织物疵点自动检测技术的研究
摘要： 介绍了基于图像处理的织物疵点检测技术，通过分析从图像中发现异常的纹理结构，从而确定织物疵点。介绍了目前国内外在织物疵点自动检测技术研究领域中应用较广泛，而且比较新兴的几种方法。
关键词： 疵点自动检测；织物疵点；图像分析
0 前言
在纺织品生产过程中，质量控制与检测是非常重要的，织物疵点检测是其中最重要的一部分。目前国内织物检测基本上是由人工视觉来完成。在检测过程中，由于人眼视觉存在偏差，首先，一个检验员精力集中的最长时间只有20 min~30 min，超过这个时间就会疲劳，检验员的注意力就会降低引起漏检。其次，一个检验员的工作状态受到外界因素，如疵点类型和大小、频率、天气、身体情况影响会不断变化，较低的重现率并不奇怪，也会影响检测结果。
基于以上原因，织物疵点的自动检测技术是近年来国内外学者共同关注和研究的热门课题之一。随着计算机技术、数字图像技术和神经网络技术的不断发展，使得基于图像处理的织物疵点自动检验技术成为可能。
1 织物疵点自动检测过程
织物疵点自动检测过程包括织物图像采集、图像预处理、图像分析处理、织物疵点检测分类、检测结果统计分析等阶段（见图1）。织物疵点自动检测技术的核心内容是对采集的织物图像进行分析处理的方法。
2 织物疵点检测方法
2.1 基于数学形态学的织物疵点检测技术
数学形态学是一门新的图像分析科学，其基本理论和方法在视觉检测领域已取得了非常成功的应用。数学形态学可以用来解决抑制噪声、特征提取、图像分割、纹理分析等图像处理问题。数学形态学图像处理是以几何学为基础的，它着重研究图像的几何结构，这种结构表可以分析对象的宏观性质或微观性质。织物的宏观性质量具有非常显著几何纹理特征，当织物上有疵点时其纹理特征发生变异。在数学形态学中，用集合来描述织物图像目标，在考察织物图像时，可以设计一个收集织物图像信息时的“探针”，称为结构元素，利用结构元素去探查每一幅织物图像，看是否能够将这个结构元素很好地与考察图像匹配。从而提取有用的信息作织物图像的结构分析和描述。
数学形态学检测织物疵点首先对没有任何疵点的织物图像进行检测，得到表示这种织物纹理特征的参数，作为检测这一品种织物图像的结构元素。将输入的织物图像进行预处理，其中包括平移、旋转运算，对织物图像定位。将输入的织物图像进行二值化处理。根据影像的灰度直方图，用判别分析法计算织物数字摄影的阈值。通过下面公式将灰度值表示的织物影像二值化，得到二值化织物影像。
g(i,j)=1 f(i,j)≥t
g(i,j)=0 f(i,j)≤t 其中f(i,j)指灰度值，t为阙值。
用已经建好的结构元素对二值化织物影像进行考察。对能与结构元素很好匹配的部分进行腐蚀运算；对无法与结构元素匹配的部分（即疵点存在的部分）进行膨胀运算，使疵点影响像更为清晰化。最后根据已知的疵点图像（已建立的织物疵点图库）和从以上分析所得到疵点部分灰度阈值确定疵点的类型。
2.2 用小波变换的方法进行织物疵点检测
小波变换是由短时傅立叶变换发展起来的应用数字分支，具有多尺度的特点以及时域、频域表征信号局部特征的能力。小波变换中由于引入了尺度因子，使之具有分析频度降低时视野自动放宽的特点，能够将各种交织在一起的频率组成的混合信号分解成不相同频率的块信号，能有效地应用于模式识别，特别适用于织物疵点检测。
织物疵点是由于织造过程中经纬纱不规则交织造成的。在疵点形成的局部区域内，其纹理特征明显不同于正常织物组织结构纹理。基于这些差异，应用小波变换既能获得局部信息又能在时域和频域上同时实现任意尺度和角度变换的检测特性，检测织物疵点。
