基于Hough变换的机织物组织点自动定位.pdf
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1、第3 l 卷第3 期 2 0 1 0 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 1 ,N o 3 M a r ,2 0 1 0 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 1 0 ) 0 3 - 0 0 5 9 - 0 5 基于H o u g h 变换的机织物组织点自动定位 潘如如,高卫东,刘基宏,王鸿博 ( 生态纺织教育部重点实验室( 江南大学) ,无锡江苏2 1 4 1 2 2 ) 摘要为实现机织物的组织识别,先要完成组织点的定位和识别。为克服传统的组织点分割方法的局限性,提 出采用H o u g
2、 h 变换检测织物图像中的经纱和纬纱的倾斜角度,然后对织物图像中的像素点进行坐标变换。在变换 后的图像中对像素点进行按行按列灰度累加,通过确定累加曲线中的谷点即可完成织物的经纬纱分割。对经纱和 纬纱分割结果进行合并,可得到机织物组织点分割结果。实验结果表明,所提出的算法对存在纱线倾斜的不同织 物均可实现组织点的成功定位。 关键词H o u g h 变换;机织物图像;经纱;纬纱;组织点;坐标变换 中固分类号:T S1 0 1 9 1文献标志码:A A u t o m a t i cl o c a t i o no fw o v e nf a b r i cc r o s s i n gp o i
3、 n t sv i aH o u g ht r a n s f o r m P A NR u m ,G A OW e i d o n g ,L I UJ i h o n g ,W A N GH o n g b o ( K e yL a b o r a t o r yo f E c o T e x t i l e s ( J i a n g n a nU n i v e r s i t y ) ,M i n i s t r yo f E d u c a t i o n ,W u x i ,J i a n g s u2 1 4 1 2 2 ,C h i n a ) A b s t r a c tT
4、 or e c o g n i z et h ew e a v eo fw o v e nf a b r i c s ,t h e c r o s s i n gp o i n t ss h o u l df i r s tb el o c a t e da n d r e c o g n i z e d T oo v e r c o m et h el i m i t a t i o n so fc o n v e n t i o n a lc r o s s i n gp o i n t ss e g m e n t a t i o nm e t h o d ,H o u g h t r
5、a n s f o r mi sp r o p o s e dt od e t e c t t h es k e wa n g l eo ft h ew a r pa n dw e f t ,a n dt h e nc o o r d i n a t et r a n s f o r mi s a p p l i e df o rt h ep i x e l si nt h ef a b r i c B ya c c u m u l a t i n gt h eg r a yl e v e l so ft h ep i x e l si nt h es a m eh o r i z o n t
6、 a lo r v e r t i c a ll i n ei nt h ef a b r i ci m a g ea f t e rc o o r d i n a t et r a n s f o r m ,t h ep r o j e c t i o nc u r v ec a nb eo b t a i n e d B y l o c a t i n gt h em i n i m u m si nt h ep r o j e c t i o nc u r v e ,t h ew a r p sa n dw e f t sc a nb es e g m e n t e di n d i
7、v i d u a l l y T h e c r o s s i n gp o i n t sc a nb el o c a t e db yc o m b i n i n gt h ew a r pa n dw e f ts e g m e n t a t i o nr e s u l t s T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tt h ea l g o r i t h mp r o p o s e di nt h i ss t u d yc a nl o c a t et h ec r o s sp o i n
