Способ определения показателей заполнения и пористости тканых полотен по компьютерному изображению
Владельцы патента RU 2366946:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (RU)
Изобретение относится к бесконтактному анализу структуры ткани при определении показателей заполнения и пористости в лабораторных условиях. При реализации заявленного способа получают изображение образца ткани, строят профили яркости, определяют по указанным профилям наличие нитей и пор в ткани, определяют размер нитей, после чего вычисляют показатели пористости и заполнения. Технический результат: расширение функциональных возможностей путем придания способности работать с тканями любой плотности, повышение точности измерения показателей заполнения и пористости тканых полотен. 3 ил., 3 табл.
Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при бесконтактном анализе структуры ткани при исследовании ее показателей заполнения и пористости.
Известен способ распознавания компьютерного изображения текстильных изделий [1], используемый при бесконтактном анализе структуры ткани, заключающийся в том, что воспринимают оперативно-графическую информацию о фрагменте изделия, накапливают информацию о фрагменте изделия, обрабатывают ее, получают компьютерную модель, учитывающую оперативно-графическую информацию.
Наиболее близким способом к предлагаемому является способ определения показателей заполнения и пористости тканых полотен по компьютерному изображению [2], заключающийся в том, что получают графическую информацию пробы ткани, разделяют ее на части и измеряют яркость света в каждой части.
Недостатком способа является ограниченность области применения, так как способ позволяет работать только с тканями, поперечные размеры нитей которых приблизительно равны размерам пор, а на редких и очень плотных тканях способ дает очень высокую погрешность.
Технический результат, на который направлено данное изобретение, состоит в расширении функциональных возможностей путем приобретения способности работать с тканями любой плотности, а также в повышении точности оценки.
Указанный результат достигается тем, что в способе определения показателей заполнения пористости тканых полотен по компьютерному изображению, заключающемся в получении графической информации пробы ткани, разделении ее на части, в построении профилей яркости вдоль основных и уточных нитей, где по максимуму профиля яркости судят о наличии нитей в ткани, а по минимуму судят о наличии поры в ткани, согласно изобретению на профилях яркости строят линии, являющиеся касательными к минимальным и максимальным значениям профилей яркости основных и уточных нитей, которые являются соответственно постоянной и переменной составляющими, определяют для каждого профиля яркости соотношение длин отрезков, один из которых находится между нулевым уровнем яркости и линией постоянной составляющей, а другой - между нулевым уровнем яркости и линией переменной составляющей, строят на профиле яркости для основных нитей промежуточную линию, которая делит профиль яркости на положительные и отрицательные полуволны, причем длительность положительной полуволны профиля яркости к полному периоду профиля яркости относится как соотношение длин отрезков, один из которых находится между нулевым уровнем яркости профиля уточных нитей и линией постоянной составляющей, а другой - между нулевым уровнем яркости профиля уточных нитей и линией переменной составляющей, а на профиле яркости для уточных нитей строят промежуточную линию, которая делит профиль яркости на положительные и отрицательные полуволны, причем длительность положительной полуволны профиля яркости к полному периоду профиля яркости относится как соотношение длин отрезков, один из которых находится между нулевым уровнем яркости профиля основных нитей и линией постоянной составляющей, а другой между нулевым уровнем яркости профиля основных нитей и линией переменной составляющей. Далее измеряют длины положительных и отрицательных полупериодов на промежуточных линиях профилей яркости основных и уточных нитей, что соответствует поперечным размерам нитей для положительных полуволн и поперечным размерам пор для отрицательных полуволн, после чего вычисляют характеристики заполнения и пористости ткани по известным зависимостям.
Изобретение поясняется фиг.1-3, где на фиг.1а показано исходное изображение пробы ткани, на фиг.1б показан построенный профиль яркости вдоль основных нитей, а на фиг.1в профиль яркости вдоль уточных нитей.
Пример конкретного осуществления способа
В качестве исследуемых материалов были выбраны тканые полотна, характеристика которых приведена в табл.1. Для анализа были рассчитаны относительные показатели γо=ao/do и γу=aу/dу, где ао и ау- размеры пор соответственно по основе и утку, do и dy- диаметры соответственно основной и уточной нити.