通过对织物纹理模型和频谱分析，估计出适应织物纹理结构模型的最佳小波变换尺度和旋转角度。由于织物疵点区域的纹理不规则及局部变形导致其局部瞬时频率与正常织物纹理瞬时频率有一定的差异。在最佳尺度和旋转角度下，小波变换能从频域和时域上获取反应织物疵点局部纹理变化的信息，最后从小波系数模中进行全局阈值化和进一步的形态学处理，定位和分割出疵点。
2.3 傅立叶分析法检测织物疵点
数学形态学的织物疵点检测技术和小波变换的方法进行织物疵点检测都是以CCD采集织物图像信息，经过图像采集卡数字化后，在计算机上进行处理，对织物疵点加以识别。傅立叶分析方法是一种采用傅立叶透镜和滤波透镜等硬件的方式，直接获取织物图像信息并进行处理，识别出织物疵点。
经过激光光源照射的被检织物，由FFT镜头转换为功率谱后，再经过一个滤波器和一个成像镜头就会得到滤波后的织物图像。滤波器仅通过横向坐标轴的衍射图，重建后的织物图像就为经纱图像；滤波器仅通过纵向坐标轴的衍射图，重建后的织物图像就为纬纱图像。通过对经纱图像和纬纱图像的分析对比就可以确定出织物的经纬纱不规则交织区域，即织物疵点的位置。对获取的织物图像，经过直方图均衡化处理，使织物图像的亮度和对比度标准化。然后计算出织物图像的频域功率谱的相关参数，分别表示织物的不规则结构，纬纱结构和经纱结构。可以根据表示织物不规则结构参数的变化确定织物疵点的类型。
3 结束语
以上介绍的是目前国内外在织物疵点自动检测技术研究中应用比较广泛的检测方法，其中，数学形态学的织物疵点检测技术和用小波变换的方法进行织物疵点检测，检测的效果和检测速度受计算机硬件的影响较大，但灵活性强，适应范围广，并且容易实现。用傅立叶分析法检测织物疵点技术，其特点是检测速度快，但灵活性、适应性相对较差。
以较低成本的系统硬件，配以高质量的检测软件，以微型计算机为平台，以CCD和图像信息采集卡为织物图像信息获取设备，采用数学形态学、小波分析技术等来研究开发织物疵点的自动检测系统应该是这一领域的发展方向。
关键词： 疵点自动检测；织物疵点；图像分析
0 前言
在纺织品生产过程中，质量控制与检测是非常重要的，织物疵点检测是其中最重要的一部分。目前国内织物检测基本上是由人工视觉来完成。在检测过程中，由于人眼视觉存在偏差，首先，一个检验员精力集中的最长时间只有20 min~30 min，超过这个时间就会疲劳，检验员的注意力就会降低引起漏检。其次，一个检验员的工作状态受到外界因素，如疵点类型和大小、频率、天气、身体情况影响会不断变化，较低的重现率并不奇怪，也会影响检测结果。
基于以上原因，织物疵点的自动检测技术是近年来国内外学者共同关注和研究的热门课题之一。随着计算机技术、数字图像技术和神经网络技术的不断发展，使得基于图像处理的织物疵点自动检验技术成为可能。
1 织物疵点自动检测过程
织物疵点自动检测过程包括织物图像采集、图像预处理、图像分析处理、织物疵点检测分类、检测结果统计分析等阶段（见图1）。织物疵点自动检测技术的核心内容是对采集的织物图像进行分析处理的方法。
2 织物疵点检测方法
2.1 基于数学形态学的织物疵点检测技术
数学形态学是一门新的图像分析科学，其基本理论和方法在视觉检测领域已取得了非常成功的应用。数学形态学可以用来解决抑制噪声、特征提取、图像分割、纹理分析等图像处理问题。数学形态学图像处理是以几何学为基础的，它着重研究图像的几何结构，这种结构表可以分析对象的宏观性质或微观性质。织物的宏观性质量具有非常显著几何纹理特征，当织物上有疵点时其纹理特征发生变异。在数学形态学中，用集合来描述织物图像目标，在考察织物图像时，可以设计一个收集织物图像信息时的“探针”，称为结构元素，利用结构元素去探查每一幅织物图像，看是否能够将这个结构元素很好地与考察图像匹配。从而提取有用的信息作织物图像的结构分析和描述。
