（机械设计及理论专业论文）织物悬垂三维形态测试软件系统的研究与开发.pdf

浙江理工大学硬士学位论文 摘要 织物悬垂测试仪器的研发是织物悬垂性研究领域中的一个重要分支。近年来，随着数 字化技术的不断发展，利用计算机数字图像处理技术测试织物悬垂性的已经成为当前织物 悬垂性研究的热点之一。但是通过对当前基于图像处理技术悬垂仅的调研，发现对织物悬 垂数字化测试方法的研究远落后于对织物悬垂性能本身评价方法的研究。因此十分有必要 开发出一个全面的、适用性广泛的用于织物悬垂测试及分析的软件系统。 首先介绍了织物悬垂三维形态测试软件的总体设计。软件核心功能模块有两个部分， 一个是计算机数字图像处理模块，该部分利用图像处理技术提取反映织物悬垂性能的评价 指标；另一个是织物悬垂三维曲面模拟模块，这个部分主要利用计算机辅助几何设计和计 算机图形学的有关理论技术对织物悬垂三维曲面建模并模拟其真实感图形。 在基于图像处理的织物悬垂性测试部分，提出了两种织物悬垂投影图像的定位的方 法，通过这两种方法获取测试托盘的圆心坐标及半径；然后通过图像预处理、边缘轮廓点 采样及边缘轮廓点修正的方法提取织物边缘轮廓点坐标序列。针对印花织物试样的特点提 出采用g v fs n a k e 边缘检测模型来识别织物试样边缘轮廓，并且将这种边缘检测方法与前 面所介绍的基于边缘轮廓梯度扫描采样的方法作了比较，认为虽然g v fs n a k e 边缘检测模 型适应性较强，但是由于其自身的复杂性导致无法在实际中使用。最后，首次提出采用最 佳三角逼近的方法来拟合织物边缘轮廓点序列，通过实验证明该方法可以将对离散的边缘 轮廓点序列的分析转化为对三角多项式函数的分析，使悬垂性能评价指标的提取更加容易 和精确。 在织物悬垂三维曲面测试及模拟部分，首次提出用等高线结构光的方法来测量织物三 维曲面的坐标。首先利用自行研制的三维悬垂测试仪产生等高线结构光投射在织物试样曲 面上，使之产生一条条明暗相间的等高线条纹，并将带等高线条纹的织物试样图像输入计 算机。然后利用等高条纹识别算法采集等高线上的数据点，并恢复其三维坐标。设计了b 6 z i e r 曲面拟合织物悬垂曲面三维坐标点的三维曲面建模方法，其处理流程包括数据点分 割，参数化数据点、反求b 6 z i e x 曲线控制点、b 6 z i e r 拟合以及b 6 z i e r 曲面的g 1 拼接。最 后利用o p e n g l 三维图形技术模拟了织物悬垂三维曲面形态。通过实验发现仅白色试样能 够比较形成比较理想的等高线条纹，对其他不能形成等高线条纹的织物试样，提出了用形 态控制参数近似地模拟其曲面三维形态的方法，并且给出了几种试样的模拟效果。 通过对图像处理部分的误差分析，得出了系统图像处理部分的误差值以及透视误差的 修正公式。 一】1 浙江理上大学硕士学位论文 最后，在w i n d o w s 平台下，用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 集成开发环境集成了各个功能模块 实现了织物悬垂三维形态测试软件。 关键词：织物悬垂；测试；数字化；三维 浙江理上人学硕士学位论文 s o f t w a r es y s t e mr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f f a b r i c3 ds h a p ed r a p et e s t e r a b s t r a c t t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ff a b r i cd r a p et e s t e ri sa ni m p o r t a n tb r a n c h i nf a b r i c d r a p er e s e a r c ht e r r i t o r y i n r e c e n t y e a r s ，w i t h t h e u n c e a s i n g d e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e c h n o l o g y ，t h es t u d yo ff a b r i cd r a p a b i l i t yu s i n gc o m p u t e r d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g h a sb e e no n eo ft h eh o t s p o tr e c e n t l y h o w e v e r ， t h r o u g hi n v e s t i g a t i n ga n ds t u d i n go nr e c e n tf a b r i cd r a p et e s t e rb a s e do nd i g i t a l i m a g ep r o c e s s i n g ，w ed r a wac o n c l u s i o nt h a tt h es t u d yo nd i g i t a lt e