定；非织造布的空洞大小、形态分析等。 1 3 2 数字图像处理技术在纺织检测上的发展趋势 随着计算机技术和数学理论的不断发展，计算机图像处理技术将向深度和广 度进展，主要的发展趋势为：静态测试向动态检测发展；二维检测向三维测试开 拓，从二维图像处理向三维图像重建发展；单参数的检测向集散系统发展；黑白 图像分析向真彩色图像分析过渡；在线质量检测成为发展的重要方向。”1 1 4 课题的提出和内容 1 4 1 课题的提出 通常纱线条干检测指标有纱线的粗结、细节、竹节、琵羽、棉结、c v 俊、平 均直径、严羹粗结、严重细节、周期性不匀簿。但对于上聪的几张纱线条千测试 方法来说这然检测方法各有熊缺点，各种测试方法的缺点分剐如下： ( 1 ) 猕重法的缺点是测试人工工作量太大，比较麻烦。因此，这种方法仅 对要求准确度较高的研究工作或校正其它测定不匀率仪器的读数时才 被应用。 ( 2 ) 电容式条干仪氇存在着不容忽视的不足之处：测试值的精确性爱铡试 条件( 大气状态、试样的历史回潮条件、调湿处理的时间等) 影响； 电容式条千仪的条干c v 值只能表示纱线的租细不匀稷度，不能反映 纱线不匀的结构；电容式条干仪的条干c v 值只考虑了纱线不匈程度 的平均德，对于纱线上出现的不同特征的非规律性不匀波，往往得不 到应有的反应，即忽视了纱线不匀的离散特征，而纱线的这种 规律 校不匀实际上对布面条干是有稻当影晌的。8 ” ( 3 ) 目光检测法这种检验主要依赖检验人员的感官进行，采用目光评比， 魏法受人为因素影响较大，检验入员对标准掌援豹熟练程度、本身生 理条件的变化、客观环境的不同等因素，都将崴接影响检验结果的正 确往。戮忿其有随意往，缺乏客蕊往，蓬复往麓，只能骰定性检测， 不能做定量检测，而且测试结果不易保存。“川 ( 4 ) 魄予检谠叛( e i b 酌缺点是它不髓反浃懑纱线的周期稳不匀，薅外它 的纱线评级标准是美国的标准，不符合我国的纱线评级标准。 1 ” 1 绪论 然而随着计算机技术的飞速发展，数字图像处理技术以其识别目标快速、准 确、直观反映物体的信息目前被广泛的用于各个行业。特别是在纺织检测中数字 图像处理技术可以减少人主观上的干扰，也可以改变目测识别时的效率低下。因 此将纱线条干检测计算机化，充分利用数字图像处理技术以克服检测的缺点，提 高纱线质量检测的水平，就成为学术研究的一个重要课题，并具有很大的经济效 益。 1 4 2 课题的内容 本课题的主要目的是利用计算机数字图像处理技术，结合先进的面向对象程 序设计技术，开发出一套能够将传统目光检测法改进为基于图像处理的纱线条干 检测，达到用量化指标客观评价黑板纱线条干的应用软件。 本软件所能使现的功能有： ( 1 ) 实现对黑板纱线图像的采集，并结合数字图像处理技术，能够对图像 进行常规的处理，如图像增强、修补、除噪等使图像能更好的反映纱 线的条干情况。 ( 2 ) 可以对黑板纱线图像进行二值化、腐蚀、膨胀、结构开、结构闭、细 化、边缘检测、轮廓提取等运算，以便能分析和提取纱线的粗节、细 节、棉结、竹节、阴影面积等特征指标。 ( 3 ) 利用合理的算法分析得到的纱线特征情况，并结合实际情况和国家标 准对纱线的质量做出评估。 ( 4 ) 建立图像和纱线特征数据库，保存图像和数据，也可以随时方便的查 阅和输出数据。 4 2 纱线蓥缘她壤魏基本知谖 2 纱线图像处理的基本知识 2 1 数字图像的基本知识 2 1 1 位图图像与矢量图像 图像可分为位图图像和矢量图像。位图图像是以记录屏幕上图像的每一个黑 白或彩色的像素来反映图像，它是由数字阵列信息组成，用以描述图像中各个像 素的强度与颜色。位图适合于表现含有大量细节的画面，如明暗变化、多种颜色 等，可直接、快速地在屏幕显示出来。矢量图像是用一组指令集合来描述图像的 内容，这些指令用来描述构成该图像的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等图的 位置、维数和形状。两种图像的主要区别是矢量图在任何解析度下输出同样清楚， 位图则在正常情况下显示的色彩饱和度好一点，但放大后清晰度变差“。本课题 所研究的对象是位图图像。 2 1 2 图像处理中的分辨率 在图像处理中分辨率是一个让人感到容易混淆的概念，常用的分辨率有图像分 辨率、打印机分辨率、显示器分辨率、扫描仪分辨率等。