織物保形性檢測系統開發初探

唐千惠 王 蕾 傅佳佳 耿彩花 劉政欽

（1.江南大學，江蘇無錫，214122；2.魯泰紡織股份有限公司，山東淄博，255100）

織物的保形性與織物折皺回復性、懸垂性、起毛起球性、硬挺度等有關［1］，它能夠改變織物的性能與外觀，影響衣物的美觀程度和使用壽命［2］，所以有一個便利、精確、易操作的檢測評價織物保形性的方法十分重要。目前織物保形性檢測方法的研究已成趨勢。宗亞寧等通過模糊相似優先比方法，對用圖像處理提取出的懸垂性指標歸納分析［3］；裴華強借助神經網絡理論對織物折皺回復角進行預測［4］；王蕾等采用基于視頻序列的處理方法對織物折皺回復角進行動態測量［5］。盡管現有的檢測織物保形性能的方法已經把機器視覺技術和視頻圖像處理技術應用于研究中，但單以回復角度為衡量指標，且比較耗時費力，不能實現自動化檢測和日常生活中大批量檢測樣布的需求。

根據上述問題，本文開發了一種新型織物保形性檢測系統，利用圖像處理技術提取反映織物保形性的指標，并分析所提取指標與折皺回復性以及懸垂性之間的關系，以驗證系統的可行性與準確性，實現織物保形性的準確評價。

1 織物保形性檢測系統

1.1 結構設計

以往檢測織物折皺回復性的儀器都是對織物擠壓產生折痕后直接松開，沒有模擬出衣物折皺自然展開的過程。針對這一情況，新型織物保形性系統增加了撤去壓力后織物能夠因自身重力而展開折皺的裝置。所開發的織物保形性檢測系統如圖1 所示。

圖1 織物保形性檢測系統結構圖

操控系統界面將視頻圖像處理程序和計算結果輸出這兩個步驟合而為一，通過操作界面就能夠輕松將織物折皺回復這一動態行為轉化成指標參數輸出。具體可以通過設定夾緊保持時間調節織物試樣加壓過程中的加壓時間，設定氣缸動作間隔時間調節加壓壓力的大小。另外可以手動決定抬起裝置何時上升，折痕生成區（夾緊裝置）何時夾緊，調節夾緊裝置和試樣抬起裝置之間動作的配合等，也可以設定相應參數后完成自動上升、夾緊、下降、松開一系列動作。

相機的鏡頭直接對準試樣臺與其上方一部分空間，拍攝記錄下試樣產生折痕和恢復折痕過程的視頻圖像。

試樣臺由左右兩塊橫截面形狀為直角梯形的相同物體組成，兩塊物體中間留有一條縫隙以便于試樣抬起裝置在里面上下垂直運動。

折痕生成區由兩個薄長方體以及連接在機器上的氣動加壓裝置組成，使左右加壓機構對被抬起的試樣進行加壓，加壓的時間可以人工設定。

試樣抬起裝置在試樣臺中間縫隙位置上下垂直運動，初始位置處于最低處，機器啟動后將試樣抬起上升到加壓部分，加壓結束后迅速松開試樣并且下降，以此模擬織物在日常生活中被擠壓后展開的自然折痕產生過程。

上罩蓋保證試驗在一個密封的空間里進行，避免外界因素的干擾。此外，上罩蓋上安裝了光源，以保證視頻圖像的亮度，便于后續視頻圖像處理。

1.2 工作原理

新型織物保形性系統的工作原理如下。

（1）首先在操控界面系統設置生成折痕的壓力與加壓時間。將試樣放在試樣臺上，使試樣標注的中心點位置和試樣臺的中縫重合，保證試樣平鋪在試樣臺上。

（2）啟動系統，試樣中心線部位被抬起裝置頂起、上升進入折痕生成區。到設定的間隔時間后，兩邊的加壓機構對試樣進行擠壓。到設定加壓時間后，左右加壓機構移除，試樣抬起裝置下降到底端，試樣形成折痕并在試樣臺上隨著時間推移慢慢展開折痕。并由相機記錄下這一過程中試樣形成折痕并逐漸展開的視頻圖像。