s t i n gm e t h o d h a sf a rb e h i n dt h es t u d yo ne v a l u a t i o no f f a b r i cd r a p a b i l i t y t h e r e f o r e ，i ti s e x t r e m e l yn e c e s s a r yt od e v e l o paf a b r i cd r a p a b i l i t yt e s ta n da n a l y s i ss o f t w a r e s y s t e mw h i c hi sa l l a r o u n da n dh a sw i d e s p r e a ds e r v i c e a b i l i t y f i r s t l y ，as y s t e md e s i g no ft h e3 df a b r i cd r a p a b i l i t yt e s ts o f t w a r eh a sb e e n i n t r o d u c e d t h e r ea r et w op a r t si nc o r ef u n c t i o nm o d u l eo ft h es o f t w a r e t h ef i r s t p a r ti st h ed i g i t a li m a g ep r o c e s s i n gm o d u l e ，a n dt h i sp a r te x t r a c t st h ee v a l u a t i o n p a r a m e t e rr e f l e c t i n gf a b r i cd r a p a b i l i t yu s i n gd i g i t a li m a g et e c h n i q u e t h eo t h e r p a r ti s t h ef a b r i cd r a p ec u r v e ds u r f a c es i m u l a t i n gm o d u l e ，a n dt h i sp a r ti st o m o d u l et h ec u r v e ds u r f a c eo ft h ed r a p ef a b r i ca n db u i l di t st h i r dd i m e n s i o n g r a p h i c sb a s e do nt h ec o r r e l a t i v et h e o r i e so fc a g da n dc o m p u t e rg r a p h i c s i nt h ef i r s tp a r t ，t w om e t h o d st ol o c a t et h eo b j e c tf a b r i ch a v eb e e np r o p o s e d ， a n dt h ec o o r d i n a t eo ft h ec i r c u l a rt r a yc e n t e ra n de d g ea r eo b t a i n e db ye a c ho ft h e m e t h o d s a f e r w a r d ，t h es a m p l ef a b r i c sc o n t o u rp o i n t ss e q u e n c ei se x t r a c t e db y t h es t e p so fi m a g ep r e p r o c e s s i n g ，c o n t o u rp o i n ts a m p l i n ga n dc o n t o u rp o i n t s e q u e n c ec o r r e c t i n g a c c o r d i n gt of e a t u r e so ft h ep r i n t i n gf a b r i c ，ag v f s n a k e e d g ed e t e c t i n gm o d u l eh a sb e e ni n t r o d u c e dt or e c o g n i z et h ee d g eo ft h es a m p l e f a b r i c ，a n dt h i se d g ed e t e c t i n gm o d u l eh a sb e e ne o m p a r e dw i t ht h em e t h o db a s e d 0 1 1t h ee d g eg r a d i e n ts a m p l i n g t h eg v fs n a k ee d g ed e t e c t i n gm o d u l eh a sg r e a t e r a d a p t a b i l i t y ，b u ti t i s t o oc o m p l