基于图像处理技术的棉花加工环节异性纤维(图文)

发布时间: 2016-08-31

导读：由于轧花厂在收购棉花过程中种种原因，使得原棉中混入了种类繁多的异性纤维，包括丙纶丝、编织带、麻袋片、彩色布头及毛发等，俗称“三丝”。本装置主要有硬件和软件组成，本文只探讨硬件的图像处理技术主要部分。
关键词：图像处理技术，棉花加工环节，异性纤维

　　由于轧花厂在收购棉花过程中种种原因，使得原棉中混入了种类繁多的异性纤维，包括丙纶丝、编织带、麻袋片、彩色布头及毛发等，俗称“三丝”。在纺织生产流程中，一般很难清除掉，纺纱织布后，会给布面造成色花疵点。特别是印染后这一问题更为突出，客户很难接受，成为纺织厂生产中的难题，严重困扰了纺织企业的生产。目前，从收购棉花的源头如何解决“三丝”问题，会提升棉花的质量，提高企业的经济效益,同时也会对棉纺织企业提升其市场竞争能力产生极大的影响。科技论文。所以异性纤维的在线检测与剔除对于改进棉花初步加工工艺,提高棉纺织品的成品质量,降低产品成本具有非常实际、重要的意义,同时也具有很好的市场价值和发展前景。
　　在棉花收购加工的源头不能很好的解决“三丝”问题，很多纺织厂都不惜工本，花费大量的人力物力，采取了各种解决办法，最简单的方法就是人工挑拣异性纤维通称拣杂。人工挑拣异性纤维需要大量的场地，将原棉逐包拆开、撕扯，用手工一点一点拣杂，然后还要将拣过的原棉重新打包后使用。科技论文。科技论文。对于生产规模较大的纺织厂，需挑拣的棉包每天都有几十吨甚至近百吨，其难度可想而知了。另外人工挑拣的质量也很难保证。由于一般的纺织厂不具备轧花厂专用的打包机，只能使用废棉打包机重新打包打成的包比较松散，在使用过程中，特别是在产量很高的清梳联生产线上使用，抓包机的效率受到影响，整条生产线产量就会降低，影响了企业的效益。 
　　针对这些问题，在棉花收购加工环节进行棉花异性纤维的排除，异性纤维长期困扰纺织企业的难题，有望得到解决。 
　　一、异性纤维检测的基本的工作原理及特点 
　　从基本原理上来看，异性纤维的在线检出装置采用的是光学检测，即采用CCD高速彩色摄像机，对棉纤维进行扫描，扫描信号送计算机系统处理，发现异常时发出指令，驱动执行机构排除。本装置主要有硬件和软件组成，本文只探讨硬件的图像处理技术主要部分。
　　二、硬件设备组成 本设备主要包括高速摄像机（CCD）、直流调速系统、检测用光源、异性纤维剔除机械装置。为了能够及时准确地将检测出的异性纤维剔除，对于整个系统必须满足一定的实时性要求，首先对于检测机构必须能够在棉花流动过程中准确的进行图像采集与识别，而且要能够检测出0. 8mm左右的异性纤维。其次对于剔除机构必须能够在检测机构完成图像采集及处理，发现有异性纤维之后，在有限的时间内驱动相应的喷嘴动作将被检测出的异性纤维准确剔除。
　　三、图像采集部件 图像采集部件的作用是采集原始的纤维图像数据，并将模拟信号转换成数字信号。计算机在接受到图像的数字信号后，将其存入存储区。常用的图像采集部件有：摄像机加上视频图像采集卡、图像扫描仪、数码相机。通过比较各采集部件的优缺点，本装置采用摄像速度快，价格适中，且易于从监视器上直接评价图像输入效果的彩色视频摄像机和图像采集卡。CCD摄像机是由光学镜头、图像传感器及相关电路组成。 
　　图形处理部分系统结构示意图如图1所示。 
　　
　　四、图像增强 
　　图像的增强技术通常有两类方法即空间域法和频率域法。空间域法主要是在空间域中对图像像素灰度值直接进行运算处理。它可以用下式来描述：，其中f(x,y)是处理前的图像；g(x,y)表示处理后的图像；h(x,y)是空间运算函数。频率域法是在图像的各种变换域中（通常是频率域中）对图像的变换值进行某种运算处理，然后变换回空间域。
　　用如下模型表示： 
　　其中F(νμ,)为原始图像f(x,y)频域正变换的结果，H(νμ,)为频域中的修正函数，G(νμ,)是修正后的结果，g(x,y)是G(νμ,)反变换的结果，即增强后的图像。
　　比较两者的不同之处，频域法可以选择不同的滤波函数，功能较强大，可以实现一些空域处理无法实现的功能，但滤波函数与整副图像相关，因此不能够处理图像中的某些特定点；空域处理虽方法有限但可以针对图像的特定点操作，处理结果较直观可见。
　　五、灰度变换 
　　图像的灰度修正要根据图像不同的降质现象而采用不同的修正方法，针对成像不均匀的图像逐点采用不同程度的灰度级的校正。灰度的阈值变换可以将一副灰度图像转换成黑白二值图像。摄像头摄取的纤维图像经过各种图像增强的算法之后仍是具有256级灰度值的，因此要将其阈值变换成黑白二值图像以便于织物组织识别。阈值化的操作过程要先指定一个阈值，如果图像中某像素的灰度值小于该阈值，则将该像素的灰度值设置为0，否则灰度值设置为1。阈值门限化方法的核心是如何合理的选择门限阈值，本文采用了如下的方法，用CCD摄取一张没有实物的图片作为背景图，转换为灰度级图像，将灰度图中的各像素灰度值相加除以像素总数，即取其平均值T来作为织物图像二值化的指定阈值。函数表达式如下： 
　　图像按此指定阈值进行阈值化后，灰度值大于等于此阈值的像素点转换成了白色，小于此阈值的像素点转换成了黑色。
　　六、异性纤维的准确剔除
　　从处理之后的图像基本能够达到区分棉花和异性纤维的目的，经过图像分析之后，可以确定各个像素点的属性，根据剔除机构相邻喷嘴之间的间隔，设定一定数量的像素点作为一个判别单元，通过计算统计出该判别单元中经过二值化处理之后的图像黑色(灰度值为o)像素点占整个判别单元像素点总和的比例，如果该比例超出剔除比例，则驱动相应位置喷嘴动作将该单元位置的棉花及异性纤维剔除。从而实现了棉花及异纤的检测识别与剔除过程。
　　对于异性纤维的剔除，要考虑的因素很多，包括棉流速度、气动电磁阀从控制指令到执行动作所需时间，采集一帧图像所需时间等。