基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统，属于纺织测量领域，本实用新型专利技术包括LED光源，线阵相机，编织纱线和图像采集卡，在现有的纺织卷绕机械上装配该测量系统，通过LED光源照射待测量的编织纱线，通过线阵相机采集编织纱线运动图像，利用图像采集卡的FPGA单元进行图像处理分析，根据编织纱线的纹理具有周期性的特点，提取图像中纱线的纹理数目，并根据一幅时空图像中纱线纹理数目计算编织纱线的速度与长度。本实用新型专利技术利用线阵相机采集编织纱线运动的时空图像，纱线纹理特征与背景对比明显，图像简单，可通过改变每幅图像的大小来计算不同时间内纱线的卷绕速度，在线测量纱线速度与长度。

Measuring system for speed and length of braided yarns based on linear array camera

The utility model relates to a knitting yarn speed and length measuring system based on a linear array camera, which belongs to the field of textile measurement. The utility model comprises an LED light source, a linear array camera, a knitting yarn and an image acquisition card. The measuring system is assembled on an existing textile winding machine, and the knitting to be measured is illuminated by an LED light source. Yarn is captured by linear array camera and processed by the FPGA unit of image acquisition card. According to the periodicity of the texture of the yarn, the number of yarn texture in the image is extracted, and the speed and length of the yarn are calculated according to the number of yarn texture in a space-time image. . The utility model uses a linear array camera to collect the space-time image of the movement of the braided yarn. The yarn texture features are obviously contrasted with the background, and the image is simple. The winding speed of the yarn in different time can be calculated by changing the size of each image, and the yarn speed and length can be measured online.

【技术实现步骤摘要】
基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统
本技术涉及一种基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统，属于纺织测量

