河南科技大学 李治恒 张听雨轩 严晨琛 贾兴路 丁浩 471023
摘要:纺织品在印染过程中由于染色工艺和操作等问题会在织物外观留下视觉缺陷，这些缺陷人工检测很难检测。为解决此问题，本文设计了一种基于机器视觉的印染布匹质量检测系统，该系统采用特征点检测以及模板匹配算法实现了对印染布匹的质量检测以及印染图案完整度的检测。
关键词：纺织品；图像处理；缺陷检测；
一、系统整体设计
该系统由硬件与软件两部分组成：硬件部分包括包含高性能GPU的计算机以及摄像头组成，摄像头安装于印染生产线出口且与计算机连接；软件部分包括运行在Linux环境下的印染布匹质量检测算法以及印染布匹图案完整度检测。
二、检测算法实现流程
步骤一、选取色光、色差质量好、印染图案完整的印染布匹作为标准布匹，使面阵相机光轴垂直于标准布匹布面，标准布匹印染图案区域位于面阵相机视野内，在点光源的作用下用面阵相机拍照，捕捉到一帧标准布匹的输入图像X；
步骤二、在与步骤1相同的光照条件下使用同一个或者分辨率与相机内部参数相同的面阵相机，将标准布匹替换为待测布匹后使用面阵相机采集一帧待测布匹的输入图像Y；
步骤三、将图像X和图像Y转换为灰度图像X1、Y1；
步骤四、对于灰度图像X1、Y1，检测图片中所有特征点；
步骤五、图像X1、Y1的提取特征点进行特征匹配；
使用上述步骤提取到的特征点计算单应矩阵
通过单应矩阵计算图像Y1每个像素与图像X1的对应关系，由于图像X1和图像Y1分别为图像X和图像Y的灰度图像，因此图像Y1每个像素与图像X1的对应关系图像X和图像Y之间是同样适用的[3]；
将RGB色彩空间的图像X和图像Y转换为LAB色彩空间和HSV色彩空间
通过之前得到的图像X和图像Y每个像素的对应关系，使用CIEDE2000色差公式计算公式计算每一对对应像素之间的色差
色光为在染色深度一致的条件下，待测染料染色物的颜色与标准染料染色物的颜色的偏差程度，包括色相、明度、饱和度方面的差异。在该方法中我们定义标准布匹为标准标准染料染色物，此时待测布匹的色光即为待测布匹的颜色与标准布匹的颜色的偏差程度，HSV色彩空间下的色相、明度、饱和度等表现更直观，我们记色光为HSV色彩空间下待测图像与标准图像对应像素间每个通道差值的绝对值的和
印染布匹的质量主要由色光、色差、印染图案完整程度决定，由此建立印染布匹质量评定模型；
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本发明和现有技术相比有如下有益效果：
（1）具有更快的检测速度
（2）具有更高的检测精度，人工检测很难检测出印染布匹的细小瑕疵，但是此方法可以检测到各种细小误差并对检测到的误差进行量化，表现更直观；
（3）相比人工有着更低的成本
三、印染图案完整度检测
步骤一、选取色光、色差质量好、印染图案完整的印染布匹作为标准布匹，使面阵相机光轴垂直于标准布匹布面，标准布匹印染图案区域位于面阵相机视野内，在点光源的作用下用面阵相机拍照，捕捉到一帧标准布匹的输入图像数据，对该图像中除图案部分做剪裁处理得到图像X，将经过处理后的图像的色光、色差作为印染布匹质量评定过程中的标准值；
步骤二、在与步骤1相同的光照条件下使用同一个或者分辨率与相机内部参数相同的面阵相机，将标准布匹替换为待测布匹后使用面阵相机采集一帧待测布匹的输入图像数据，对该图像中除图案部分做剪裁处理得到Y；
步骤三、对步骤一、二采集到的图像X和图像Y的进行操作一得到图像X1和图像Y1，操作一为将图像的色彩空间由RGB转换为HSV；
对步骤一、二采集到的图像X和图像Y的进行操作二得到图像X2和图像Y2，，操作二为将图像转换为灰度图像；
对图像X2、图像Y2进行高斯平滑处理，然后使用sobel算子对图像X2、图像Y2做边缘提取；
对图像X、图像Y、图像X1、图像Y1、图像X2、图像Y2进行最大最小值归一化处理，彩色图像对每个色彩通道进行归一化处理，归一化公式为：
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取图像Y2对其进行切分处理，处理后得到10*10个图像块，每个图像块长宽相同，其中Y2a-b为第a行第b列的图像块，Y2a-b所在区域中心位置以及宽高为Y2a-b(Yx,Yy,Yw,Yh)；
将图像块Y2a-b作为滑动窗口在图像X2滑动，每滑动一个像素求重合区域的相关度，当相关度达到最大时，滑动窗口Y2a-b在图像X2上覆盖区域X2a-b为图像块Y2a-b在图像X2上对应的图像块，记录X2a-b所在区域中心位置以及宽高X2a-b (Xx,Xy,Xw,Xh)，图像块Y2a-b的中心坐标(Yx,Yy)与图像块X2a-b的中心坐标(Xx,Xy)对应，有上述得到所有待测图像块与标准图像之间的像素映射关系(Ya-b(Yx,Yy,Yw,Yh),Xa-b(Xx,Xy,Xw,Xh))、 (Y1a-b(Yx,Yy,Yw,Yh), X1a-b(Xx,Xy,Xw,Xh))、(Y2a-b(Yx,Yy,Yw,Yh), X2a-b(Xx,Xy,Xw,Xh))；
由第五步得到的待测图像块与标准图像之间的映射关系计算待测图像块与标准图像色光；
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四、结论
本文设计了一种基于机器视觉的印染布匹质量检测系统，该系统采用特征点检测以及模板匹配算法实现了对印染布匹的质量检测以及印染图案完整度的检测，解决了印染布匹人工检测误差大、速度慢的问题。
[1].13项纺织印染国家标准将于2020年1月实施[J].纺织检测与标准,2019,5(04):48.
[2]邓芳芳.平面设计中民间印染技术的应用——评《中国传统民间印染技艺》[J].印染助剂,2021,38(02):65.