8、t si nf a b r i c sw i t hs k e ww e f t o rw a r py a m s K e yw o r d sH o u g h 、t r a n s f o r m ;w o v e nf a b r i ci m a g e ;w a r p ;w e f t ;c r o s s i n gp o i n t ;c o o r d i n a t et r a n s f o r m 2 0 世纪8 0 年代后期,国外有学者尝试使用计 算机图像处理技术实现机织物组织的自动识别,从 识别方法来看主要分为2 类:一类是定性识别,如通 过对织物表面反射图像的
9、二维傅里叶变换结果分 析,将织物结构和能量谱图作出初步对应,通过 对织物的反射图像的傅里叶变换能量谱和角度谱图 的分析,从中定性地找出平纹、斜纹和缎纹能量谱图 的差别1 。这2 种方法都是对织物的整体进行分 析,没有分析织物中每个组织点经纬特性,也就无法 确定织物的具体组织;另一类是对每个组织点进行 鉴别。如利用织物的透射图像实现了织物组织点的 定位,然后通过反射图像中组织点的长宽比确定组 织点类型,从而实现织物组织的识别1 ,或将织物 反射图像上像素点的灰度值按经纱和纬纱方向进行 累加,灰度最低的区域表示纱线之间的间隙,结合2 个方向的纱线间隙点,即可实现织物组织点的定位, 然后提取组织点的
10、纹理特征值,结合F C M 算法,实 现了织物组织的自动识别H 。 收稿日期:2 0 0 9 0 8 2 0修回日期:2 0 0 9 1 0 3 0 基金项目:江苏省自然科学基金资助项目( B K 2 0 0 9 5 1 1 ) 作者简介:潘如如( 1 9 8 2 一) ,男,博士生。主要研究方向为纺织品表面图像处理。高卫东,通讯作者,E - m a i l :g a o w d 3 1 6 3 e o m o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 6
11、0 纺织学报第3 1 卷 文献 3 4 提出的方法中都要求织物中的纬 纱处于水平方向,经纱位于竖直方向,也就是织物图 像中纱线不能存在倾斜,但在实际的来样分析中,由 于织物受到不同方向的张力,纱线很难保持原始的 状态,实际采集到的织物图样纱线一般存在一定的 倾斜。在图像采集时,织物的纬纱已经尽量保持水 平,但织物的经纱仍然存在一定的倾斜,在这种情形 下,就不能采用上述方法实现织物组织的自动识别。 机织物组织的自动识别“ 1 可分成3 步完成:第 1 步是织物组织点的定位;第2 步是织物组织点类 型的识别;第3 步是织物组织的识别。为解决纱线 存在倾斜旧川1 ,难以按水平和垂直方向对组织点进 行
12、划分的问题,本文提出先利用H o u g h 变换检测出 经纱和纬纱的倾斜角度,然后在得到的倾斜角度上 对像素点灰度进行累加,从而准确定位组织点。 1 H o u g h 变换 H o u g h 变换最早于1 9 6 2 年由H o u g h 【9 1 提出,它 实现的是一种从图像空间到参数空间的映射关系。 在缺乏先知经验的条件下,H o u g h 变换可以从图像 中自动检测出所存在的直线。如图1 所示,在极坐 标系中0 。,目标直线可表示为 s2X C 0 8 0 + y s i n O 在给定的图像空间( 聋,) ,) 中,s 为原点到直线的垂直 距离,0 为石轴与目标直线之间的角度
13、。 图1H o u g h 变换原理图 F i g 1T h e o r yo fH o u g ht r a n s f o r m 按照上述定义,对于任意给定的( s ,p ) ,直线也 就确定,这样就将像素点从图像空间转换到( s ,0 ) 的参数空间。( s ,0 ) 参数空间可分成一定数目的网 格形式,如图2 所示,每个网格对应着1 条直线。其 中日为图像的高度,矽为图像的宽度。要检测出图 像中的直线,只要遍历图像,求出所有的( s ,0 ) 参数 对,然后对( 8 ,口) 参数空间内每个网格内的点数进 行统计,通过设定特定的阈值即可找出图像中所有 的直线。 0 厶o Z 铲+ 酽
14、D 图2 ( s ,口) 参数空间示意图 F i g 2 S c h e m a t i co f ( s ,一) p a r a m e t e rs p a c e H o u g h 变换的实现算法可描述为:1 ) 定义s ,0 每次增加的大小,缸和A 0 ;2 ) 遍历图像中的每个 点,对于每个0 值,利用方程1 ,求出对应的,将对应 ( s ,p ) 方格加1 ;3 ) 对( s ,一) 参数空间进行累加统计, 设定阈值,定位目标方格区域得到所要的直线。 2实验方法 2 1 图像采集和预处理 实验中利用M i c r o t e k 扫描仪采集1 0 幅单色织 物的表面反射图像,扫描
15、分辨率设定为12 0 0d p i ,采 集图像类型为R G B ,采集到的图像包含至少( 3 3 ) 个完整组织,图3 为1 幅机织物表面反射图像 ( 经灰度化处理过) 。 图3 存在倾斜的织物反射图像 F i g 3 R e f l e c t i o no ff a b r i cw i t hs k e wy a r n s 由于H o u g h 变换的计算量较大,在采用H o u g h 变换前,可对图像进行预处理。由于本文应用 H o u g h 变换目的是检测纱线的倾斜角度,而纱线间 隙与对应纱线条干互相平行,因此可先对织物图像 进行阈值化处理,只保留少量的纱线间隙点,对这些
