基于機(jī)器識別的服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)思考＊

秦俊舉，曹選平

（成都紡織高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都611731）

1 研究背景

隨著社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的服裝生產(chǎn)模式暴露出了許多的問題，成本和人工費(fèi)用不斷提升，并且生產(chǎn)效率不高，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。想要解決這些問題，就要用到服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)，通過先進(jìn)的智能化生產(chǎn)，讓生產(chǎn)效率得到提高，還能夠保證質(zhì)量。隨著信息化智能時代的推進(jìn)，使得生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量要求也得到了提高。在識別環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的識別方法主要依靠人工對衣服進(jìn)行識別，但是識別的速度慢，并且誤差很大，還存在著很多的安全隱患，如果使用機(jī)器對衣服進(jìn)行識別，就可以有效地解決人工識別的不足之處。

服裝智能化生產(chǎn)最早于1960年在德國提出。智能應(yīng)用雖然主要是在襯衫領(lǐng)子和西裝口袋套上，但是鐵板的使用并不是很實用，無法進(jìn)行大規(guī)模的推廣和生產(chǎn)。后來日本開發(fā)了有機(jī)玻璃制作模板，改進(jìn)了服裝工藝模板，更好地提升了模板的使用效率，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝不同，使用服裝模板生產(chǎn)的服裝質(zhì)量更高。近年來中國服裝生產(chǎn)行業(yè)向智能化方向發(fā)展。夾克和開衫等服裝工藝模板，需要有專門的創(chuàng)新工藝對制作流程進(jìn)行優(yōu)化，這樣服裝生產(chǎn)的效率和質(zhì)量才能夠得到更好的提高。服裝生產(chǎn)過程中運(yùn)用服裝模板智能化需要非常詳細(xì)的生產(chǎn)流程。但中國對于服裝模板技術(shù)的研究并不深入，還不能夠?qū)⒛０寮夹g(shù)同服裝計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)和服裝縫紉技術(shù)這三種技術(shù)相結(jié)合，全自動化的流水線設(shè)計也沒有辦法得到有效地運(yùn)用。這種情況讓機(jī)器識別的服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)在人們的視野中。通過使用機(jī)器識別服裝的智能化生產(chǎn)的應(yīng)用讓服裝生產(chǎn)的加工效率不斷提升，并且實現(xiàn)了能夠流水化和標(biāo)準(zhǔn)化的服裝工藝模板技術(shù)生產(chǎn)。

2 機(jī)器視覺技術(shù)和全自動加工技術(shù)的分析

什么是機(jī)器視覺？通俗而言，就是機(jī)器取代人眼，原先由人眼觀測，現(xiàn)在由機(jī)器觀測。和人眼相比較而言，機(jī)器視覺具備精準(zhǔn)度高、速度快、延展性強(qiáng)等強(qiáng)有力的優(yōu)勢。所謂機(jī)器視覺，是指機(jī)器人的眼睛能夠進(jìn)行相應(yīng)的測量和判斷的能力。由于其檢測精度高和可擴(kuò)展檢測速度快，廣泛應(yīng)用于質(zhì)量控制、成品檢驗和生產(chǎn)過程領(lǐng)域。因此在當(dāng)下的自動化生產(chǎn)時，機(jī)器視覺被大量普及和使用，有效地推動了行業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效提升。全自動縫紉工藝的出現(xiàn)，可有效提高縫紉質(zhì)量，減少勞動力，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2.1 機(jī)器視覺

如果想要使用智能軟件來處理圖形，通常會使用工業(yè)相機(jī)來完成樣品、原材料和其他圖像的收集。根據(jù)圖像處理技術(shù)，識別輪廓和邊緣，自動創(chuàng)建樣品和原材料的外框。同時，可以及時發(fā)現(xiàn)原材料的錯誤，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行排版工作，讓服裝設(shè)計師進(jìn)一步細(xì)化和設(shè)計。首先是邊緣識別，借助輪廓提取算法提取紙樣的邊緣線并進(jìn)行掃描像素點操作。在掃描過程中，如果原圖有黑點，周圍有8個黑點，可判斷為圖外點，應(yīng)及時刪除。如果相反，則可以確定是圖像的邊緣，員工可以將黑色更改為紅色。在開發(fā)Sobel邊緣算子時，每個像素都必須與這2個矩陣進(jìn)行卷積。在垂直邊緣中，第一個矩陣具有響應(yīng)，水平邊緣具有第二個矩陣。取2次卷積中的最大值作為陰影值，輸出，用閾值控制過程生成每個陰影值對應(yīng)的等高線圖。之后，在提取輪廓并清空所有內(nèi)部像素后，完成二值圖像的輪廓提取。如果一個亮點周圍的8個像素都是亮點，那么這個點就可以認(rèn)為是一個內(nèi)點，否則，那它是一個輪廓點。