Таблица 1
| Характеристика | Образец | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Артикул | 14142 | 12117 | 32353 | 42 | сетка №28 |
| Состав, (%) | Пряжа полиэфирная (50) Пряжа вискозная (50) | Нить полиэфирная (100) | Нить ацетатная (100) | Пряжа хлопчатобумажная (100) | Сплав цветных металлов |
| Переплетение | полотняное | ||||
| Поверхностная плотность, г/м2 | |||||
| 110 | 56 | 93 | 85 | 1100 | |
| Число нитей на 1 дм: | |||||
| - по основе - по утку |
410 310 |
395 290 |
310 230 |
280 170 |
280 165 |
| Линейная плотность нитей, текс (диаметр для пятого образца, мм): | |||||
| - по основе | 15,60 | 8,10 | 10,40 | 17,40 | 0,22 |
| - по утку | 15,10 | 8,40 | 26,10 | 21,50 | 0,24 |
| γo | 0,95 | 0,98 | 0,45 | 0,59 | 0,59 |
| γу | 0,97 | 0,90 | 0,65 | 1,20 | 1,50 |
Пробу тканого полотна размером 5×5 см сканируют для получения графической информации. Размещают пробу таким образом, чтобы процесс сканирования происходил вдоль основных нитей. Разрешающая способность сканера 1200 пикселей на дюйм. Режим отраженного или проходящего света зависит от цвета исследуемой ткани (для светлых тканей - отраженный, для темных тканей - проходящий). Полученное графическое изображение пробы корректируют, поворачивая на экране монитора на определенный угол (1-2 градуса), чтобы нити основы пробы совпадали со столбцами дисплея. Данная операция необходима для устранения погрешности, вызванной неточным расположением пробы в сканирующем устройстве. Затем цветное изображение пробы переводят в оттенки серого цвета (фиг.1а). Изображение пробы ткани разделяют на части (равные одному пикселю), каждая из которых обладает определенной яркостью в интервале от 0 (соответствует черному цвету) до 255 (соответствует белому цвету). Далее измеряют яркость в каждой части и формируют матрицу значений яркости. Столбцы матрицы соответствуют направлению основных нитей, строки - направлению уточных нитей в ткани. Затем строят профили яркости вдоль основных нитей (фиг.1б) и вдоль уточных нитей (фиг.1в) путем суммирования значений яркости матрицы исходного изображения по столбцам и строкам соответственно. По максимуму профиля яркости судят о наличии нити в ткани, а по минимуму профиля яркости судят о наличии поры в ткани.
Для разделения значений, относящихся к порам на пробе, а также значений, соответствующих нитям на пробе, по каждой системе нитей строят профили яркости с учетом промежуточной, постоянной и переменной составляющих. Положение промежуточной линии для основных нитей определяют с помощью анализа профиля яркости, построенного для уточных нитей, а положение промежуточной линии для уточных нитей определяют с помощью анализа профиля яркости, построенного для основных нитей. Далее на профилях яркости строят линии, являющиеся касательными к минимальным и максимальным значениям профилей яркости основных и уточных нитей, которые являются соответственно постоянной и переменной составляющими. Затем определяют для каждого профиля яркости соотношение (Δ1) длин отрезков, один из которых находится между нулевым уровнем яркости и линией постоянной составляющей (L1), а другой между нулевым уровнем яркости и линией переменной составляющей (L), а Δ2=1-Δ1. В дальнейшем строят на профиле яркости для основных нитей промежуточную линию, которая делит данный профиль яркости на положительные и отрицательные полуволны, причем длительность положительной полуволны (do) профиля яркости основных нитей к полному периоду (аo+do) профиля яркости основных нитей относится как соотношение (Δ2)о. На профиле яркости для уточных нитей аналогично строят промежуточную линию с учетом профиля яркости основных нитей, которая делит данный профиль яркости на положительные и отрицательные полуволны, причем длительность положительной полуволны dy профиля яркости уточных нитей к полному периоду (aу+dу) профиля яркости уточных нитей относится как соотношение (Δ2)у. Необходимые соотношения длин отрезков определяют методом спектрального анализа.
Таким образом, соотношение для основных нитей имеет вид (Δ1)o=(L1)o/Lo, (Δ2)o=(L2)o/Lo, а соотношение для уточных нитей выглядит следующим образом (Δ1)у=(L1)у/Lу, (Δ2)у=(L2)у/Lу. При этом do/(ao+do)=(Δ2)o и dу/(aу+dу)=(Δ2)у.