16、点进行H o u g h 变换,即可得到所需的角度。在对不 同组织的织物图像测试后发现,当保留原织物图像 5 的灰度信号以后,阈值化后的图像仍能保留原织 物图像中纱线的倾斜信息。实验中阈值的选择方法 如下。 1 ) 先将织物图像从R G B 模式转化为灰度( 2 5 6 位) 模式,并对图像进行灰阶统计,得到每一灰度的 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期潘如如等:基于H o u g h 变换的机织物组织点自动定位 6 l 像素点数目G r a
17、 y 2 5 6 。 2 ) 按灰阶次序进行统计,阈值设定满足: i T h r e s h o l d = i ( G r a y i H M 5 ) 1 广 其中T h r e s h o l d 为所求的阈值。即阈值化后的图像 中只保留大约5 的像素点,这样可大大节省H o u g h 变换的时间。图3 阈值化后的结果如图4 所示。 图4 阈值化处理后图像 F i g 4I m a g ea f t e rt h r e s h o l dp r o c e s s 2 2 纱线倾斜角度的检测 为定位织物中经纱和纬纱的倾斜角度,对阈值 化后的织物图像进行H o u g h 变换。由于在图
18、像采 集时已经注意到织物的摆放,因此织物的倾斜不会 过大,实验中0 的设定范围为 。 0 。,1 0 0 或 1 7 0 0 ,1 8 0 0 ,经纱角度检测 【 8 0 0 ,1 0 0 0 ,纬纱角度检测 H o u g h 变换检测纱线倾斜角度按如下步骤 进行: 1 ) 设定A s = 1 ,A 0 = 0 5 。 2 ) 遍历图像,如果像素点为白色( g r a y = 1 ) ,即 对该像素点进行H o u g h 变换。 3 ) 对( s ,0 ) 参数空间进行频数统计,找出上述0 在2 个范围内的各自最大值,即为对应的经纱倾斜 角度0 和纬纱倾斜角度0 m 。 2 3 织物组织点
19、的定位 2 3 1 纱线存在倾斜的织物模型 在理想的织物中,经纱处于竖直位置,纬纱处于 水平位置。在织物反射图像中,纱线的条干部分灰 度较高,而纱线的间隙部分灰度较低,要定位经纱和 纬纱,只要对织物图像中的像素点按行按列进行灰 度累加,在累加结果中峰值表示纱线的轴心,而谷值 对应着纱线的间隙,但如果纱线存在一定的倾斜,就 不能简单的将像素点进行按行按列累加。图5 示出 存在倾斜的织物中纬纱模型。为了定位模型中的纬 纱,可在纱线倾斜角度上进行像素点( 即实际位于 纱线上) 的灰度累加。要实现倾斜角度上的累加, 则先要对图像中的像素点坐标进行变换。如图5 所 示,图像中的任意一点P ( 菇,y )
20、 ,设变换后的坐标为 P ( 茗o ,Y o ) ,则 茗。= 石,= ,一( 肜一) ,) n ( 詈一氏。) 图5 存在倾斜的织物纬纱模型 F i g 5 W e f tm o d e lw i t hs k e wi nf a b r i c 2 3 2 织物组织点分割 在变换后的图像中对像素点按行累加,即对实 际位于纬纱纱线条干和纱线间隙上的像素点进行累 加。以图3 所示织物为例,对变换后的图像按行累 加,结果如图6 ( 8 ) 所示。在图6 ( a ) 所示曲线中,波 谷对应织物图像的纬纱间隙位置,通过定位纱线间 隙,即可完成纬纱的分割,分割的结果如图6 ( b ) 所示。 8 0
21、0 0 0 捌6 0 0 0 0 葛 鬓4 0 0 0 0 越2 0 0 0 0 O l 5 11 0 1 1 5 12 0 12 5 13 0 l3 5 1 变换后列坐标 ( a ) 也标变换后的织物图像按行累加 ( b ) 分割结果 图6 纬纱分割 F i g 6S e g m e n t a t i o no fw e f ty a r n s ( a ) S u mr e s u l t s o fg r a yl e v e la l o n gh o r i z o n t a l d i r e c t i o n ;( h ) S e g m e n t a t i o nr
22、e s u l t s 利用类似的方法,可得到经纱的分割结果。在 ,lt , J 八 一 人八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 八 一 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 6 2 纺织学报第3 1 卷 定位纬纱曲线中的波谷时,采用的是3 1 滤波,即 当曲线中某一点为连续3 个点中的最小值时,即认 为该点代表纱线间隙的波谷位置。织物在形成过程 中,受穿筘、经纱张力等因素影响,经
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- 基于 Hough 变换 机织 组织 自动 定位
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