“ ( 1 ) 图像的分辨率以每英寸的像素数目度量，以p p i 为单位( p i x e l sp e ri n c h ) 。 像素是可在屏幕显示的最小元素，与屏幕大小无关。在同样的显示尺寸下， 高分辨率的图像包含的像素比低分辨率图像的要多，因此其中的像素尺寸 相对来说较小。例如：1 英寸见方的图像，在7 2p p i 的分辨率下包含了5 1 8 4 个像素( 7 2 * 7 2 ) 。高分辨率的图像通常比低分辨率的图像包含更多的细节和 敏感的颜色转变。其位图文件的大小与图像的总像素尺寸是成比例的。高 分辨率的图像要开销更多的磁盘空间，图像处理与输出也需花费更多的时 间。 ( 2 ) 打印机分辨率是打印机可表示色调和颜色的能力。与图像分辨率不同，打 印机分辨率以每英寸墨点的数目来度量，以d p i 为单位( d o t sp e ri n c h ) 。 高分辨率照排机等输出设备的分辨率也常以每英寸线数来度量，以i p i 为 单位( 1i n e sp e ri n c h ) ，简称为线频率( s c r e e nf r e n q u e n c y ) 。普通激光打 印机有3 0 0 “6 0 0d p i 的输出分辨率，高档一些的能以1 2 0 0d p i 打印。具有 较高d p i 的打印机能产生较平滑和清晰的输出。 ( 3 ) 显示器分辨率通常由每英寸像素数或点阵数来度量，以d p i 为单位( d o t s p e ri n c h ) 。显示器分辨率依赖于显示器的尺寸以及显示器的像素设置。显 示器的典型分辨率约为7 2 d p i 。在p h o t o s h o p 等图像处理软件中，图像的像 素被直接转化成显示器的像素( 或点阵) 。因此当图像分辨率高于显示器分 辨率时，屏显图像大于它指定的输出尺寸。例如：在一个7 2 d p i 的显示器 上显示一个1 英寸见方1 4 4p p i 的图像，它看起来会有2 英寸见方大小。 ( 4 ) 扫描分辨率通常以每英寸点阵的数目( d p i ) 来度量。扫描仪分辨率的高低决 定了扫描仪所能记录的图像的细致程度。通过扫描软件，扫描的点阵可直 接转化成图像的像素。因此扫描分辨率越大，获得的图像文件也越大，需 要更长的时间、更多的内存。扫描仪的分辨率指标通常有两个，光学分辨 率与插值分辨率。光学分辨率是扫描仪的实际分辨率，它是决定图像清晰 度和锐利度的关键因素，而插值分辨率则是通过软件运算的方式来提高分 辨率的数值，对扫描黑白图像或放大较小的原稿等工作具有一定应用价值。 2 1 3 图像的格式 常用的图像文件格式有b m p 格式、j p e g 格式、t i f 格式、j p e g 2 0 0 0 等格式。 由于本软件采用b m p 格式作为图像处理的基本格式，所以我们就重点介绍b m p 格 式，其它格式则简单介绍。各种格式的具体情况如下：“” ( 1 ) b m p 格式是微软为w i n d o w s 操作系统设置的标准图像格式，随着w i n d o w s 操作系统的在p c 机上的流行，b m p 文件格式成为最流行的格式。b m p 可以 包含每个像素点1 位元、4 位元、8 位元或2 4 位元的图形。其中1 、4 、8 位元图形有彩色映像，2 4 位元表示全彩色，b m p 最多可可以描述3 2 位彩色， b m p 通常是一非压缩方式存储的。b m p 文件大体上分成四个部分，如下图所 示。 位图文件头b i t m a p f i l e h e a d e r 位图信息头b i t m a p i n f o h e a d e r 调色板p a l e t t e 实际的位图数据i m a g e d a t a 图2 - 1 位图文件结构示意图 第一部分为位图文件头b l t m a p f i l e h e a d e r ，是一个结构，其定义如下： t y p e d e fs t r u c tt a g b i t m a p f i l e h e a d e rf w o r d b f t y p e ； d w o r db f s i z e ； 6 2 纱线图像处理的基本知识 w o r db f r e s e r v e d l ： w o r d b f r e s e r v e d 2 ： d w o r db f o f f b i t s ， lb i t m a p f i l e h e a d e r ： 其中：b f t y p e 为指定文件类型，必须是o x 4 2 4 d ，即字符串“b m ”。