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摘要在当今纺织行业迅速发展的情况下，产品要求大大提高，不仅要求布料花纹精细，更加注意布料质感。关系布料质感的指标之一就是布料纬线不发生倾斜，在实际的生产中，会因为机械的不精准或是拉幅机对布匹没有拉紧，导致布料纬线倾斜。造成布料质感的下降。面对这种情况，本章将设计一个基于机器视觉的面料纬线检测系统。首先介绍了本课题的研究背景及意义，阐明了发展课题相关技术的必要性与重要性，并分析了国内外的研究现状。本文着重研究数字图像仿真实验，探讨机器视觉运用于面料纬线检测的可行性。后续对整个检测系统的设计，重点是相关的硬件设计以及对流程与相关硬件都有详细的说明与介绍。27391
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毕业论文关键词 机器视觉技术 直线检测 图像处理 DSP
Title The Parallel of Material Detection Based on Machine VisionAbstractWith the development of textile industry,customers expect products muchmore.material needs to be fancy and texture is being noted. The one of the standardswhich contributes to texture of material is to keep the parallel of materialneat.However, in the actual production, the parallel of material can be madeinclined easily due to inaccuracy of the machine and it will lead to badtexture.Facing this situation,the author design a system based on machine visionwhich detects parallel of material.First the article introduces the meaning and background of the issue andilluminates importance of developing machine vision technology and digital imageprocessing.Then,it analyzes current situation of this research .Second it focuseson the simulation experiment of digital image processing based on the softwarenamed MATLAB to find possibility of applying machine vision.Then the author designthe whole system, especially the hardware of it.it will give introduction aboutsystem in detail.Keywords machine vision line detection image processing DSP
目 次
1.1 课题背景及研究意义1
1.2 课题研究现状2
1.2.1 整纬装置研究现状2
1.2.2 机器视觉技术研究现状4
1.2.3 图像处理发展现状5
2.1 经纬图像的流程处理及其分析7
2.2 图像增强8
2.2.1 灰度变换9
2.2.2 直方图均衡化12
2.2.3 滤波去噪14
2.2.4 边缘检测20
2.3 二值图像处理23
2.3.1 简介23
2.3.2 二值化原理23
2.4 直线检测25
2.5 本章小结25
3.1 系统整体设计方案26
3.1.1 系统总体结构与检测原理26
3.1.2 检测系统的性能要求27
3.2 系统的检测原理28
3.3 经纬检测系统的硬件设计28
3.3.1 光源及照明方式28
3.4 本章小结29
4 总结与展望30
4.1 总结30
4.2 展望30
结 论31
致 谢33
参考文献34
