Способ определения геометрических характеристик петлеобразования трикотажного полотна по компьютерному изображению
Владельцы патента RU 2473081:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (ИГТА) (RU)
Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при бесконтактном анализе структуры трикотажных полотен при исследовании их геометрических показателей характеристик петлеобразования для оценки качества полотна. На исходном изображении пробы трикотажного полотна выделяют небольшой участок (локальный элемент), например, в виде прямоугольника. Локальный элемент смещают в двух направлениях по горизонтали и вертикали. Далее находят локальные максимумы автокорреляционной функции изображения и оценивают средний период следования горизонтальных и вертикальных темных полос. Затем вычисляют размеры и строят матрицу полотна, в пределах габаритов этой матрицы располагают точки, образованные порами, и интерполируют их кубическим параметрическим сплайном, получают изображение петли исследуемого полотна и по нему определяют, с помощью известных зависимостей, геометрические характеристики, такие как длина петли, ширина петли, высота петли, высота петельного ряда, петельный шаг, толщина нити. 1 табл., 4 ил.
Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при бесконтактном анализе структуры трикотажных полотен при исследовании их геометрических показателей характеристик петлеобразования для оценки качества полотна.
Известен способ распознавания компьютерного изображения тканых полотен [патент №2164679 RU, МПК G01N 21/89. Способ контроля структурных геометрических характеристик параметров тканых материалов / Шляхтенко П.Г., Труевцев Н.Н.; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна. - №99114066/28; заявл. 25.06.1999; опубл. 27.03.2001, - 5 с.: ил.], используемый при бесконтактном анализе структуры ткани, заключающийся в том, что образец ткани освещают параллельным пучком монохроматического света перпендикулярно его поверхности, используют негативное и позитивное фронтальное изображение ткани, полученное при прямом или обратном ее освещении на любой прозрачной основе, а о величине структурных параметров судят по симметрии и взаимному расположению основных максимумов в дифракционной картине.
Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является способ определения показателей заполнения и пористости тканых полотен по компьютерному изображению [патент №2366946 RU, МПК G01N 33/36. Способ определения показателей заполнения и пористости тканых полотен по компьютерному изображению / Круглова Е.Н., Сташева М.А., Коробов Н.А., Гусев Б.Н.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия». - №2007129233/28; заявл. 30.07.2007; опубл. 10.09.2009, - 5 с.: ил.], заключающийся в том, что получают графическую информацию пробы ткани.
Недостатком способа является ограниченность области применения, так как способ позволяет работать преимущественно с ткаными полотнами, поперечные размеры нитей которых приблизительно равны размерам пор, данный способ не учитывает разнообразное строение и особенности петлеобразования трикотажных полотен, поэтому он не подходит для работы с трикотажными полотнами.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения дополнительных геометрических характеристик петлеобразования, приобретения способности работать с трикотажными полотнами любой плотности, структуры и строения.
Указанный результат достигается тем, что в способе определения геометрических характеристик петлеобразования трикотажного полотна по компьютерному изображению, заключающемся в получении графической информации пробы, согласно изобретению, на полученном исходном изображении пробы трикотажного полотна выделяют небольшой участок (локальный элемент), например, в виде прямоугольника, смещают его в двух направлениях по горизонтали и вертикали, сначала по горизонтали слева направо, выделяя при этом с помощью автокорреляционной функции вертикальные темные полосы, характеризующие периодически повторяющиеся поры полотна, затем локальный элемент смещают по вертикали вниз, выделяя аналогично горизонтальные темные полосы, далее находят локальные максимумы автокорреляционной функции изображения и оценивают средний период следования горизонтальных и вертикальных темных полос, затем вычисляют размеры и строят матрицу полотна, в пределах габаритов этой матрицы располагают точки, образованные порами, и интерполируют их кубическим параметрическим сплайном, получают изображение петли исследуемого полотна и по нему определяют с помощью известных зависимостей геометрические характеристики, такие как длина петли, ширина петли, высота петли, высота петельного ряда, петельный шаг, толщина нити.
Указанный результат достигается потому, что в дополнение к показателям пористости и заполнения измеряются дополнительные геометрические характеристики петлеобразования, за счет получения графической информации пробы, выделения небольшого участка (локального элемента), например, в виде прямоугольника, смещения его в двух направлениях по горизонтали и вертикали, выделения с помощью автокорреляционной функции вертикальных и горизонтальных темных полос, характеризующих периодически повторяющиеся поры полотна, вычисления размеров матрицы и ее построения, расположения точек в пределах этой матрицы и интерполирования точек кубическим параметрическим сплайном, получения изображения петли и определения по нему с помощью известных зависимостей геометрических характеристик петлеобразования, а также за счет способности работать с трикотажными полотнами любой плотности, структуры и строения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано исходное изображение пробы трикотажного полотна с выделенным локальным элементом, на фиг.2 показана сетка матрицы полотна с расположенными в ней точками, образованными порами, на фиг.3 показана интерполированная кривая петли с помощью кубического параметрического сплайна, заданная 13-ю узлами, на фиг.4 показано графическое изображение исследуемого трикотажного полотна со смоделированным изображением его петлеобразования.