e xt oi m p l a n t f i n a l l y ，am e t h o do ff u n c t i o n f i t t i n g t h e s a m p l e f a b r i c sc o n t o u r p o i n t ss e q u e n c eb y b e s tn t h d e g r e e 1 v 浙江理工大学硬士学位论文 t r i g o n o m e t r i cp o l y n o m i a la p p r o x i m a t i o ni sf i r s t l yi n t r o d u c e d t h ee x p e r i m e n t s p r o v e dt h a t l h e a n a l y s i n go ft h e d i s c r e t ep o i n t sc a nb et r a n s l a t e di n t ot h e a n a l y z i n go ft h em u l t i n o m i a lt r i g o n o m e t r i cf u n c t i o n ，a n dt h ee x t r a c t i n go ft h e e v a l u a t i o np a r a m e t e rr e f l e c t i n gf a b r i c d r a p a b i t i t y c a nb ee a s i e ra n dm o r e n c c n g a t e i nt h es e c o n dp a r t ，am e t h o dt om e a s u r et h e3 dd r a p i n gs h a p eo ff a b r i c s c u r v e ds u r f a c eb ysc o n t o u rl i n es t r u c t u r el i g h ti sf i r s t l yp r o p o s e d f i r s to fa l l ，a s a m p l ef a b r i ci sp u ti nt h et h ef a b r i cd r a p a b i l i t y3 dt e s t e rw h i c hi sd e v e l o p e db y o u r s e l f ，a n das e r i e so fb l a c ka n dw h i t es t r i p e o c c u r r e do nt h es u r f a c eo ft h e f a b r i cb yp a r a l l e ls t r u c t u r el i g h t ，a n dt h e nt h ei m a g ei si n p u t t e di n t ot h ec o m p u t e r a f t e r w a r d st h ec o n t o u rl i n e sa n dt h e e d g e o ff a b r i c c o o r d i n a t ep o i n t si n p r o j e c t i o ni m a g ea r ed e t e c t e db ym e a n so f ac e r t a i na l g o r i t h m ，a n dt h e3 d c o o r d i n a t ei sr e s u m e d a3 dd r a p i n gs h a p eo ff a b r i c sm o d e l i n gb a s e do nt h eb d z i e rc u r v e ds u r f a c ei sd e s i g n e d i th a ss e v e r a lp r o c e s s i n gs t e p s ：t h es e g m e n t a t i o n o ft h ep o i n t s ，p a r a m e t c r i z i n gt h ep o i n t s ，r e s o l v i n gt h ec o n t r o lp o i n t so ft h eb 6 z i e rc u r v e ds u r f a c e b 6 z i e rf i t t i n ga n dt h eg 1c o n n e c t i n go ft h eb 6 z i e rc u r v e d s u r f a c e f i n a l l y ，t h e3 dd r a p i n gs h a p eo ff a b r i c si ss i m u l a t e dt h r o u g ho p e n g l g r a p h i c st e c h n i q u e h o w e v e r ，t h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tg