1 绪论1.1 课题背景及研究意义在整个织布的过程中，纺织机织出的布料的纬线是一条条直线，这是由于纺织机梭子只能沿着与布料纬线垂直方向移动的原因。实际上，布匹在经历染色与整理的过程时， 织物纬纱有时候会不可避免的自行转动。 我们从针织物方面来讲，在染色时，由于张力等原因，同样可能导致布料的纬线产生或多或少的倾斜，继而，会直接的影响到纺织品成品的质量。总的来说，纺织品纬线的倾斜 问题已然已经成为了世界纺织品行业中急需大家解决的问题。我国每年的纺织品出产量极大，可以称得上是世界的纺织品出口大国，对于纺织物的纬斜问题，国外的收购厂家提出了更严格的检测标准及要求，近年来，因为纬斜等质量原因所造成的退货、赔偿问题经常发生。针对这种纺织行业里普遍存在的问题，为了能够充分地提高纺织产品的生产率与质量，增加我国的纺织品出口量，整纬装置的研究与设计工作必须迅速的开展起来。自20 世纪 80 年代起，我国的一些大型纺织印染企业或集团相继引进了一些国际进口的整纬装置，主要包括来自德国、意大利的公司及日本塞莱株式会社所研发出产的装置，这些装置的矫正精度相对于国内的产品来说确实非常的高。然而，因其设备价格高昂文护费用高等原因，中小型的纺织企业负担不起这样的成本。为了解决在无法负担高昂成本的情况下提高产品质量，个别企业不得不使用一些非常规的手法，比如说运用手动的整纬器解决上述问题，国内的整纬装置在其生产工艺不能有普遍的提高或是突破性的进展。 有些具有长远眼光的厂家为了解决用国产化的装置满足国内纺织业内光电整纬的诉求， 个别企业从九十年代开始就着手设计和研发光电整纬装置了，并且不断努力，为不断改进产品性能而努力。这些年以来，通信技术、半导体技术以及数字图像处理技术的处在不断的进步和不断的发展当中，这些技术的发展也带动了机器自动化检测技术的发展，提高了检测水平，并且让产品应用范围逐渐扩大。结合数字图像处理技术和光电传感技术的优点，比如说高效、迅速、高精度、高可靠性好、功能全等，让开发的系统广泛应用在工业检测当中，从而推动了我国机械制造自动化的发展。在定型机的经纬检测系统当中，保证产品质量的技术关问题在于怎样做到高效、准确地检测出倾斜纬线的位置，并且及时的纠正纬线倾斜率，使得所有的线能够水平。就目前来看，国产的经纬检测系统的精度大约在毫米数量级，但是，人们对更高质感产品的需要和追求是不断提升的， 为了能够抢得有利市场并且实现行业可持续发展，开发商通过开发更高精度的检测装置已成为他们实现目的的商业抉择。另一方面，目前国内主流的纺织机械位置传感器等设备，大多数依赖与引进的价格高昂的国外设备，与此同时现有的检测技术也并未相对成熟，因而国外的设备在某种程度上并不适合我国具体国情。 由于我国的纺织工业有着自身行业所特有的特征， 开发出一种兼具有我国自主知识产权并且可以广泛地运用在纺织机械行业上的高准确度位置检测的装置， 并最终用以迎合国内外要求不断提升的市场需求是非常有必要的。这对于增进我集团与企业率先抢得发展战略技术的高地、实现技术的提升以及增强企业的国际竞争力等方面都具有十分重要并且长远的意义。1.2 课题研究现状1.2.1 整纬装置研究现状整纬装置是根据工作原理的不同分类的，目前主要有针轮式以及光电式两种。 光电式的整纬装置可以对厚度相对偏薄的纯棉织品或这混纺织品及其染色织物的纬线倾斜情况进行同步的实时检测， 并且可以通过计算机运行来启动自动整纬的工序，提高系统精度并减少人们的工作量。针轮式主要是利用机械原理，主要原理如下，该系统首先将两针轮各自扎在布匹两侧，再通过拉扯两布匹的边缘从而对其纬线进行检测与矫正。目前，行业内采用的相对多的装置一般是光电式的整纬装置，该装置满足了织纺织物种类多、适应力好、效果佳，适用性强等要求。以上是针对偏薄的织物，对于厚度偏厚的布匹，一般使用针轮式。光电式装置是综合光、电、机械、自动化等技术的技术性强的自动控制装置。该装置主要运用的原理为光电测试原理， 并且可以将运行中的纺织物信息自动的转换成为光电信号，然后通过 A／D 转换再传送给单片机。运用微机系统对需要处理的信号进行整体分析，并明确纺织物的纬斜、纬弯等状况，继而控制信号驱动执行的电机。电机驱动相应的纠正装置，并执行相应的纬斜矫直机 J，便可以实现自动整纬的目的。机械部分和机械部分由三部分组成的光电探测器，信号处理和电气控制执行部件，应用各种学科，并结合直接相关的设备整纬优劣的性能和先进的技术能力。目前，国外的设备制造商，例如德国的 Mahlo，意大利的比安科公司所生产的产品具有一定的优势技术，但是其价格居高不下，这种现状让中小的企业望而却步。国内生产这类产品的公司大约有十几家，这些厂家生产的产品的工作原理相似，之间的技术水平差也不多。其中，潍坊市的金华电子设备有限公司、国资委多功能纬机有限公司，共同开发了十五部电气装置。针对一部分光电探测器探测精度的问题， 早期德国的 Mahlo公司的解决方案如下：使用两个传感器头，并且每个传感器头均有两个狭缝是固定的，将这两个传感器的头呈八字形安装，完全对称，否则报错，系统故障，并作为电子元器件的分散参数， 要求难以得到满足， 这就会造成抗干扰能力强， 测量精度低等缺点，这种方案的应用的会变得越来越少。采用脉宽调制型电路校正控制，逐次逼近法纬失真校正： 加入车辆速度控制通过调节跟踪的速度和两个斜辊矫直辊弯。 但是，上述的机器缺陷也十分明显，就是不具备自诊断的功能，修正精度能力与抗干扰能力也不是很好。SYH 型设备是由常州市纬天文仪器有限公司和科学研究所以及常州是船用设备厂联合开发的。 光电检测与部分离散硅光伏电池 13J 程序蔚日本公司使用两个传感器头，每个探头有 13 镜头图像到织物纬，最终形成了安装风扇以及 13个相互独立的硅光电池。如果当织物纬纱的方向，与一个硅光电池的方向处于同一方向时，仅点亮电池条的输出信号幅度是最大的并且最亮的，与此同时，其它的输出信号振幅等均较小。在输出信号最大的时侯，布料织线倾斜的相应的角度是对应在织物纬纱的尺寸上的。 并且信号处理单位是与传统的电子电路和继电器控制相对应的电气控制部分。 