Пример практического осуществления способа
В качестве исследуемого материала выбирают трикотажное полотно, произведенное переплетением «кулирная гладь» из хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 18,5 текс. Поверхностная плотность полотна составляет 180 г/м2.
Пробу трикотажного полотна размером 10×10 см укладывают на рабочую поверхность планшетного сканера, затем сканируют для получения графической информации. Пробу размещают таким образом, чтобы процесс сканирования проходил вдоль петельных столбиков (плотность по вертикали) трикотажного полотна. Разрешающая способность сканера не менее 600 пикселей на дюйм. Режим выбора отраженного или проходящего света зависит от цвета исследуемого полотна (для светлых полотен - отраженный, для темных полотен - проходящий). Полученное графическое изображение пробы выводят на экран монитора. На получившемся исходном изображении выделяют участок (локальный элемент), например, в виде прямоугольника. Выбор размера локального элемента зависит от производительности компьютера, оптимальным размером является прямоугольная область, занимающая четверть полученного изображения. Анализ полученного изображения на маломощных компьютерах может занять более длительное время, и в этом случае размер выбора локального элемента можно сократить. Затем локальный элемент смещают в двух направлениях по горизонтали и вертикали. Первоначально выделенное изображение смещают по горизонтали (например, слева направо), выделяя при этом с помощью автокорреляционной функции вертикальные светлые и темные полосы, характеризующие периодически повторяющиеся нити и поры полотна. Затем локальный элемент смещают по вертикали вниз, выделяя при этом аналогично горизонтальные светлые и темные полосы. Это делают для того, чтобы оценить периодичность изображения петлеобразования по горизонтали и по вертикали. Далее по виду автокорреляционной функции находят локальные максимумы, которые характеризуют периодичность изображения.
Поскольку полученное изображение состоит из трикотажных петель и при этом по вертикали один ряд петель накладывается на другой, то по этой причине период повторения одинаковых фрагментов на изображении пробы меньше, чем высота петли. Высота петли всегда меньше, чем двойной период по вертикали.
Первоначально рассматривают столбец, образованный вертикально расположенными порами (фиг.1). Расстояние между порами является периодом следования изображения, а переплетение нитей между собой происходит на равном расстоянии от ближайшей верхней поры и от ближайшей нижней поры, что составляет половину (0,5) периода следования изображения пробы. Поэтому высота изображения трикотажной петли равна одному периоду с дополнением половины (0,5) периода. В итоге высота трикотажной петли равна полутора (1,5) периодам повторения изображения по вертикали. По этой причине принимают высоту трикотажной петли h равной 1,5; а ширину петли w равной 2. В дальнейшем с учетом полученных данных моделируют трикотажную петлю с помощью сплайна (s-образной кривой).
На следующем этапе вычисляют размеры сетки, которая представляет собой прямоугольную матрицу, для чего закладывают полученные данные (ширину (w), высоту (h) трикотажной петли и количество периодов по горизонтали (kg) и вертикали (kv)) и таким образом получают определенные размеры сетки. На следующем этапе проводят интерполирование кривой трикотажной петли кубическим параметрическим сплайном (кубическим сплайном на отрезке [а,b] называют дважды непрерывно дифференцируемая функция у=f(x), на каждом из отрезков Δj=[xj-1,xj] совпадающая с кубическим полиномом и удовлетворяющая условиям интерполяции f(xj)=yj; j=1, …, N).
В итоге получают для дальнейшего анализа сетку трикотажной петли с 13-ю узлами (фиг.2). В дальнейшем соединяют плавной линией узлы, начиная с первого и заканчивая тринадцатым. Узлы на сетке отмечены следующим образом: нечетные номера знаком «о», четные - знаком «х». Сетка, на которой строится трикотажная петля, имеет ширину w и высоту h петли. Учитывая, что изображения петель в вертикальном направлении накладываются друг на друга со сдвигом 1/3 от высоты петли h, прямоугольник сетки полотна разбит по высоте на три равные зоны. Одно полное изображение петли задают узлами, начиная с номера 3 и заканчивая номером 11. Остальные узлы (1, 2 и 12, 13) необходимы для того, чтобы построить сплайн (s-образную кривую) и затем отбросить результаты интерполяции для этих узлов, поскольку у крайних узлов отсутствует по одной соседней точке (краевое условие), и сплайн в их окрестности рассчитывается иначе, чем для точек, имеющих две соседние точки, т.е. узлы 3 и 11 не должны быть крайними. Далее из условия, что трикотажная петля является фигурой симметричной, следует, что ось симметрии проходит через узел с номером 7. Этот узел расположен ровно посередине петли и делит ширину петли пополам. Через точки 3, 4, 5, 6, 7 также проходит сплайн (s-образная кривая), которая симметрично отображается относительно вертикальной оси, проходящей через точку 7. Сама s-образная кривая также является симметричной кривой с центром симметрии в узле 5 (другая половина петли - в узле 9). Каждый из узлов 5 и 9 делит свою половину изображения петли пополам как по горизонтали, так и по вертикали. Все это следует из свойства симметричности трикотажной петли, а положение узлов 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 определяют согласно правилам данного свойства. Эти узлы на сетке полотна отмечены знаком «о» (фиг.2).