o n t o u rl i n es t r i p ec a u o n l yo c c u r r e do nt h es u r f a c eo fw h i t es a m p l ef a b r i ci d e a l y f o rt h eo t h e rt y p eo f s a m p l ef a b r i c ，aa p p r o x i m a t e l ys i m u l a t i n gm e t h o db ys h a p ec o n t r o lp a r a m e t e ri s i n t r o d u c e d ，a n ds e v e r a ls i m u l a t i n gg r a p h i c si sg i v e n t h r o u g ha n a l y z i n gt h ee r r o li ni m a g ep r o c e s s i n g ，t h ev a l u ee r r o ri ni m a g e p i x e l sa n dt h ee r r o rc o r r e c t i n gf o r m u l ao ft h ep e r s p e c t i v ea r eg i v e n e v e n t u a l l y ，o nt h e w i n d o w s o p e r a t i n gs y s t e m ，w e i n t e g r a t e de v e r y f u n c t i o n a lm o d u l e ，a n di m p l e m e n t e dt h ef a b r i cd r a p a b i l i t yt e s t a n da n a l y s i s s o f t w a r ei am i c r o s o f tv i s n a lc + + k eyw o r ds ：f a b r i cd r a p e ；t e s t i n g ；d i g i t i z a t i o n ：t h r e ed i m e n s i o n s 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，祟尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作孝签名未t ? 袁卡 日期：6 年弓月日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适应本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作尹签名：占f 云杠 日期：励6 年孑月扩日 浙江理j 二大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 织物悬垂性的研究方向 织物悬垂性是指织物因自重而下垂的性能，反映织物的悬垂程度和悬垂形态“3 。它是 影响织物外观美感诸多因素中最重要的因素之一，具有优良悬垂性的织物容易形成流畅、 优雅的视觉效果。 织物悬垂性能是决定织物视觉美感的一个重要因素。具有良好悬垂性能的服装，能够 形成光滑流畅的曲面造型，并能与人体恰当地贴合，给人视觉上的舒适性。因此，织物悬 垂性能作为织物风格的一个重要方面，对它的认识以及研究关系到新型面料的开发，服装 加工的选料、制作，计算机悬垂仿真模拟一直到基于单机或网络的三维试衣系统以及服装 销售等诸多方面，所以得到国内外专家学者的广泛重视。 织物悬垂性能与其自身力学性能之间的关系、织物悬垂性能与织物组织结构参数之问 的关系、织物悬垂性能的理论评价体系的建立、织物悬垂测试仪器的研发、织物静动态悬 垂的三维仿真和模拟是织物悬垂性能研究的五个大的方面。3 。其关系如图1 1 所示。 图1 1 织物悬垂性的研究方向 从图中可以看出，织物悬垂测试仪器的研发位于各织物悬垂性能研究方向的末端，也 就是说织物悬垂测试仪器的研发以其它几个方面的研究成果为理论基础，反过来测试仪器 的发展也限制了织物悬垂性能研究其它几个方面的进展。 1 2 织物悬垂测试仪器的研发和进展 1 2 1 y g 8 1l 织物悬垂测试仪 由温州大荣纺织仪器厂研制的y g 8 l l 织物悬垂测试仪。1 ，工作原理见图1 2 。 浙江理工大学硕士学位论文 图1 2y g 8 1 1 织物悬垂测试仪原理 其测试原理是：织物试样1 放在织物支撑台2 上，不同的织物下垂的程度会有所不同， 则对光的遮挡能力也会有所区别，织物下垂程度大，被遮挡的光线就少；织物下垂程度小， 被遮挡的光线就多。未被遮挡的光线被抛物面反射镜4 反射，装在抛物面反射镜4 焦点位置 的光电管6 把反射聚焦光线转换成强弱不同的电流。该仪器假定织物为不透光体，但实际 上，织物由于材料、内部结构、加工工艺的不同，都会或多或少的透光，有的织物透光性 非常强，比如轻薄的麻织物等，所以这就造成了一定的测试误差。 