机械执行的两部分斜轧辊具有矫直弯曲以及校正的能力。MDC和 FDC 型整纬装置的光电检测、 电控部分是由意大利安科技术公司于 20世纪 80年代进口所得的。装置中的光检测部分，例如说：“旋转探头”测试头，可以做到动态的检测倾斜的织物， 检测的范围精细并且其取样的范围是可以调整的，具体方法如下：以正常检测速度进行检测，在光源的形成之后，装置通过凸透镜平行的光可以通过织物，并与变焦的柱面透镜聚焦，最终在狭缝中成像。MDC型的装置与 FDC 型的装置的区别表述如下，FDC 型装置中，弯曲的橡胶护套是由织物带动并旋转的，而MDC 型装置中，其弯曲涂层是被直流电动机拖动而旋转的，这种模式是更适合一些较有弹性的薄型面料。多芯片的微型计算机ZS0 是装置的控制部位，其中 4 个由 CPU 处理的信号共有四个信号测试头，组成一个“令牌”网络处理器，并用于 CPU 之间数据交换，进而控制步进电机的旋转以及校正工作。 该系统通过 RS422 串行接口以及中央微处理器的MTS0 处理终端，将要测量得到的信息通过中央处理单元的串行接口发送到终端进而计算检测输出歪斜等信息。检测矫正是通过三个斜辊以及三辊弯矫直等方法，提高系统的矫正能力。但是，由于系统的核心部件，往往都需要从国外进口，这就造成了系统成本高、价格高、技术优势不太明显等缺点。德国 Mahlo 公司 RFMC 9H 光电纬纱使用的是2-8 的透射型光电探测器，适用于当织物几乎不反射红外探头识别时的情况以及半透明织物的歪斜织物和纬纱。具有 PID 算法的电流输出电子控制器，会迅速调整设备上必要的位置纠正工作的执行。其中所有的测试数据，包括偏斜程度均可显示出来，不仅如此，人机对话界面的TFT 触摸屏情况也可以迅速的显示出来。总而言之，随着中国纺织品页的发展、纺织品市场的崛起，整纬设备的需求量也不断增加。越来越多的纺织机械公司不断加大技术创新能力，并致力于研究和制造整纬装置设备，该装置的开发工作向着高速稳定、实用性强的方向高速发展。1.2.2 机器视觉技术研究现状在本篇设计中，整纬装置主要运用的是机器视觉技术。顾名思义，机器视觉技术是指用某种特定功能的机器， 通过技术改进等方式最终实现一些个人眼相似的功能，简单地说，就是一种用及其识别和确定的技术，是一种用计算机代替人眼的事物。换言之，机器视觉技术是一种通过机器的外界装置来代替人眼评价和判断事物的技术。机器视觉技术主要是在半导体产品的研发， 生产电子一体化取得了较好的应用。并且，以后随着不断升级优化的机械制造行业的发展，机器视觉技术将会获得获得更好的发展机会、更为广阔的发展前景。这也意着，机器视觉技术与工业发展的关系会越来越紧密，这甚至会给工业界的发展带来根本性的变化。机器视觉技术的发展趋势如下：1）机器视觉技术发展所带来的产业升级、技术创新、应用程序发展等影像将得到进一步的扩大。机器视觉技术与图像处理技术的不断融合，促进高端产业间的促进，这也将促进高端产业的不断发展。2）目前机器视觉技术的应用还处在初期发展阶段，这有助于机器视觉技术在我们的市场不断的发展进步， 并且不断的竞争也可以为我们逐步推进技术的发展形成良好的动力，从而促进了整个科技产业的不断发展进步。3）机器视觉技术不断地在更多的领域里得到重视及运用，并且逐渐得到整合与规范。1.2.3 图像处理发展现状目前在生产实际中运用的机器视觉技术， 在很大层面上运用的是数字图像处理技术。由于时代的关系，当时的自然科学、计算机等相关技术的发展水平极为有限且不够成熟，所以导致这项技术一直没有得到很好的发展。20世纪 60 年代之后，半导体制造技术飞速发展，电子与信息技术应用日益成熟，计算机和硬件技术也得到了充分的发展，数字图像处理技术也利用了这难得契机步入了迅猛发展的轨道。经过十年高速的发展，数字图像处理技术更加成熟，并被广泛的应用在了多种重要领域当中。这项技术多年来也一直受到了广泛的关注，许多科技强国都在致力于这方面技术的研发。目前，从数字图像处理技术的发展历史角度来看，该技术已经发展到了第四阶段，即应用 DSP 处理器的阶段，嵌入式集成芯片以及其他拥有高速计算能力的部件，作为该系统图像处理的核心系统。数字图像处理发展到现今这个阶段，图像处理的技术更加趋于成熟，技术应用于各个领域，并取得了极大的成功以及显著的经济效益，这些领域有医学、军事、化工、工业生产以及科学研究等等，其应用十分普遍。比如，分析资源卫星在对天空中拍摄获得的照片需要通过数字图像处理分析得到矿藏资源的分布以及分布量。医学中运用 CT 为病人检查身体也是图像处理应用与临床诊断的绝佳案例。由于人体结构复杂，要想知道人体内部器官的断层图像，需要通过数字图像处理获得， 并且能够诊断出准确的病灶位置， 为诊断和治疗康复带来极大便利。在金融、科技行业，数字图像处理在对信息安全保障方面也是大有可为。至于在通信及多媒体技术中，数字图像处理的技术更处于无可替代的位置，通过该技术可以对信息传输进行加密等等。 正因为数字图像处理的广泛应用以及为社会带来极大便利和促使人民生活方式的改变， 数字图像处理越来越受到社会各界的关注和重视。目前，在科学精英的锲而不舍孜孜不倦的努力下，正带领我们向更加深入以及更高层次发展。
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