Далее с применением корреляционного анализа определяют длины положительных и отрицательных полупериодов на промежуточных линиях профилей яркости основных и уточных нитей, что соответствует поперечным размерам нитей (d) для положительных полуволн и поперечным размерам пор (а) для отрицательных полупериодов, после чего вычисляют показатели заполнения и пористости ткани по известным зависимостям.
Испытания проводились на 10 пробах каждого образца. Результаты проведенных испытаний в виде средних значений показателей заполнения и пористости представлены в табл.2. Статистическая обработка данных в виде среднеквадратических отклонений представлена в табл.3.
| Таблица 2 | |||||
| Образец | Отклонение (по модулю) прототипа от заявляемого способа | Показатель заполнения, % | Показатель пористости, % | ||
| прототип | заявляемый способ | прототип | заявляемый способ | ||
| 1 | 0,20 | 90,52 | 90,32 | 9,48 | 9,68 |
| 2 | 2,52 | 94,14 | 91,62 | 5,84 | 8,38 |
| 3 | 2,74 | 84,33 | 87,07 | 15,67 | 12,93 |
| 4 | 3,51 | 90,02 | 93,53 | 9,98 | 6,47 |
| 5 | 8,35 | 76,36 | 68,01 | 23,65 | 31,99 |
| Таблица 3 | ||
| Образец | Среднее квадратическое отклонение по показателям заполнения (пористости) | |
| прототип | заявляемый способ | |
| 1 | 0,86 | 0,62 |
| 2 | 1,08 | 1,02 |
| 3 | 17,80 | 9,33 |
| 4 | 3,76 | 1,56 |
| 5 | 2,50 | 1,10 |
Анализ результатов испытаний, приведенных в табл.3, свидетельствует о том, что заявляемый способ обладает большей точностью, чем прототип, поскольку показатели средних квадратических отклонений существенно ниже (см. табл.3).
Заявляемое техническое решение при исследовании образцов №3…5, у которых γ значительно отличается от единицы, т.е. ткани являются неравноплотными, дает более достоверные результаты (меньшие значения средних квадратических отклонений, отклонения по модулю показателей). А при испытанииях образцов № 1 и № 2, для которых γ близка к единице (т.е. ткани являются разноплотными), данные заявляемого технического решения сопоставимы. Поэтому заявляемый способ на исследуемых образцах, как равноплотных, так и неравноплотных, позволяет получить более достоверные результаты.
Таким образом, заявляемый способ позволяет расширить функциональные возможности путем приобретения способности работать с тканями любой плотности, а также повысить точность за счет снижения значений средних квадратических отклонений.
Источники информации
1. Патент RU, № 2151393, МПК G01N 33/36. Способ распознавания компьютерного изображения текстильных изделий, используемый при бесконтактном анализе структуры тканей, опубл. в 2000 г.
2. Патент RU, № 2225980, МПК G01N 33/36. Способ определения показателей заполнения и пористости тканых полотен по компьютерному изображению, опубл. в 2004 г.
Способ определения показателей заполнения и пористости тканых полотен по компьютерному изображению, при котором получают графическую информацию пробы ткани, разделяют ее на части и измеряют яркость света в каждой части, формируют матрицу значений яркости, причем столбцы матрицы соответствуют направлению основы, строки - направлению утка в ткани, строят профили яркости вдоль основных нитей и вдоль уточных нитей путем суммирования значений яркости матрицы исходного изображения по столбцам и строкам соответственно, где по максимуму профиля яркости судят о наличии нитей в ткани, а по минимуму судят о наличии поры в ткани, причем положение средней линии для основных нитей определяют с помощью анализа профиля, построенного для уточных нитей, а положение средней линии для уточных нитей определяют с помощью анализа профиля, построенного для основных нитей, выделяют линии, являющиеся касательными к минимальным и максимальным значениям профиля яркости основных и уточных нитей, определяют соотношение участка, находящегося между нулевым уровнем яркости и касательной к минимальным значениям, к участку между нулевым уровнем и касательной к максимальным значениям, проводят на профиле яркости уточных нитей среднюю линию таким образом, чтобы разделить период переменной составляющей на положительную и отрицательную полуволны, длительность которых соотносится в данном соотношении, те же операции и в той же последовательности повторяют для профиля яркости уточных нитей, далее измеряют участки на средних линиях в периодах, что соответствует поперечным размерам нитей для положительных полуволн и поперечным размерам пор для отрицательных полуволн, после чего вычисляют характеристики заполнения и пористости ткани по известным зависимостям.