1 2 2z y f 一1 型织物悬垂性测试仪 该悬垂性测试仪见图1 3 ，测试原理为“1 ：线形c c d 图像传感器在平行光正下方，试样 自然悬垂在光源和图像传感器之间，当旋转平台带动试样平稳转动时，图像传感器不断采 集试样的投影图像，位于旋转平台下方的光电位置传感器检测出试样旋转1 周的信号。试 样旋转1 周的狄度投影图像，经计算机图像分割处理，判出投影边界，得到试样转动一周 的半径r 变化曲线，见图1 3 。 埂：蹙 图1 3z y f 一1 型织物悬垂性测试仪 该悬垂测试仪可以提供的评价结果有：静、动态悬垂系数，波纹数，动态活泼率美感 系数，硬挺度系数以及与投影形状和对称度有关的指标。 z y f 1 型织物悬垂仪具有以下特点： ( 1 1 利用新型图像传感器代替传统的光电传感器，直接获取试样的投影轮廓，利用计 算机进行处理，有效地解决了因光源光强分布不均匀、光强变化、电路零点漂移、试样透 浙江理工大学硕士学位论文 图1 2y g 8 1 l 织物悬垂测试仪原理 其测试原理是：织物试样l 放在织物支撑台2 上，不同的织物下垂的程度会有所不同， 则对光的遮挡能力也会有所区别，织物下垂程度大，被遮挡的光线就少：织物下垂程度小， 被遮挡的光线就多。未被遮挡的光线被抛物面反射镜4 反射+ 装在抛物面反射镜4 焦点位置 的光电管6 把反射聚焦光线转换成强弱不同的电流。该仪器假定织物为不透光体，但实际 上，纵物由于材料、内部结构、；b l i _ q - 艺的不同，都会或多或少的透光，有的织物透光性 非常强，比如轻薄的麻织物等，所以这就造成了一定的测试误差。 1 2 2z y f _ l 型织物悬垂性测试仪 该悬垂性测试仪见图1 3 ，测试原理为“1 ：线形c c d 图像传感器在平行光正下方，试样 自然悬垂在光源和图像传感器之间，当旋转平台带动试样平稳转动时，图像传感器不断采 集试样的投影图像，位于旋转平台下方的光电位置传感器检测出试样旋转1 周的信号。试 样旋转1 周的灰度投影图像，经计算机图像分割处理，判出投影边界，得到试样转动一周 的半径r 变化曲线，见图13 。 埂二蹙 图l3z y f l 型织物悬垂性铡试仪 该悬垂测试仪可以提供的评价结果有：静、动念悬垂系数，波纹数，动态活泼率美感 系数，硬挺度系数| 三i 及与投影形状和对称度有关的指标。 z y f 1 型织物悬垂仪具有以下特点： f 1 1 利用新型图像传感器代替传统的光电传感器，直接获取试样的投影轮廓，利用计 算机进行处理，有效地解决了因光源光强分布不均匀、光强变化、电路零点漂移、试样透 算机进行处理，有效地解决了困光源光强分布不均匀、光强变化、电路零点漂移、试样透 2 浙江理t 大学硕士学位论文 光率不同等因素造成的测量误差，保证了仪器的测量精度和稳定性。 ( 2 ) 提出一种适合本仪器特点的数据采集和图像分割算法。解决了一般图像分割算法 对图像类型敏感和受噪声影响大，要求大量内存和处理时间长等缺点，满足了仪器对精度 和实时性的要求。 ( 3 ) 除了提供误差小于1 的静态悬垂系数指标外，还提供了大量有关形状特征和动态 悬垂性能的指标。为客观评价织物悬垂性提供了可靠的参考依据，使全面描述织物悬垂性 成为可能。 ( 4 ) 全中文用户操作界面，所有的测量操作均在计算机控制下进行。测量自动化程度 高，受人为因素影响小。 1 2 3l f y 一2 0 6 型电脑织物风格测试仪 l f 、卜- 2 0 6 型电脑织物风格测试仪。1 是由山东省纺织科研院研制生产的，参见图1 4 。 该仪器是一台单机多功能测定织物静态和动态悬垂性能的自动化测试仪器。直径为2 4 c m 的 试样放置在直径为1 2 c m 的回转台上，并使其自然下垂。正上方安放有一台数码相机用于悬 垂图像采集。试样台可以从静止n 8 0 转分钟( r m i n ) 无级调速，分别反映织物的静态悬垂与 动态活络风格。 图1 4l f y 一2 0 6 型电脑织物风格测试仅 主要用于测定各种织物的悬垂性指标：悬垂系数、活泼率、曲面波纹数和美感系数。 该测试仪主要有以下特点： ( 1 ) 由数码相机采集被测试样图像，然后直接输入计算机； ( 2 ) 速度连续可调，从而得到织物在不同转速下的悬垂特性； ( 3 1 计算机分析处理图像信息，图像及计算结果显示于屏幕，并可由打印机打印输出。 1 2 4c u s i c k 织物悬垂测试仪 c u s i c k 织物悬垂测试仪由英国锡莱发展有限公司( s d l 研制生产，是耳前国外较为 常用的悬垂仪，参见图1 5 。其测试原理是：将一圆形样品放在2 个小的水平安装的金属 圆盘中，靠悬挂样品自身的重量使其变形。用测试样品垂直突出的阴影部分来表示整个样 本的弯曲比例。 1 塑坚堡三奎堂堡堂垡鲨皇 图1 5c u s i c k 织物悬垂测试仪 1 2 s 织物悬垂钡4 试仪器的发展趋势 除上面介绍的几种典型织物悬垂仪器以外，还有法国纺织研究院( i t f ) 研制的织物悬 垂仪( d r a p e m e t e r ) ，日本大荣科学精仪制作所y d 一1 0 0 型织物悬垂性试验仪，苏州丝绸工学 院的y s y n 一6 0 2 型云纹仪。1 以及韩国腿mt e c h n o l o g y 公司研制的d m 0 2 悬垂分析仪等等嘲。 