也就 是说所有b m p 文件的头两个字节都是“b m ”。b f s i z e 为指定文件大小，包括 这1 4 个字节。b f r e s e r v e d l ，b f r e s e r v e d 2 为保留字，不用考虑。b f o f f b i t s 为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数。 第二部分为位图信息头b i t m a p i n f o h e a d e r ，也是一个结构，其定义如 下： t y p c d e fs t r u e tt a g b i t m a p i n f o h e a d e r d w o r db i s i z e ； l o n gb i w i d t m l o n g b i h e i g h t ； w o r db i p l a n e s ： w o r db i b i t c o u n t ； d w o r d b i c o m p r e s s i o n ： d w o r d b i s i z e i m a g e ； l o n g b i x p e l s p e r m e t e r ； l o n gb i y p e l s p e r m e t e r ： d w o r d b i c l r u s e d ； d w o r d b i c l r l m p o r t a n t ； b i t m a p i n f o h e a s e r ： 戴中：b i s i z e 为指定这个结构的长度，为4 0 个字节。b i w j d t h 为指定 图像的宽度，单位是像素。b i h e i g h t 为指定图像的高度，单位是像素。 b i p l a n e s 必绥怒l ，不臻考惑。b i b i t c o u n t 为指定表示凝鼋越要矮戮静整 数，常用的值为l ( 黑白二色图) ，4 ( 1 6 色图) ，8 ( 2 5 6 色) ，2 4 ( 岚彩色 图) 。新的b m p 格式支持3 2 位骰，这里就不讨论了。b l c o m p r e s s i o n 为指定 位鬻是否压缓，蠢效懿焦为b i r g b ，b i - r l e 8 ，b i r l e 4 ，b i _ b i t f i e l d s ( 都 是一些w i n d o w s 定义好的常羹) 。要说明的怒，w i n d o w s 证图可以采爝r l e 4 和r l e 8 的压缩格式，但用的不多。我们今晒所讨论的只是第一种不压缩的 情况，即b i c o m p r e s s i o n 为b i r g b 的情况。b i s i z e l m a g e 为指定实际的位 爱数据占矮瓣字节数，其实穗可班簌班下瓣公式中诗冀穗来： b i s i z e l m a g e = b i w i d t h 女b i h e i g h t 2 纱线嘲像处理的赫本知识 要注意的怒：上述公式中的b i w i d t h 必须是4 的整数倍( 所阱不是 b i w i d t h ，恧是b i w i d t h ，表示大于或簿予b i w i d t h 熬，最接= l 匿4 豹整绩数。 举个例子，如聚b i w i d t h = 2 4 0 ，则b i w i d t h ；2 4 0 ：如果b i w i d t h = 2 4 1 ， 则b i w i d t h = 2 4 4 ) 。如果b i c o m p r e s s i o n 免b ir g b ，刚该颈可戆受零。 b i x p e l s p e r m e t e r 为指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的像素个数。 b i y p e l s p e r m e t e r 为指定最拯嫒冬的囊蓬分辨搴，单僚是每米弱豫素个数。 