2.2 復(fù)雜機(jī)械本體

借助模板機(jī)、裁剪機(jī)、自動縫紉機(jī)、機(jī)械手等機(jī)械設(shè)備，實現(xiàn)裁剪作業(yè)、模型制作作業(yè)、縫紉作業(yè)的自動化管理。這樣，機(jī)身和機(jī)頭就可以實現(xiàn)x/y/z不同方向的自由移動。主要包括x/y/z導(dǎo)軌、工作臺面、機(jī)械傳動、真空吸附系統(tǒng)、落刀機(jī)構(gòu)等。Y形梁上可安裝銑刀、輪刀等設(shè)備，有效地進(jìn)行切割和模具制作。該技術(shù)可有效促進(jìn)模具機(jī)械手和上下料機(jī)自動化程度的有效提高。在模板中，所有的面料都是用那個面料準(zhǔn)備的，進(jìn)一步保證了開模和合模的自動化管理。合模后，在最短的時間內(nèi)放入自動縫紉機(jī)。在電機(jī)驅(qū)動的幫助下，模板進(jìn)一步放置在自動縫紉機(jī)設(shè)定的位置，從而保證縫紉操作的完全自動化。有效檢測機(jī)器斷線，保證機(jī)械傳動的準(zhǔn)確性。根據(jù)實際工況，分析慣量、應(yīng)力等，有效預(yù)測機(jī)器設(shè)備的連續(xù)動態(tài)特性，準(zhǔn)確計算固定頻率，努力降低和保證疲勞概率、機(jī)械共振等問題，從而保證工作質(zhì)量。

3 機(jī)器識別與服裝智能化生產(chǎn)技術(shù)共同應(yīng)用

3.1 裁剪和縫紉的智能化

在裁剪的過程中，影響最大的因素是面料的材質(zhì)。對于面料的裁剪，最常使用的是激光裁剪。使用激光裁剪的面料不需要對裁剪的邊緣進(jìn)行修理。因為激光利用高溫切割，會在面料切割的邊緣形成熔接邊緣，因此不需要對邊緣進(jìn)行修理。一般的單層面料使用5cm的聚焦鏡片進(jìn)行切割，熱度控制在40%左右，采用5m/min的速度進(jìn)行切割。由于各種不同因素的影響，例如氣泵功率或者底板的平整度這些原因，都會對面料的切割有一定的影響。熱量高容易讓面料有缺口，并且容易使淺色的面料在切割時容易發(fā)黃。傳統(tǒng)的裁剪技術(shù)要求工作人員擁有非常高的技術(shù)，要有很多的服裝制作經(jīng)驗，但是使用了現(xiàn)代裁剪工藝對工作人員的技術(shù)沒有太高的要求。只需要將面料放在自動裁剪機(jī)上就能夠進(jìn)行自動裁剪。在一般情況下全自動縫紉機(jī)只需要1名工作人員進(jìn)行操作，并且1名工作人員能夠操作兩三臺自動縫紉機(jī)[1]。全自動縫紉機(jī)只需要工作人員將面料和縫料放置在規(guī)定的位置再按下開始鍵，全自動縫紉機(jī)便可以自完成工作，并且全自動縫紉機(jī)的生產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定。

3.2 數(shù)字化圖形處理

對于一部分面料能否對齊的問題進(jìn)行解決，需要采用相關(guān)的方法對面料的條格進(jìn)行精確的對齊。工業(yè)機(jī)器人在這個方面能夠起到極大的作用，因為工業(yè)機(jī)器人能夠利用數(shù)碼相機(jī)對完整的樣衣進(jìn)行拍攝，并且可以對裁剪、切割的位置進(jìn)行條格檢測，再利用智能計算的方式將樣衣的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化處理，這樣便能準(zhǔn)確地看到樣衣的輪廓以及大小。在自動對齊條格的過程中，需要對條格以及它的清晰度進(jìn)行突出，因此，可以無縫地形成數(shù)字圖像，完成曲線擬合和矢量化操作，并將生成的數(shù)據(jù)成功讀入計算機(jī)輔助設(shè)計軟件。只有這樣，服裝設(shè)計師才能更好地對其進(jìn)行修改或處理。因此，在曲線擬合和矢量化的優(yōu)化中，能夠讓自動化的服裝生產(chǎn)工作更加順利地進(jìn)行。

3.3 全自動化排料技術(shù)

