基于图像处理与虚拟仪器技术的织物悬垂性测试系统的研究

摘要

织物的悬垂性是服装用面料的一个重要的性能。常用的织物悬垂性测试仪器，均采用俯视投影的悬垂测试方法得到织物的悬垂形态图像，提取织物俯视投影图中的织物悬垂边缘的形态特征指标来表征织物的悬垂性能。在采用传统的俯视投影方法对柔软织物进行测试时，织物的一部分皱褶会转到支撑盘的下方。在俯视投影图中，支撑圆盘会遮挡住织物的一部分皱褶，从而造成不可避免的系统误差。 在本课题中，为了避免传统俯视投影方法在对轻、薄、柔软织物测试时所产生的不可避免的系统误差，作者建立了基于仰视投影的织物悬垂性实验平台，采用自下向上的仰视投影方法采集织物的悬垂边缘的形态图像。作者分析了数字图像处理技术在织物悬垂图像处理中的应用情况，提出了对织物悬垂图像进行处理的关键步骤和方法，并且详细讨论了每个步骤的具体实现方法，最终取得了令人满意的实验结果。 作者采用LabVIEW7.1软件和IMAQ图像处理模块编写织物悬垂性测试程序，对所采集的织物悬垂图像进行处理以得到织物悬垂边缘的原始坐标值；同时采用一种简单方法对摄像机进行标定并推导了通用摄像机的数学模型，进而建立了对畸变的织物悬垂边缘图像进行校正的算法；据此对因投影关系发生畸变的织物悬垂边缘点进行校正，从而得到边缘点的真实坐标值；最后经过计算得到反映织物悬垂性能的特征指标。此外，作者还对基于仰视投影的织物悬垂性测试实验平台系统中可能会造成系统误差的各种因素进行了分析，提出了减少系统误差的措施和方法，并且推导出了该实验平台的系统误差的计算公式。 作者采用若干悬垂性能不同的织物，分别在传统的XDF—1型织物悬垂性测试仪和本课题的织物悬垂测试平台逐一进行测试。实验数据的对比、分析结果表明，基于仰视投影的新型织物悬垂测试方法，确实可以避免传统俯视投影测量方法在测量轻、薄、柔软织物时，因皱褶折到支撑盘的边缘内部而造成的系统误差；故而作者搭建的实验平台经过适当改造，可以成为一种新型的织物悬垂度测定仪器。至于作者提出的根据织物悬垂边缘坐标值和织物悬垂形态的剖面方程，对织物悬垂形态进行三维重建的方法，则为织物三维悬垂形态的后续研究打下了一个小小的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1课题的背景和意义

1.2国内外研究相关情况

1.2.1悬垂评价体系研究

1.2.2织物悬垂测试方法与仪器

1.3现行悬垂测试法的局限性

1.4研究内容

第二章虚拟仪器技术

2.1虚拟仪器

2.1.1虚拟仪器构成

2.1.2虚拟仪器特点

2.1.3应用及发展

2.2 LabVIEW软件

2.2.1图形化的编程环境

2.2.2 LabVIEW模板

2.3 IMAQ Vision模块

2.4本章小结

第三章测量系统硬件结构与软件设计

3.1图像测量系统结构

3.2测量系统中的关键部件

3.2.1 CCD摄像机

3.2.2图像采集卡

3.2.3光源系统

3.3系统软件设计

3.3.1软件结构

3.3.2软件设计

3.4本章小结

第四章织物悬垂图像处理

4.1图像平滑

4.1.1空域滤波

4.1.2频域滤波

4.1.3中值滤波

4.1.4滤波分析

4.2图像二值化

4.3图像中心圆检测

4.4织物边缘检测

4.4.1梯度算子

4.4.2拉普拉斯算子

4.4.3坎尼(Canny)算子

4.4.4综合正交算子

4.4.5边缘检测结果与分析

4.5本章小结

第五章摄像机标定与图像校正

5.1摄像机标定

5.1.1摄像机成像模型

5.1.2通用摄像机模型

5.1.3简单标定

5.2图像校正

5.2.1仰视投影校正模型及算法

5.2.2俯视投影校正模型及算法

5.3织物三维重建

5.4本章小结

第六章实验数据分析

6.1织物悬垂评价指标

6.2初始条件的确定

6.3实验数据采集

6.3.1纯棉织物数据采集

6.3.2胺纶织物数据采集

6.4实验结果分析

6.4.1异常值判断与处理

6.4.2均值偏差分析

6.4.3散点分析

6.4.4显著性检验

6.4.5实验结果

6.5本章小结

第七章系统误差分析

7.1图像噪声与算法误差

7.1.1热电子噪声

7.1.2暗电流噪声

7.1.3边缘检测误差

7.2机械结构误差

7.2.1摄像机与支撑盘距离误差

7.2.2支撑盘偏心误差

7.2.3光轴与支撑盘不垂直误差

7.3织物测量时间误差

7.4本章小结

第八章总结与展望

8.1工作总结

8.2工作展望

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的学术论文目录

致 谢