通过对上述这些织物悬垂测试仪器的研究发现，织物悬垂性测试仪器的研究到目前为 止经历了两个阶段的发展。从其测试的内容和标准来看，已经从单一的悬垂系数的测试过 渡到了悬垂系数和悬垂外观的总体测试阶段；从仪器的研制和构造来看，从原来的以光学 原理为主的测试原理进步到了以计算机数字图像处理技术为主线的仪器架构时代。原来国 内外较为权威的基于光学测试原理的织物悬垂测试仪，如英国的c u s ic k 织物悬垂测试仪和 国内的y g 8 1 l 织物悬垂测试仪，基本已经改造为基于数字图像处理技术为主、能够对悬垂 外观作总体测试的悬垂仪。 这两个阶段的测试仪器比较如表1 1 所示： 表1 1 两阶段悬垂仪比较 基于图像处理悬垂仪基于光学原理悬垂仪 悬垂图像获取 数码相机或c c d无 悬垂轮廓边缘识别手工描图 悬垂系数图像处理剪纸称重光电转换 悬垂形态分析 悬垂分析软件无 误差透视误差织物透光性 操作计算机 人t 1 3基于图像处理技术的织物悬垂性测试研究背景及国内外发展现状 数字图像处理技术是在6 0 年代发展起来的- f 新兴的学科，距今仅有4 0 多年的历史。 与人类利用视觉机理进行测量的历史相比，它是一门相对年轻的科学。但在其短短的历史 4 一 浙江理工大学硕士学位论文 中，它却几乎被应用于所有与成像有关的领域中，并取得了不同程度的成功。由于其表现 方式所固有的魅力，它正不断吸引众多科研人员的注意力。近年来，随着图像处理所需计 算机设备的不断降价，图像数字化和图像显示设备越来越普及，以及新技术的不断出现， 图像处理技术的应用越来越广泛。 利用图象处理系统研究织物的悬垂是一种新型、快速、简便、一致性较高且稳定性好 的客观评定方法9 ”1 ”。这种系统可对获取的悬垂图像进行处理，通过计算机软件得到多种表 征悬垂的指标，并且还能够包括了三维的特征信息。而且，进行多次重复测量所需时间少 因为通过程序，计算机可以在几秒内计算出所有指标。此外，这种方法除了可测定织物的 静态悬垂之外，还可测定织物在动态状态下的悬垂。 9 0 年代初期，v c o n g h e i u w e 和k i e k e n s “”根据悬垂图形投影面积以及试样面积上的像素 点个数，计算出相关的悬垂性指标。j e o n g “2 1 对悬垂图像与支持台的边界以及悬垂图像与 外部区域的边界进行划分，利用程序计算出面积，得到悬垂系数等指标。j e o n g “”还分析 了织缩、紧度、机械性能等对悬垂的影响，并提出了一个新的描述织物悬垂程度的指标一 悬垂距离比。s t y l i o s 和z h u “”利用一种被称为m 3 的测试系统，测定了织物的静态和动 态悬垂特征，并将悬垂分为4 个不同的等级。s i d a b r a i t v ev 和m a s t e i k a i t ev “”通过采集 到的织物悬垂投影图像，研究了棉织物悬垂的各向异性。北卡罗莱那大学的t r a c i m a y - p l u m l e e 等人“”通过三维扫描仪器获取了织物悬垂试样的三维数据，然后试图通过织 物悬垂形态与人体数据联系建立织物与人体的贴合模型。 除以上提到的国外学者利用数字处理技术对织物悬垂性所做作的研究以外，我国学者 在这方面也取得了一定的成果。 郭永平和李汝勤“7 1 将基于图像处理原理的悬垂仪与基于光电投影原理的y g 8 1 l 悬垂仪 的测试结果作了比较，结果表明用图像处理技术来测试织物悬垂形态结果更稳定可靠，并 得到了一套更全面反映悬垂形态的特征向量。郭宇鹏、余序芬和吴兆平“”对y g 8 1 l 型织物 悬垂仪进行改造，建立一套测试织物悬垂性能的图象处理系统。提出表征织物悬垂的五个 指标。在图像处理算法方面，利用图像处理中的最优阈值化算法实现织物悬垂图像与背景 的分割是最普遍的做法“”。余序芬、刘建、费玉忠。”认为采用常规二值化算法失真较大， 不可取。采用伪中值滤波去除原始图像的噪声，然后用流动阈值法实现闽值分割的方法大 大提高处理效率，并且使对比度变化大、光照不均的图像较好的实现目标与背景分离。王 晓红，徐军用基于二维直方图的f c m 算法分割悬垂图像，然后采用r o s e n f i e l d8 领域边 界提取算法实现了对分割后的图像进行边界提取。 浙江理工大学硕士学位论文 1 4 基于图像处理技术的织物悬垂测试软件发展现状 尽管各国研究人员成功开发出了各种基于图像处理的悬垂测试仪器，但是只有少数几 种悬垂仪配备了独立的织物悬垂测试软件。大多数的悬垂仪只能通过仪器本身获得织物试 样的投影图像，如改进的c u s i e k 织物悬垂测试仪，研究人员将获得的悬垂投影图像导入 p h o t o s h o p 图像处理软件，分离出织物阴影部分，从而得到各种悬垂参数，然后通过m a t l a b 或是m a t h m a t i c a 等数学软件制作的悬垂形态分析数学模型对其进行分析“1 。目前所见到的 典型织物悬垂测试商业化的软件有韩国d & mt e c h n o l o g y 公司研制f a b r i cd r a p ea n a l y z e r 1 0 ，山东省纺织科研院研制的l f y 一2 0 6 型电脑织物风格测试仪的配套软件。 