傳統(tǒng)的排料主要依靠排版師傅的經(jīng)驗，依靠大量工作積累下來的經(jīng)驗并不能讓排版師傅減少排料的失誤。并且排料的工作量非常的大，對面料的使用率不高，還會經(jīng)常出現(xiàn)排料失誤，導(dǎo)致最終出來的效果不盡如人意。電腦圖形優(yōu)化技術(shù)可以提高排版技巧，自動放置素材框和樣框，更合理地利用原材料。計算機(jī)圖形優(yōu)化技術(shù)還有4種優(yōu)勢：①可以進(jìn)行多次使用，讓排料的計劃能夠具體到用料的多少，讓工作人員討論出更具有合理性的計劃，面料的利用率得到提升；②可以通過面料的質(zhì)量作為區(qū)分；③對面料的質(zhì)量進(jìn)行區(qū)別，讓設(shè)計者能夠?qū)ε帕戏绞竭M(jìn)行選擇；④能夠更加精確地進(jìn)行計算[2]。讓縫紉工藝得到更好的優(yōu)化，利用多種技術(shù)讓數(shù)據(jù)一體化，這些數(shù)據(jù)能夠保存起來作為數(shù)據(jù)參考，還能夠讓服裝生產(chǎn)實現(xiàn)全面自動化。通過計算機(jī)對排料進(jìn)行控制能夠結(jié)合工作經(jīng)驗同時參考計算機(jī)數(shù)據(jù)，讓排料得到更好的優(yōu)化。

3.4 運(yùn)用智能吊掛系統(tǒng)

對于吊牌的安裝，傳統(tǒng)的加工方式是在服裝完成最后一個制作后，用人工搬運(yùn)的方式將產(chǎn)品搬運(yùn)到下一個工序的位置。這樣容易導(dǎo)致貨物堆積、效率低以及人工成本高等問題的出現(xiàn)。利用射頻識別標(biāo)簽與吊掛系統(tǒng)結(jié)合，讓機(jī)器對半成品進(jìn)行識別，再由系統(tǒng)控制讓物品在軟件系統(tǒng)的控制下進(jìn)行最后的加工，并且對物品的分類進(jìn)行識別。智能的全自動服裝生產(chǎn)工序，簡化了流程，并且讓流程更加智能化。避免了人工搬運(yùn)的低效率，還能夠通過吊掛系統(tǒng)進(jìn)行計算，便于統(tǒng)計員工工作數(shù)量。智能采集技術(shù)是生產(chǎn)信息時服裝企業(yè)向智能化方向轉(zhuǎn)型的重要之處，為了能夠解決服裝生產(chǎn)信息的實時傳遞和智能采集，發(fā)明出一種利用射頻識別技術(shù)進(jìn)行對服裝生產(chǎn)的信息進(jìn)行采集的方法，關(guān)于基于射頻識別技術(shù)在服裝生產(chǎn)信息的采集過程中，需要同企業(yè)生產(chǎn)實際相結(jié)合，對射頻識別技術(shù)的分析應(yīng)用在于企業(yè)服裝生產(chǎn)信息采集的過程和實施效果，為服裝生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)車間建設(shè)提供一點的參考[3]。

3.5 通過視覺技術(shù)增加準(zhǔn)確性

機(jī)器視覺技術(shù)主要通過計算機(jī)來模擬人的視覺功能，從事物的圖像中提取有效信息，再對信息進(jìn)行處理并理解，最后形成檢測、測量和控制的標(biāo)準(zhǔn)。目前機(jī)器視覺技術(shù)還未能夠得到廣泛應(yīng)用的主要原因是成本過高。從發(fā)展的角度來看，長期的人工成本與機(jī)器視覺設(shè)備的購買費(fèi)用能夠持平。并且從生產(chǎn)線上看來，機(jī)器視覺設(shè)備與人工比較，機(jī)器設(shè)備能夠更勝一籌。伴隨醫(yī)藥企業(yè)逐漸提升檔次及逐漸完善，企業(yè)對機(jī)器視覺技術(shù)的需求會越來越普遍，對機(jī)器視覺技術(shù)速度快、信息量大、功能多的特點會多加以利用。因為視覺技術(shù)擁有較快的檢測速度，因此在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。全自動化的服裝生產(chǎn)技術(shù)涉及到的工序主要有樣衣記錄、自動裁剪以及自動縫紉。樣衣記錄主要通過工業(yè)攝像頭對樣衣的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并生成樣片。自動裁剪通過樣衣記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，自動縫紉是通過將裁剪后的衣服進(jìn)行相應(yīng)的縫紉。這些步驟的自動流水化，使得服裝在生產(chǎn)的流程中減少了工作人員的工作量，并且工作效率以及質(zhì)量都得到了提升。

3.6 嵌入式控制平臺

ARM9（$3c2440）芯片是這個平臺的人機(jī)界面，wince是其內(nèi)部設(shè)置的操作系統(tǒng)，同時還配備了7in（1in≈2.54cm）的觸摸屏，相應(yīng)的鍵盤和存儲設(shè)備缺一不可。借助工業(yè)相機(jī)圖像，來開展設(shè)置和顯示工作。在控制平臺上設(shè)置了各種通訊接口，如SD卡、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口等。接口的多樣性確保了平臺與計算機(jī)之間的有效連接。優(yōu)化路線，深入了解并確保互聯(lián)網(wǎng)的全部價值。借助控制平臺，可以對各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，同時利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效的信息傳輸。嵌入式控制平臺采用DSP+FPGA運(yùn)動控制器進(jìn)行浮點運(yùn)算。