技术介绍
在编织纱线卷绕过程中，编织纱线速度与长度在线测量是一项非常重要的指标。编织纱线的卷绕速度与长度影响编织纱线的张力，若速度慢，编织纱线张力大会造成断头；速度快，编织纱线松弛，造成缠绕，会对纺织工业带来较大的影响。编织纱线卷绕速度与长度在线测量是卷绕质量好坏的一个主要因素。目前纺织行业使用的纱线速度与长度测量系统主要包括两种方法：第一种是接触式测量，即通过导纱槽轮与纱线相接触进行测量，然而这种接触式测量明显地存在着一些不足之处，关键是槽轮线速度与纱线卷绕速度不相一致，即滑溜问题，它受纱线包角、摩擦系数等的影响。第二种是光学相关法来测量纱线的速度，通过两个图像测量器采集纱线卷绕图像，并对比纱线边缘波形，通过提取相同边缘波形的时间来计算纱线的速度，但是这个装置结构非常复杂，而且需要两个图像测量器来测量观察到的波形，实现困难，且编织纱线为周期性纹理，此方法不适合测量编织纱线的卷绕速度与长度。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有编织纱线卷绕速度与长度在线测量系统存在的上述缺陷，提出了一种基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统，在现有的纺织机械上装配该系统，通过LED光源照射编织纱线，利用线阵相机采集照射部位的编织纱线时空图像，并将采集到的时空图像输入到图像采集卡中，利用FPGA图像处理系统对采集的图像进行处理，统计时空图像中编织纱线的纹理数目，根据编织纱线周期性纹理以及线阵相机时空图像的特点计算卷绕速度与长度，可在不接触编织纱线的情况下测量编织纱线卷绕的速度与长度，实现了编织纱线速度与长度的非接触在线测量。基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统，包括线阵相机、LED光源及图像采集卡，所述的LED光源和线阵相机安装在垂直于待测量的编织纱线的卷绕方向，根据待测量的编织纱线振动范围设置LED光源与编织纱线的安装距离。进一步地，所述的LED光源与线阵相机安装在编织纱线的同侧，所述LED光源与线阵相机采集位置的夹角小于15°，照射方向为线阵相机在编织纱线上的采集位置。进一步地，设L是相机镜头与编织纱线之间的距离，v是编织纱线卷绕时轴向移动的速度。由于编织纱线的直径较小，考虑到线阵相机采集图像的质量以及编织纱线所占的像素数k＝fd/Lh，可通过减小相机与纱线的距离L，增大f调整纱线所占像素数。为使图像处理易于进行，本技术中纱线像素数应大于等于5个像素，其中f是线阵相机镜头的焦距，d是编织纱线的直径，h是线阵相机像元尺寸。为保证图像质量，本技术中纱线像素数应大于5个像素，其中f是线阵相机镜头的焦距，d是编织纱线的直径，h是线阵相机像元尺寸。本技术采用定焦镜头，因此f确定，5≤fd/Lh，相机与纱线的距离L≤fd/5h。进一步地，本技术是利用编织纱线反射LED光源的光线采集图像，编织纱线行进过程中可能引起振动，因此景深需选取较大值，以保证成像清晰。景深的计算公式为ΔL＝2f2.FδL2/(f4-F2δ2L2)，其中δ是容许的弥散圆直径，F为光圈值。为保证清晰成像，景深最小值为ΔLmin，则进一步地，所述LED光源采用强亮度光源。进一步地，所述图像采集卡内集成有FPGA图像处理系统，对线阵相机采集到的原始编织纱线的时空图像进行滤波，二值化，形态学处理，从处理后的图像中分割出编织纱线的纹理，并测量编织纱线的纹理数n。本技术的有益效果是：(1)本技术通过线阵相机、LED光源和图像采集卡，实现了在不接触编织纱线的情况下测量纱线的卷绕速度与长度；(2)本技术利用线阵相机采集图像，编织纱线纹理之间对比明显，图像简单，可选择图像的大小来提高测量速度，以及精度。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是应用本技术所述系统进行在线测量的流程图。图3是本技术线阵相机采集的编织纱线卷绕过程中的原始图像。图4是本技术图像处理后编织纱线二值化图像。图5是本技术进行连通域标记的图像。图中：1、线阵相机；2、LED光源；3、编织纱线；4、图像采集卡；5、导向机构；6、卷绕轴。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实例，对本技术提出的基于线阵相机的非接触编织纱线速度与长度测量方法进行进一步说明。本技术所述的基于线阵相机的编织纱线速度与长度测量系统，如图1所示，包括线阵相机1、LED光源2及图像采集卡4，还包括导向机构5为卷绕编织纱线导向，卷绕轴6用于编织纱线卷绕，所述的LED光源2和线阵相机1安装在垂直于待测量的编织纱线3的卷绕方向，根据待测量的编织纱线3振动范围设置LED光源2与编织纱线3的安装距离。所述的LED光源2与线阵相机1安装在编织纱线3的同侧，所述LED光源2与线阵相机1采集位置的夹角小于15°，照射方向为线阵相机1在编织纱线3上的采集位置。设L是相机镜头与编织纱线3之间的距离，v是编织纱线3卷绕时轴向移动的速度。由于编织纱线3的直径较小，考虑到线阵相机1采集图像的质量以及编织纱线3所占的像素数k＝fd/Lh，可通过减小相机与纱线的距离L，增大f调整纱线所占像素数。为使图像处理易于进行，本技术中纱线像素数应大于等于5个像素，其中f是线阵相机1镜头的焦距，d是编织纱线3的直径，h是线阵相机1像元尺寸。为保证图像质量，本技术中纱线像素数应大于5个像素，其中f是线阵相机1镜头的焦距，d是编织纱线3的直径，h是线阵相机1像元尺寸。本技术采用定焦镜头，因此f确定，5≤fd/Lh，相机与纱线的距离L≤fd/5h。另外本技术是利用编织纱线3反射LED光源2的光线采集图像，编织纱线3行进过程中可能引起振动，因此景深需选取较大值，以保证成像清晰。景深的计算公式为ΔL＝2f2FδL2/f4-F2δ2L2)，其中δ是容许的弥散圆直径，F为光圈值。为保证清晰成像，景深最小值为ΔLmin，则基于本技术所述测量系统的测量方法包括如下步骤：步骤一：利用线阵相机1、LED光源2和图像采集卡4在现有的编织纱线卷绕机上装配非接触编织纱线速度与长度在线测量系统，用于编织纱线3卷绕过程中速度与长度的在线自动测量，其中，线阵相机1与图像采集卡4连接，LED光源2采用高亮光源；处于卷绕过程中的编织纱线3轴向运动，在待测量的编织纱线3的近处安装LED光源2以及在垂直于编织纱线3卷绕方向的位置安装线阵相机1，根据待测量的编织纱线3所占的像素数线确定阵相机安装距离L，以完成编织纱线3图像的采集。如图2所示，设v是编织纱线3卷绕移动的线速度，图中箭头方向是编织纱线3卷绕的方向，L是线阵相机1镜头到待测量纱线平面的距离，由于编织纱线3的直径较小，考虑到线阵相机1采集图像的质量以及编织纱线3所占的像素数k＝fd/Lh，为使纱线所占像素数满足要求，应减小相机与纱线的距离L，增大f。其中f是线阵相机1镜头的焦距，d是编织纱线3的直径，h是线阵相机1像元尺寸。步骤二：将LED光源2照射待测量的编织纱线3，通过线阵相机1采集照射位置的编织纱线3纹理图像，并将采集到的原始编织纱线3图像通过数据接口输入到图像采集卡4中；根据相机的工作方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统，其特征在于：包括线阵相机(1)、LED光源(2)及图像采集卡(4)，所述的LED光源(2)和线阵相机(1)安装在垂直于待测量的编织纱线(3)的卷绕方向，根据待测量的编织纱线(3)振动范围设置LED光源(2)与编织纱线(3)的安装距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于线阵相机的编织纱线速度与长度的测量系统，其特征在于：包括线阵相机(1)、LED光源(2)及图像采集卡(4)，所述的LED光源(2)和线阵相机(1)安装在垂直于待测量的编织纱线(3)的卷绕方向，根据待测量的编织纱线(3)振动范围设置LED光源(2)与编织纱线(3)的安装距离。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述的LED光源(2)与线阵相机(1)安装在编织纱线(3)的同侧，所述LED光源(2)与线阵相机(1)采集位置的夹角小于15°，照射方向为线阵相机(1)在编织纱线(3)上的采集位置。3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清，黄冉，张国华，沈辉，张凤生，王海峰，杨杰，梁枭龙，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：新型
国别省市：山东,37