1 4 1 f a b r icd r a p ea n a l y z e r1 0 f a b r i cd r a p ea n a l y z e r1 o 。1 是d m 0 2 悬垂分析仪的配套软件，其软件界面如图1 6 所示。 图1 6f 8 b r i cd r a p ea n a l y z e r1 0 该软件系统通过在传统的悬垂测试仪上加以改装用数码相机或者扫描仪提取织物悬 垂投影的二维图像，然后利用图像处理技术进行悬垂分析，得到相应的数据；悬垂系数、 波纹数目、波高、波长、最大波高、最小波高、平均波高、波高变异系数、傅立叶变换拟 合系数。还可以利用系统提供的三维模拟器把二维悬垂图像转换成三维悬垂形状的立体图 像，通过直纹曲面对织物悬垂形态作近似地模拟。 1 4 2y g ( l ) 8 1 卜d n 织物动态悬垂性测试软件w e a v e c a m e r a 该软件是有山东省纺织科学研究院测控技术开发中心开发的y g ( l ) 8 1 卜d n 织物悬垂仪 一6 一 浙江理工大学硕士学位论文 的配套软件，其软件界面如图1 7 所示。该软件没有图像输入接口，使用时要调用数码相 机控制软件，将拍摄到的图像导入软件指定目录。可以测定各种织物的动、静态悬垂性能 指标：悬垂系数、活泼率、曲面波纹数和美感系数。同样由于图像处理技术的原因，对于 深拽不同的织物试样，需要更换背景。对于少数特殊的花纹试样无法正确识别。 图1 7y g ( l ) 8 儿一d n 织物动态悬垂性测试软件 1 - 5小结 通过上述对织物悬垂测仪的调研发现：由于仪器设备和图像处理算法等还不够完善， 当前基于数字图像处理技术的织物悬垂测试系统存在如下问题： ( 1 ) 多数悬垂测试系统只开发出仪器的硬件部分，对织物悬垂投影图像的处理与分析 只能利用第三方软件如p h o t o s h o p 、m a t l a b 等进行处理。 ( 2 ) 多数悬垂仪器采用数码相机采集图像，末考虑到数码相机采集图像的畸变和透视 误差。 ( 3 ) 对静态悬垂性参数关注较多，而对动态悬垂性参数分析、处理较少。 ( 4 ) 受织物种类、纹理多样性的影响大。很多情况下都需要通过调换织物试样或更换 图像背景的方法来改善图像质量。 ( 5 ) 对织物悬垂性能的研究大多从自上而下的投影轮廓入手，得到的是一些反映二 维特征的指标，无法得到全面反映织物悬垂形态的三维特征。 1 6主要工作内容 本文主要研究利用计算机数字图像处理技术和计算机图形学的有关理论来测试织物 悬垂性的二维及三维的有关特征数据，并且利用这些数据实现织物三维悬垂形态的可视化 浙江理工大学硕士学位论文 模拟。主要工作内容有以下几个方面： ( 1 ) 研究利用数字图像处理技术处理织物悬垂投影图像，包括图像的预处理、图像定 位、图像分割、图像边缘轮廓的识别的各种不同算法。尤其是在织物悬垂轮廓的识别方面， 研究各种不同花纹图案特殊试样的边缘轮廓识别方法。 ( 2 ) 利用等高线结构光测试织物的三维悬垂形态，设计等高线条纹的图像识别算法； 根据采样得到的三维数据点集，利用计算机辅助几何设计( c a g d ) 的有关理论重构织物悬垂 形态的三维曲面。 ( 3 ) 利用各个硬件厂商提供的s d k 实现对三维悬垂测试仪的电气部分的控制，包括 c c d 摄像头、闪光灯以及步迸电机的控制。 ( 4 ) 整合各个功能模块，实现织物三维测试软件的开发。在w i n d o w s 平台下，采用 m i c r o s o f tv i s u a lc + + 集成开发环境及o p e n g l 三维编程接口实现织物悬垂投影图像的处 理及三维曲面的重建。 浙江理工大学硕十学位论文 第二章织物悬垂三维形态测试软件系统的总体设计 2 1 三维织物悬垂测试仪的硬件结构 针对目前悬垂测试仪存在的各种问题，我们设计了基于结构光测量原理的三维织物悬 垂测试仪【矧。同其他悬垂仪一样，它同样由悬垂测试平台、计算机和输出打印机构成。其 总体构成如图2 a 所示。 图2 1 三维悬垂仪 与其他测试仪器相比，我们的改进主要在测试平台上，下面只介绍测试平台的结构和 工作原理。 2 1 1 测试仪的工作原理 2 1 1 1 测试平台的结构 测试平台的结构原理图如图2 2 所示， 2 1 1 2 二维测试的过程 图2 2 三维悬垂测试仪结构原理 浙江理工大学硕士学位论文 二维测试的过程相对简单，m v c l 0 0 0 摄像头1 工作在一般模式，开启环形光源2 ，将 采集到的织物试样的图像输入计算机，交由测试软件处理。 2 1 1 3 三维测试的基本原理 m v c l 0 0 0 摄像头1 工作于触发模式，环形光源2 关闭，整个澳0 试环境处于暗箱中。 触发摄像头1 ，与之连接的位于抛物反光面9 焦点处的闪光灯1 0 同时触发，产生的光经过 抛物反光面与反光锥两次反射以及两道疏光栅的过滤，最终形成相互平行的环形结构光， 投射在织物试样的表面形成明暗相间的等高线条纹。带有等高线条纹的织物试样图像经 u s b 接口输入计算机，由悬垂测试软件作进一步地处理。 2 1 2 图像采集设备 为使整个测试系统的适用性更广泛、测试误差更小，需满足两个条件：1 、有足够的 分辨率；2 、在采集动态悬垂图像时，必须使用高速的图像采集设备，在保证分辨率的情 况下，曝光时间要尽量缩短。 