基于线性阵列的纱线直径亚像素细分算法
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作者:王延蒙 秦鹏 张文国
摘 要：为实现高效高精度测量纱线直径，利用线阵CCD进行纱线直径的检测。首先通过平均滤波算法去除纱线毛羽的影响，其次利用浮动阈值法确定纱线边缘的像素坐标，最后基于高斯积分拟合的方法得到纱线边缘的亚像素坐标。通过制定实验方案，分析细分后的纱线直径与理论直径的偏差率，验证了高斯积分曲线拟合方法的可行性。结果表明：细分后纱线片段的平均直径偏差率为3.19%，条干不匀降低22%。实验结果证实了基于线阵CCD亚像素算法的准确性，为在线测量纱线直径提供了新方法。
关键词：线性阵列;纱线直径;浮动阈值;高斯积分拟合;亚像素细分
中图分类号：TS112.2
文献标志码：A
文章编号：1009-265X（2022）04-0130-04
Sub pixel subdivision algorithm of yarn diameter based on linear array
WANG Yanmeng， QIN Peng， ZHANG Wenguo
（a.Department of Mechanical and Electrical Engineering;
b.Jining MechanicalSystem Intelligent Research Institute， Jining Polytechnic， Jining 272037， China）
Abstract： For the purpose of high-precision measurement of yarn diameter， linear CCD was used to detect yarn diameter. Firstly， the average filtering algorithm was adopted to eliminate the influence of yarn hairiness. Secondly， the pixel coordinates of yarn edge were determined through the floating threshold method. Finally， the sub-pixel coordinates of yarn edge were obtained through the Gaussian integral fitting method. After formulating an experimental scheme， analyzing the deviation rate of the subdivided yarn diameter and the theoretical diameter， the feasibility of Gauss integral curve fitting method was verified. The experimental results showed that the average diameter deviation rate of the subdivided yarn segments was 3.19%， and the bar unevenness was reduced by 22%. The experimental results proved the accuracy of sub-pixel algorithm based on linear CCD， and provided a new method for online measurement of yarn diameter.
Key words： linear array; yarn diameter; floating threshold; Gaussian integral fitting; sub-pixel subdivision
线直径是表征纱线条干均匀性的重要指标[1]。由于纱线的断面呈现不规则形状，且柔软易变形，实际生产中通常用线密度（单位质量下的长度）来表征其直径大小。但由于捻度系数、毛羽纤维的影响，同样的线密度可能会对应不同直径值。光电法在测量纱线直径中应用广泛，但是由于纱线毛羽等因素的影响，使得精准获得纱线直径比较困难[2]。程立超等[3]提出轮廓坐标跟踪法来剔除毛羽的干扰，获取纱线的直径;周国庆等[4]使用斜率阈值法提取纱线直径，计算速度快，能够实现在线检测，但是以上算法只能通过获取像素的个数计算直径，误差较大。为提高测量精度，部分学者利用图像处理技术对纱线直径实现亚像素定位。Ozkaya等[5]利用傅里叶变换技术处理纱线图像，研究不同实验条件下对纱线直径测量的影响;张缓缓等[6]利用非线性滤波器及图像二值化方法实现纱线条干的检测;李变变等[7]通过建立像素模板，使用自动获取像素阈值的方法，将纱线条干图像进行区域分割，实现纱线直径的精确获取。但图像处理技术算法计算周期长，效率低，难以实现纱线直径的在线测量。
为了更精确的测量纱线直径，本文基于线阵CCD测量技术提出纱线直径的亚像素细分算法，并设计实验对亚像素细分结果进行变异系数分析和直径偏差率验证，为纱线在线测量直径提供理论参考。
1 纱线CCD检测原理
纱线的结构成分包括纤维和纤维间的空气间隙。图1是显微镜下纱线外观结构，纱线物理外观近似圆柱体，沿轴向做垂直线，定义纱线部分为核直径，ab外侧不规则分布纤维为纱线毛羽。线阵CCD传感器具有处理速度快、准确率高等优点，广泛应用于在线测量[8]。其检测原理如图2所示，纱线置于平行光中，投影到线阵CCD像元上形成阴影，通过计算纱线投影区遮挡的像元数目即可计算出纱线直径值。
图3是传感器获取的纱线检测图像。A区域波动部分为毛羽噪声，去除毛羽干扰，光照强度处于饱和状态。底部近似于直线，像素被纱线核直径遮挡。处于A区域和B区域之间的即为纱线边缘部分。
nlc202209071014
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