一般來說，硬件插值技術(shù)和實時多任務(wù)控制技術(shù)是主流。這樣可以快速傳遞指令，借助電機(jī)控制、輔助信號控制和傳感等技術(shù)，提高機(jī)器的運(yùn)行效率。員工在執(zhí)行圖像處理操作時必須小心謹(jǐn)慎。只有保證加工工藝的準(zhǔn)確性，才能順利進(jìn)行后續(xù)的裁剪和縫紉工作，提高精度。借助嵌入式控制平臺，切實保障實現(xiàn)全自動技術(shù)，實現(xiàn)服裝行業(yè)從制造向“智能制造”的最終目標(biāo)。

3.7 特征提取

特征提取是將圖像的特征點劃分為不同的特征子集的過程，對圖像識別的準(zhǔn)確率和速度有重要影響。圖像的基本特征包括顏色、紋理、形狀以及各部分之間的空間關(guān)系，其中空間關(guān)系特征包括圖像中不同識別對象的相對位置關(guān)系和圖像中每個對象的絕對位置信息。服裝和人體的要點與部位的識別是基于特征提取的，在織物組織結(jié)構(gòu)識別中，提取組織點的顏色和紋理特征，然后計算提取的特征向量，有助于實現(xiàn)對組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動分類和自動識別。

3.8 圖像分割

特征提取是將圖像的特征點劃分為不同特征部分的過程，對圖像識別的準(zhǔn)確率和速度有顯著影響。對于其他識別目的，圖像分割可以作為圖像識別的初步任務(wù)，例如先在雜亂的背景上分割衣服，然后再進(jìn)行進(jìn)一步的識別以提高準(zhǔn)確率。人體檢測、自動識別和服裝分割方法包括基于閾值、基于邊緣的檢測和基于區(qū)域的圖像分割。目前，人們提出了數(shù)千種利用各種理論模型的分割算法，一般來說，在對圖像進(jìn)行分割時，僅用一種方法很難得到理想的分割結(jié)果，因此必須對上述方法的組合進(jìn)行修改，構(gòu)建多級切分系統(tǒng)，以獲得最佳切分結(jié)果。

3.9 圖像匹配

圖像匹配是指在從不同視角獲得的圖像中識別與物體相同或相似的區(qū)域。最常用的匹配方法是模板匹配和模式識別，模板匹配的形式比較簡單，基本上很難解決變形圖像的識別，因為圖像像素是進(jìn)行逐一比較的。模式識別可用于圖像搜索和分類，是人工智能進(jìn)步的基石，可以對與其他圖像高度不同的相似圖像進(jìn)行分類。當(dāng)今的一些模式識別算法也可以進(jìn)行圖像理解和描述，這可以通過距離測量學(xué)習(xí)來實現(xiàn)。建立多標(biāo)簽距離測量訓(xùn)練模型，然后將該模型應(yīng)用于獲取的特征以獲得新的距離測量值。然后結(jié)合服裝照片的客觀風(fēng)格文字描述信息，將多視點學(xué)習(xí)特征集進(jìn)行多標(biāo)簽分類，得到多主觀服裝風(fēng)格的識別結(jié)果。

4 結(jié)束語

在服裝生產(chǎn)的領(lǐng)域中，智能服裝生產(chǎn)技術(shù)在其應(yīng)用中發(fā)揮著非常重要的作用，不僅可以實現(xiàn)服裝行業(yè)的快速發(fā)展，還可以大大提高服裝行業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。但是，在中國機(jī)器識別生產(chǎn)的服裝智能化生產(chǎn)中，智能生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)還缺乏經(jīng)驗，所以必須不斷學(xué)習(xí)和借鑒發(fā)達(dá)國家機(jī)器識別生產(chǎn)的服裝智能化生產(chǎn)的發(fā)展優(yōu)勢。再與國內(nèi)的工業(yè)智能化技術(shù)發(fā)展情況相結(jié)合，以此加大相關(guān)方面的研究與創(chuàng)新力度。對于服裝行業(yè)智能化的建設(shè)方案，能夠讓服裝行業(yè)通過智能化的建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行發(fā)展，本篇文章說明了需要構(gòu)建智能化的服裝生產(chǎn)車間，通過改革原有的生產(chǎn)模式、對新型生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)、企業(yè)各部門的共同配合并引進(jìn)相關(guān)的專業(yè)人才，才能夠保證智能化車間穩(wěn)定的運(yùn)行。