通过对市场上最新的图像采集设备技术性能和价格比较，我们选用了北京微视新纪元 科技有限公司与加拿大e v i s i o n 公司合作开发的m i c r o v i e wm v c l 0 0 0 f 高清晰度工业用 摄像头，该产品自带帧存，可保证实时将图像数据采集到本地帧存中( 1 2 8 0 x 1 0 2 4 3 0 f p s ) ， 然后再传到电脑。采集不再受u s b 带宽的限制，采集图像亮度均匀，适应范围更加广泛。 主要用于流水线检测、物体运动轨迹、车牌抓拍等。 m v c l 0 0 0 - f 摄像头的主要特点有： ( 1 ) 曝光时间采用电子滚动快门方式( 5 0 u s 一5 0 0 m s ) ； ( 2 ) 提供实时外触发采集； f 3 1 摄像头自带帧存，可本地连续存储若干图像数据； f 分别采用最新3 0 2 0 1 2 帧，秒感光芯片； 拶) 采集像素1 4 0 万； ( 6 ) u s b 2 0 接1 ：3 ； ( 7 ) 相比模拟摄像头，采集图像分辨率高，有利于进行处理： 相比高速及数字摄像头，节省成本，价格相对较低； ( 9 ) 可保证外触发采集的实时性。从触发到数据存储到帧存的时间是固定的： ( 1 0 ) 可通过调节曝光时间( 最低5 0 u s ) 抓拍到清晰的图像； 该摄像头能具有较好的动态图像效果，需要静态图像时只接提取一幅即可，可以满足 我们的设计需求。 浙江理工人学硕士学位论文 2 2 悬垂测试软件的总体框架设计 2 2 1 软件功能描述 根据整个悬垂测试系统设计时的构想以及已经实现的硬件结构的分析，悬垂测试软件 要完成的功能可以分为以下三个方面： ( 1 ) 控制摄像头对图像的实时采集；控制闪光灯与摄像头的同步；控制步进电机转动。 ( 2 ) 能够识别出采集到织物图像的边缘轮廓；能够对轮廓展丌并计算悬垂系数、波纹 数等一系列表征悬垂性的参数。 ( 3 ) 能够识别带等高线明暗条纹的织物图像的轮廓以及等高线条纹数据；从像中提取 等高线三维数据，并根据这些数据真实地重构悬垂曲面。 2 2 2 软件模块构成 根据上述的对软件功能描述，给出织物悬垂三维形态测试仪系统软件的主要模块构成 如下图2 3 所示。 豳2 3 织物悬垂三维形态测试仪系统软件总体框图 2 2 3 面向数据流的分析 计算机软件系统是由数据流和一系列的转换构成，这些转换将输入数据流变换为输出 数据流。数据流图就是用来刻画数据流和转换的信息系统建模技术。它提供层次结构让分 析人员能够方便的表示任意抽象的级别上的信息系统和其子部分，是目标软件系统中各个 处理子功能以及它们之间的数据流动的图形表示。 系统从c c d 采集到图像数据，带等高线条纹的图像与一般织物投影图像经过各自的 数据处理及变换，最终以测试报告和三维显示的方式输出。图2 4 为系统的数据流向图， 浙江理t 大学硕士学位论文 圈2 4 织物悬垂三维形态测试仪系统软件数据流向圈 由以上对软件的总体设计及分析可以看出，系统的核心部分在图像处理模块和织物曲 面重建与三维模拟这两个部分。 2 3 图像处理模块设计 根据上面软件功能的描述，织物悬垂测试系统中图像处理模块的目的就是要将获取到 的图像数据转化为织物悬垂有关的指标输出。简单说就是要采用某种方法识别织物的轮 廓，得到一个轮廓点的坐标序列。这主要用到图像处理技术中的图像分割技术。处理流程 分五个步骤： ( 1 ) 读入织物悬垂投影图像； 但) 图像定位； ( 3 ) 图像预处理； f 4 ) 边缘点采样； ( 5 ) 分析波纹展开图，计算各种悬垂性指标。 1 2 浙江理t 大学硕士学位论文 这部分是整个系统的核心部分，要解决的问题有两个：1 、怎样对图像进行定位，也 就是如何识别织物试样在整个图像中的位置；2 、采用什么方法才能识别某些特殊的花纹 织物试样边缘轮廓。这将在第三章详细讨论。 2 4 织物悬垂三维曲面模拟模块设计 这部分较为复杂，需要用到计算机辅助几何设计的有关原理。这里只给出设计出的一 般化的流程，具体将在第四章详细给出织物曲面重建的有关理论与实现方法。处理流程大 致分为五步： ( 1 ) 读入带等高线条纹的织物悬垂图像； ( 2 ) 边缘点采样( 调用图像处理模块) ： ( 3 ) 等高线条纹识别( 设计算法) ； f 4 ) 织物曲面三维建模； ( 5 ) 织物曲面真实感显示； 其中关键步骤在于第( 3 ) 、( 4 ) 两步。 2 5 小结 本章首先介绍了三维悬垂测试仪的硬件结构及工作原理，在测试仪硬件结构的基础上 对要实现的系统软件功能作了描述。根据功能描述提出了软件的模块划分，然后从数据流 的角度对软件总体框架作了分析，最后分别给出了两个主要模块的设计流程。 浙江理t 大学硕十学位论文 第三章基于图像处理的织物悬垂性测试 本章介绍利用数字图像技术分析悬垂图像的具体流程及相关算法【2 2 l 。通过织物悬垂图 像得到织物边缘波纹展开图，并提取出反映织物悬垂性能的参数。 3 1 织物悬垂投影图像定位 图像定位是要找出织物中心在图像中的位旨，以便确定对图像处理的有效范围。有两 种方法实现图像定位，第一种是在软件中采用交互的方式，由操作人员