Узлы с номерами 2, 4, 6, 8, 10, 12 (отмеченные знаком «х») находятся на s-образной кривой, и узлы 4 и 6 симметричны друг другу относительно центра симметрии в точке 5. Поэтому обоснование расположения одного из этих узлов также позволяет определить поведение сплайна, описывающего трикотажную петлю. Рассматривают первоначально узел с номером 6. Это одна из множества точек кривой, соединяющей узел 5 с узлом 7. Две петли из двух разных вертикальных рядов пересекают друг друга на участке высотой h/3 от верхней точки петли (узел 7). Поэтому узел 6 выбирается именно в этой трети изображения трикотажной петли. Ордината этого узла расположена ниже, чем ордината узла 7, и выше, чем линия, отсекающая верхнюю треть изображения петли. Абсцисса узла 6 левее (меньше абсциссы) узла 5 и правее (больше абсциссы) узла 3. По этой причине абсциссу узла 6 размещают посередине между абсциссами узлов 3 и 5. Ординату узла 6 располагают посередине между ординатой узла 7 и ординатой линии, отсекающей 1/3 изображения петли. Если эти расстояния вычислять относительно центра симметрии (узел 5), то в результате получают: расстояние от узла 5 до узла 3 по горизонтали dt=abs(x(5)-х(3))/2; расстояние от узла 5 до узла 3 по вертикали tz=abs(y(7)-y(3))/3. Эти расстояния используют для вычисления координат четных узлов относительно центра симметрии в узлах 1, 5, 9, 13. После этого задают координаты нечетных узлов из условий:
х(1)=2; х(3)=4; х(5)=6; х(7)=8; х(9)=10; х(11)=12; х(13)=14.
y(1)=4; y(3)=1; y(5)=4; y(7)=7; y(9)=4; y(11)=1, y(13)=4.
dt= 1 (от 0 до 2); tz=2,0 (от 1 до 2,6).
dt=(x(5)-x(3))/2;
tz=(y(7)-y(3))/3.
В дальнейшем вычисляют координаты четных узлов следующим образом:
х(2)=х(1)-dt; х(4)=х(5)+dt;
х(6)=х(5)-dt; х(8)=х(9)+dt;
х(10)=х(9)-dt; х(12)=х(13)+dt.
y(2)=y(1)-tz; y(4)=y(5)-tz;
y(6)=y(5)+tz; y(8)=у(9)+tz;
y(10)=y(9)-tz; y(12)=y(13)-tz.
После вычисления координат узлов определяют масштабные коэффициенты по х(mx) и по y(my), чтобы петля геометрически совпадала с заданием:
mx=w/(x(11)-x(3));
my=h/(y(7)-y(11)).
Затем с помощью программы для ЭВМ вычисляют промежуточные точки между основными заданными узлами (13 узлов). На основании данного расчета программа для ЭВМ выводит конечное изображение смоделированной трикотажной петли пробы, по которому на основе известных зависимостей рассчитывают основные геометрические характеристики петлеобразования трикотажного полотна. Результаты заносят в программу для ЭВМ, которая выводит результаты расчета, содержащего конечные значения, полученные для заданных различных геометрических характеристик трикотажного полотна, приведенных в табл.1.
Результаты расширения функциональных возможностей заявляемого способа относительно прототипа также представлены в таблице 1.
| Табл.1 | ||
| Наименование геометрической характеристики петлеобразования | Значение характеристик согласно: | |
| заявляемому способу | способу прототипа | |
| Длина петли, мм | 3,26 | - |
| Ширина петли, мм | 0,995 | - |
| Высота петли, мм | 1,046 | - |
| Толщина нити, мм | 0,195 | - |
| Длина нити в петле, мм | 3,26 | - |
| Показатель заполнения, % | 73,16 | 79 |
| Показатель пористости, % | 26,84 | 21 |
Таким образом, заявляемый способ определения геометрических характеристик петлеобразования трикотажного полотна по компьютерному изображению позволяет расширить функциональные возможности путем приобретения способности определять не только показатели заполнения и пористости трикотажного полотна, но и рассчитать основные геометрические характеристики его петлеобразования, а также работать с трикотажными полотнами любой плотности, структуры и строения.
Способ определения геометрических характеристик петлеобразования трикотажного полотна по компьютерному изображению, заключающийся в получении графической информации пробы трикотажного полотна, отличающийся тем, что на полученном изображении полотна выделяют локальный элемент, последовательно смещают его по вертикали и по горизонтали, определяя при этом с помощью автокорреляционной функции вертикальные и горизонтальные светлые и темные участки изображения, характеризующие периодически повторяющиеся нити и поры полотна, из которых строят сетку трикотажного полотна и в ее габаритах вычисляют местоположение точек экстремумов петли, и затем последовательно интерполируют их кубическим параметрическим сплайном, и по полученному графическому изображению петель определяют их геометрические характеристики.