b i c l r u s e d 为指定本图像实际用到的颜色数。如果该慎为零，划用到的颜色 数为2 她b i b i t c o u n t 次方。b i c l r l m p o r t a n t 必据定本图像孛重要熬颜惫 数。如果该值为零，则认为所有的颜色都是重簧的。 第三部分为调色投p a l e t t e ，当然，这璧是对那些霉要调色扳的垃图 文件而畜的。有些位圈，如真彩色图，前面已经讲过，是不需鞭调色板的， b i t m a p i n f o h e a d e r 后囊接是位图数据。调色扳实际上是一令数组，共套 b i c l r u s e d 个元素( 如果该值为零，则商2 的b i b i t c o u n t 次方个元素) 。数 组中每个元素的类型是个r g b q u a d 络橡，占4 个字繁，其定义如下： t y p e d e fs t r u c tt a g r g b q u a d b y t er g b b l u e ： 该颜色的簸色分擞 b y t e r g b g r e e n ；该颜色的绿色分量 b y t er g b r e d ； 该颜色的红色分量 b y t e r g b r e s e r v e d ；保留值 ) r g b q u a d ； 第滔部分就鼹实舔鹩蔺像数据了。辩于用到调色板韵位闰，髑像数掭就 楚该像豢在调色板中的黛目l 值。对于囊彩色图，鼹像数据就是实际的r ，g ， 转篷。下箍对2 骰、i 6 镶、2 5 6 色位蓠和真彩截继图分踟介绍。对于2 甑位 圈，用l 位就可以表示该像素的颇色( 一般0 袭示黑，l 表示囱) ，所以1 个字节霹骚表忝8 夸像素。对于1 6 色戳强，掰4 整可潋表示1 个像素瀚颜 也，所以1 个字节可以衮示2 个像素。对于2 5 6 色侥烈，个字节剐好霹 豁表示1 个豫素。对予襄彩琶强，三个字节才能表示一个像素。 下面再介绍一种比较特殊的b m p 位圈灰度图。敷度图( g r a y s c a l e ) 怒据只禽瘫疰髂惠，不禽色彩髂怠静墅像，藏像我稍平时看翔巍废亩暗蓟 明的黑自照片，嶷度变化是连续的。因此，要袭示灰艘圈，就鼹要把亮度 蕊送行囊纯。遁豢楚分藏e 2 s s 莛2 5 6 仑缀剐，0 最路( 垒黑) ，2 5 5 激亮 ( 全白) 。b m p 格式的文件中并没有灰度圈这个檄念，但是我 f 可以很窬易 她薅b m p 文咎慕表示获发霪。方法蓬蔫2 5 6 色煞调色扳，灵不过这个诵色 檄有点特殊，每一项的r g b 值都是相同的，也就是说r g b 值从( 0 ，0 ，0 ) ， 2 纱线图像处理的基本知识 ( 1 ，1 ，1 ) 一直到( 2 5 5 、2 5 5 ，2 5 5 ) 。( 0 ，0 ，o ) 是全黑色，( 2 5 5 ，2 5 5 ，2 5 5 ) 是全白色，中间的是灰色。这样，灰度图就可以用2 5 6 色图来表示了。 灰度图使用比较方便。首先r g b 的值都一样。其次，图像数据即调色板 索引值，也就是实际的r g b 的亮度值；另外因为是2 5 6 色的调色板，所以 图像数据中一个字节代表一个像素。如果是彩色的2 5 6 色图，图像处理后 有可能会产生不属于这2 5 6 种颜色的新颜色，所以，图像处理一般采用灰 度图。我们再对纱线黑板图像进行处理时也都是针对2 5 6 级灰度图的。 ( 2 ) j p e g 格式也是一种广泛被使用的图像格式，它在实际中使用的是j f i f 格 式，由于j f i f 格式直接使用j p e g 标准为应用程序定义的许多标记，因此 j f i f 格式成了事实上j p e g 文件交换格式的标准。j p e g 的每个标记都是由2 个字节组成，其前一个字节是固定值o x f f 。每个标记之前还可以添加数目 不限的o x f f 填充字节( f e l lb y t e ) 。下面是其中的8 个标记： s o io x d 8 图像开始 a p p oo x e o j f i f 应用数据块 a p p no x e l 一o x e f 其他的应用数据块( 1 1 ，l 1 5 ) d q to x d b 量化表 s o f o o x c o 帧开始 d h to x c 4 霍夫曼( i t u f f m a n ) 表 s o s o x d a 扫描线开始 e o i o x d 9 图像结束 ( 3 ) t i f 格式的主要优点燕适用于广泛的虚用程序，它与电脑结构、操作系统和 图像处理豹疆羚无关，它麓鞋处理彩色、黑警和获度图，允许使薅l 者锌对 一个扫描器、显恭器、或打印设罄进抒调整。