数学形态学检测织物疵点首先对没有任何疵点的织物图像进行检测，得到表示这种织物纹理特征的参数，作为检测这一品种织物图像的结构元素。将输入的织物图像进行预处理，其中包括平移、旋转运算，对织物图像定位。将输入的织物图像进行二值化处理。根据影像的灰度直方图，用判别分析法计算织物数字摄影的阈值。通过下面公式将灰度值表示的织物影像二值化，得到二值化织物影像。
g(i,j)=1 f(i,j)≥t
g(i,j)=0 f(i,j)≤t 其中f(i,j)指灰度值，t为阙值。
用已经建好的结构元素对二值化织物影像进行考察。对能与结构元素很好匹配的部分进行腐蚀运算；对无法与结构元素匹配的部分（即疵点存在的部分）进行膨胀运算，使疵点影响像更为清晰化。最后根据已知的疵点图像（已建立的织物疵点图库）和从以上分析所得到疵点部分灰度阈值确定疵点的类型。
2.2 用小波变换的方法进行织物疵点检测
小波变换是由短时傅立叶变换发展起来的应用数字分支，具有多尺度的特点以及时域、频域表征信号局部特征的能力。小波变换中由于引入了尺度因子，使之具有分析频度降低时视野自动放宽的特点，能够将各种交织在一起的频率组成的混合信号分解成不相同频率的块信号，能有效地应用于模式识别，特别适用于织物疵点检测。
织物疵点是由于织造过程中经纬纱不规则交织造成的。在疵点形成的局部区域内，其纹理特征明显不同于正常织物组织结构纹理。基于这些差异，应用小波变换既能获得局部信息又能在时域和频域上同时实现任意尺度和角度变换的检测特性，检测织物疵点。
通过对织物纹理模型和频谱分析，估计出适应织物纹理结构模型的最佳小波变换尺度和旋转角度。由于织物疵点区域的纹理不规则及局部变形导致其局部瞬时频率与正常织物纹理瞬时频率有一定的差异。在最佳尺度和旋转角度下，小波变换能从频域和时域上获取反应织物疵点局部纹理变化的信息，最后从小波系数模中进行全局阈值化和进一步的形态学处理，定位和分割出疵点。
2.3 傅立叶分析法检测织物疵点
数学形态学的织物疵点检测技术和小波变换的方法进行织物疵点检测都是以CCD采集织物图像信息，经过图像采集卡数字化后，在计算机上进行处理，对织物疵点加以识别。傅立叶分析方法是一种采用傅立叶透镜和滤波透镜等硬件的方式，直接获取织物图像信息并进行处理，识别出织物疵点。
经过激光光源照射的被检织物，由FFT镜头转换为功率谱后，再经过一个滤波器和一个成像镜头就会得到滤波后的织物图像。滤波器仅通过横向坐标轴的衍射图，重建后的织物图像就为经纱图像；滤波器仅通过纵向坐标轴的衍射图，重建后的织物图像就为纬纱图像。通过对经纱图像和纬纱图像的分析对比就可以确定出织物的经纬纱不规则交织区域，即织物疵点的位置。对获取的织物图像，经过直方图均衡化处理，使织物图像的亮度和对比度标准化。然后计算出织物图像的频域功率谱的相关参数，分别表示织物的不规则结构，纬纱结构和经纱结构。可以根据表示织物不规则结构参数的变化确定织物疵点的类型。
3 结束语
以上介绍的是目前国内外在织物疵点自动检测技术研究中应用比较广泛的检测方法，其中，数学形态学的织物疵点检测技术和用小波变换的方法进行织物疵点检测，检测的效果和检测速度受计算机硬件的影响较大，但灵活性强，适应范围广，并且容易实现。用傅立叶分析法检测织物疵点技术，其特点是检测速度快，但灵活性、适应性相对较差。
以较低成本的系统硬件，配以高质量的检测软件，以微型计算机为平台，以CCD和图像信息采集卡为织物图像信息获取设备，采用数学形态学、小波分析技术等来研究开发织物疵点的自动检测系统应该是这一领域的发展方向。
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