（3）通過程序提取出單幀折痕恢復視頻圖像，如圖2 所示，依次進行預處理增強其對比度、二值化處理與細化算法處理。最后將試樣部分變成圖像中的一條由連續單個像素大小的白點組成的連通曲線。運用MatLab 程序，從處理后的圖像中識別折痕處的頂點位置、試樣折痕的兩邊與試樣臺頂邊的接觸位置。計算頂角角度即為頂角，計算頂點到接觸位置連線的直線距離即頂高，計算連通曲線與接觸位置的連線組成的面積即為保形面積。

圖2 試樣折痕恢復視頻圖像

（4）頂角反映了面料受到擠壓裝置擠壓后形成折痕的恢復情況。頂角越大，說明織物抗皺性較好；相反則容易起皺。頂高反映了織物懸垂性的高低。頂高越小說明織物懸垂性越好；相反則懸垂性較差。保形面積反映了織物的綜合保形能力。保形面積越小，說明織物懸垂性較好；反之則織物懸垂性較差。

2 折皺回復性與懸垂性分析

2.1 試樣準備

選取5 種不同規格的純棉平紋織物樣布，并按照緯向折疊和經向折疊各剪下4 塊30 cm×30 cm 的試樣。規格參數如表1 所示，其中試樣5經過液氨整理，借此研究織物保形性檢測系統是否能準確表達經過整理后織物的保形性。

表1 織物規格參數

2.2 經緯向不同折疊方式的三項指標對比分析

利用新型保形性直觀綜合比較頂角、頂高、保形面積三項指標，從每種試樣的4 組數據中挑選出最相近的3 組數據，并計算其方差與平均值如表2 所示。

由表2 可知，除試樣3 的經向折疊方差較大外，其他各種試樣和各組試驗數據的方差都非常小，證明通過織物保形性檢測系統檢測織物保形性能相對可靠。并且以試樣1 和試樣2 為例，經向折疊和緯向折疊時角度都減小，高度和面積都增加，間接的說明了經向折疊和緯向折疊是具有一致性的。

此外，采用Pearson 方法分析比較經緯向數據相關性與動、靜懸垂系數相關性。發現經向折疊與緯向折疊下的頂角、折皺角具有顯著的相關性，但頂高、保形面積的相關性較小，所有的Pearson 相關性都大于0.5，說明具有統計學意義，后續便可只分析由經向折疊方式形成的參數。動、靜懸垂系數的Pearson 相關性為0.998，且在0.01水平（雙側）顯著相關，說明試樣的動、靜懸垂系數間確實有很顯著的相關性。且由于轉速因素影響，動懸垂系數普遍比織物的靜懸垂系數高。

表2 試樣經緯向折疊三項指標數據

2.3 折皺回復角度與動、靜懸垂系數分別與三項指標的關系

分別對經向折疊方式下折皺回復角度與頂角角度，靜、動態懸垂系數與頂高、保形面積，折皺回復角度與三項指標，靜、動態懸垂系數與三項指標這六組分析變量進行線性關系分析。發現各組分析測得的相關性都非常接近1 或-1，互相之間Sig. 值均小于0.05，在0.01 水平上顯著相關，說明各組模型均具有統計學意義。并通過APSS 軟件分別進行回歸方程預測，結果如表3所示，其中Y1為折皺回復角度，Y2為靜態懸垂系數，Y3為動態懸垂系數，X1為頂角，X2為頂高，X3為保形面積。由表3 可知，表中各指標間均具有線性關系，這為織物保形性評價方法提供了模型，即通過頂角角度、頂高、保形面積這三項指標就能預測織物折皺回復角和動、靜懸垂系數。

表3 折皺回復角度與動、靜懸垂系數分別與三項指標回歸方程預測

3 結論

通過對新型織物保形性系統及其檢測方法的研究得到了如下結論。

（1）開發了一種新型織物保形性檢測系統，并預測出了折皺回復角度與頂角、頂高、保形面積三項指標，靜、動態懸垂系數與三項指標間的多元線性回歸方程，驗證了織物保形性檢測系統的可行性與穩定性，解決了現研究中采用折皺回復角這一單一指標來評價織物的折皺回復性能的不足。

（2）經過大量試驗發現，同種樣布在同種折疊方式下折痕的程度以及回復角的回復速度是一定的，而經向折疊方式的樣布要比緯向折疊的樣布恢復得快，一定程度上表明該系統的穩定性、準確度與直觀性。證明該檢測裝置和檢測方法具有深入研究價值。