t i f 辏式具窍防错性能，嚣此 对于媒体之间的数据交换怒最饿选择。它的缺点是需要程序设计进行图像 翻译。 ( 4 ) j p e g 2 0 0 0 格式是新豹静止胬像毯缩国际标准，英功能强大，效率卓绝，受蓟 广泛关注。宅毂优点是：能实理无擐搓壤 误豢稳定性栽好，运行平稳，获 干扰性好；能实现渐进传输，即可先健输图像的轮廓再传输数据；r o i 即感 兴趣区域，可以指定感兴趣的区域然后可阻在压缩时定义图像质量域在恢复 图像对指定解压缩的要求。 2 。2 纱线图像的处理艨理 采用图像巯理和图像的谈剐授术对纱线条干的均匀度进行判别，可以方便的 9 2 纱线图像处理的基本知识 进行纱线的特征提取和级别判定。从它们的最基本的功能特征出发，纱线图像的 处理原理模型如图2 2 所示。“6 3 1 图像获取 上 2 图像预处理 上 3 图像特征提取 上 4 判别函数训练 上 5 判别函数 上 6 纱线判别结果 图2 - 2 纱线图像的处理原理 圈2 2 中第一模块是图像的获取。它是利用工业界的t w a i n 标凇设计开发出 支持t w a i n 懿设备( 热扫挞仪、数羁艇毫睚i 、数字摄像壤等) 豹驱动，逶过驱动这 些设备从而得到纱线的图像。 第二模块憝图像联处理。窀鲍睡豹是逶避慰褥到藤始匿像进磐一系列的数学 运算( 如膨胀、腐蚀、歼运算、闭运算簿) ，最终得到幅失巍最小，目标信号和 背景信号完全分离的黧像。 第三模块是图像的特征提取。首先提取预处理后的图像巾备目标信号的特征 量，然慝再报掇识别模型对目标信号进行识别。图像提取和识嬲的糁镊鸯：糕绩、 细节、竹节、魄羽、棉结、c v 值、平均赢径、严重粗结、严熏细节等。 第四、五模块是搬上恧褥到的纱线特征秘用其他测试方法赝褥到的纱线特征 进行比较，然艏调整程序中的薄法，燎终找到一个合适的测试和评寇纱线条干检 测的算法。 l o 2 纱线图像处理的基本知识 第六模块对纱线条干的特征和质量进行评定，得出结果，存入数据库并输出。 3 纱线整像瓣获敢 3 纱线图像的获取 数字窝像懿获褥有多耱渠道，篦鲡c c d 摄像穗、数字照相疆、扫描纹等等， 但所有这些方式都是基于t w a i n 的标准上的，所以我们首先介绍一下t w a i n 。 3 1t w a i n 标准 3 1 1t w a i n 的来由 随着各种扫描仪、数字相机和其他图像获取设备的出现，用户常常希望把图 像和文档结合起来，获得更好的效果。然而，早先支持显示和维护光栅数据的应 用程序针对每种图像获取设备都需要设计用户界面、设备驱动程序当设备不断 升级时，应用程序也要进行相应的修改这种维护的代价很高因此，图像获取 设备开发商和应用软件开发商都意识到需要在设备和应用之间定义一个标准的通 信协议，一方面使设备能被更多的应用程序支持，另一方面应用程序不需要修改 就能支持更多的设备或设备的更新，这个协议不仅使双方受益，而且也使用户受 益。t w a i n 就是在这种追求一致性和简单性的背景下产生的。首先在1 9 9 1 年由五 家公司a 1 d u s ，c a e r e ，e a s t m a nm o d a k ，h e l e t t - - p a c k a d 和i o g i t e c h 发起成立了 t w a i n 工作小组、旨在提供一个开放的、跨平台的光栅输入设备和应用软件互连解 决方案，后来该组织又有多个新成员加入，如a d o b e 、h o t e k 、c a n o n 、f u j i t s u c o m p u t e rp r o d u c t so f & a e r i c a 、i n t e l 、r i c o bc o r p o r a r t o n 、a n dx e r o x 等。1 9 9 8 年，t w a i n 工作小组和微软公司达成协议，将t w a i n 的功能模块集成w i n d o w s 9 8 和 w i n d o w sn t 中，成为w i d o w s 静止图像应用开发接口( s t i ia p i ) 的一个组成都分。 这为t w a i n 的进步广泛应用奠定了良好基础。目前t w a i n 组织已推出了该标准 的1 9 版本。“” 3 1 2t w a i n 的构成元素 t w a i n 定义了图像输入设备和应用软件进行通信的软件协议，t w a i n 包含三个主 要元素：应用软件、数据源管理器和数据源。其构成如下图3 1 ：2 ” ( 1 ) 应用软件：需要获取图像的图像处理软件或其它处理软件，这些应用 软件在开发是要遵守t w a i n 协议。如p h o t o s h o p ，w i n d o w s 自带的图像 处理软件等。 ( 2 ) 数据源管理( d a t as o u r c em a n a g e r ) ：这部分软件包含在网t w a i n 开 发工具包中，它负责管理应用软件和图片源之间的交互通讯，通常会 3 纱线图像的获取 与应用软件或设备驱动软件一越免费的提供给最终用户。 ( 3 ) 数握源( d a t as o u r c e ) ：雳于按澍鹜片获取设餐，逶鬻这部分软终壹 设备开发商按照t w a i n 标准开发，一般会包含在设备的驱动软件中。 成耀软件 数据源管理软转鬻玲瀑管理软谗 s c s i1 3 9 4 并叠 接口 图3 - 1t w a i n 瓣三元豢 t w a i n 标准以数据源管理器为中心，分别为应用裰序与数据源提供了开 发接口，并定义了一个会诿过程寒实现蹋像输入。t w a i n 在秀个层瑟闯定义了 两类函数d s m _ e n t r y 0 和d s e n t r y 0 ，用以完成不同层筒间的参数传递和信息 交换。还窍t w a i n 瀵息葶鞋廒用程序的消爨睫瘦函数宠成这个会话过程。按照这 个会话过程，应用程序可以通过数据源管理器与数据源邋信。控制数据源从硬 传设备获取图像，并将数擐返回，具髂对硬件的驱动封装在由厂家编写的数据 渊软件中。 两类函数d s m _ e n t r y ( ) 和d se n t r y 0 驰定义如下： t w _ u i n t l 6f a rp a s c a ld s e n t r y 绪构变量 p t 虻i d e n t i t yp o r i g i n ， 特定的三个常量缎 t w u i n t 3 2d g x x x ， t w _ u i n t l 6d a t x x x ， t wu i n t l 6 m s g x x x ， 指针变掇指示图像数据被存储的缓冲区 t w _ m e m r e fp d a t a ， ： t 并u i n t l 6f a rp a s c a ld s me n t r y f 结构变量提供相关应用的信息 3 纱线图像的获取 p t n i d e n t i t yp o r i g i n ， 会令传递鏊螅逑变爱 p t wi d e n t i t yp d e s t 特宠的三个鬻量缀 t w u i n t 3 2d g x x x ， t w u i k l l 6d a t x x x ， t 牝u i n t l 6m s g x x x ， 搬钟交爨指示图像数攒被存储蛇缓净区 t w m e m r e fp d a t a ， ： 其中d g x x x 、d a tx x x 、m s g x x x 三个常爨的不同组合表涿不同的操作要求 d s n t r y 0 和d s me n t r y 0 薅个函数的返回值标明了凝体的操作结果。 3 1 3t w a i n 熬于状怒的协议工作流 t w a i n 将圈像数据流程分为七个状态，每一个状态是一个明确的舆体操作，操 嫠成功右送入下一令状态，失效刘返瓣上一状态，秀逶建霹失效舔戮瓣分辑，决 定下一步的操作。其前三个状态由s o u r c em a n a g e r 控制，后四个由s o u r c e 控制， 其簿弱滚疆状态强如下图3 2 ：枉螗聪驰嘲3 圈3 - 2 中七个状态的具体情况是：状态1 剐状态2 的目的是加载源管理软件， 势获褥d s 延爨t r ￥( ) 的缝垃，t w a i n 熬滚管理软律是标壤豹蘸态链按露，毒