基于模式识别的亚麻纺纱断头自动定位方法与流程

本发明涉及纺织工业自动化与机器视觉检测，具体为基于模式识别的亚麻纺纱断头自动定位方法。

背景技术：

1、亚麻纺纱的纱线断头监测是生产质量与效率提升的关键环节，监测准确性直接影响产品品质和经济效益，系统主要通过相机等设备持续获取纱线状态以实现断头识别，如何优化定位方法、提高识别准确率并降低虚警率，成为行业研究的重点方向；

2、现有技术主要依靠单一图像特征或固定经验阈值，无法充分结合视觉序列与机械振动等多源数据进行综合决策，难以适应微粒遮挡加重、亮度缓慢下降及设备持续抖动等复杂多变的生产环境，同时采用静态基准对比难以有效甄别瞬态干扰，无法有效应对环境飞花掠过带来的瞬态影响，此外，纺纱设备的机械振动与成像质量间具有强关联的突变特征，现有技术难以精准剔除扰动帧并提取可用序列，断头判断精度和系统稳定性有限，尤其在机械冲击显著或光学系统逐渐退化时识别效果不佳；因此，亟需一种方案解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于模式识别的亚麻纺纱断头自动定位方法，避免现有技术因依靠单一特征或静态基准而易受机械强振动、环境飞花等瞬态干扰导致误报与漏报的问题，且更易在悬浮微粒遮挡逐步加重、整体光照亮度缓慢下降以及设备持续振动干扰同时存在的复杂生产条件下，实现对多根并列纱线断头状态的高精度识别、持续跟踪与稳定定位，具体而言，本发明的技术方案如下：

2、获取监测区域的近红外图像序列以及机械传动端的振动加速度信号；

3、对近红外图像序列按空间位置划分为多个纱线目标的感兴趣区域，并为各感兴趣区域分配对应的空间位置编号；

4、基于获取的近红外图像序列和振动加速度信号，计算各感兴趣区域的纵向纹理强度值以及滑动基准值；

5、基于纵向纹理强度值以及滑动基准值进行断头判断，得到断头候选结果；

6、对断头候选结果进行连续帧校验，判断断头候选结果是否满足预设的异常确认条件；

7、在满足异常确认条件后，基于空间位置编号输出断头空间定位结果并触发对应的报警动作；

8、在后续运行过程中持续采集全局基准信息，并基于全局基准信息对监测状态进行调整。

9、优选地，获取监测区域的近红外图像序列以及机械传动端的振动加速度信号，包括：

10、采用近红外波段面光源背光照射与线阵工业相机同步曝光，获取监测区域的近红外图像序列；

11、通过部署在机械传动端的三轴加速度计，获取机械传动端的振动加速度信号；

12、提取相机曝光触发时刻对应的时间区间内的振动加速度信号，计算瞬时振动加速度均方根值；

13、将近红外图像序列的采集时间戳与瞬时振动加速度均方根值进行绑定。

14、优选地，基于获取的近红外图像序列和振动加速度信号，计算各感兴趣区域的纵向纹理强度值以及滑动基准值，包括：

15、设定机械扰动剔除阈值，当瞬时振动加速度均方根值大于机械扰动剔除阈值时，将对应的图像帧标记为机械扰动帧并剔除；当瞬时振动加速度均方根值小于或等于机械扰动剔除阈值时，将对应的图像帧保留为有效图像帧；

16、对有效图像帧中的各感兴趣区域，利用二维加伯滤波器进行特征提取，得到对应纱线目标在当前图像帧的纵向纹理强度值；

17、取过去预设数量的有效图像帧内的纵向纹理强度值的集合并计算中位数，将中位数作为当前图像帧的滑动基准值。

18、优选地，基于纵向纹理强度值以及滑动基准值进行断头判断，得到断头候选结果，包括：

19、将各感兴趣区域的纵向纹理强度值除以对应的滑动基准值，得到归一化纹理比值；根据同一图像帧内所有感兴趣区域的归一化纹理比值按照对应空间位置编号的排列顺序，构建归一化纹理空间序列；

20、在归一化纹理空间序列上，提取空间序列中相邻感兴趣区域之间归一化纹理比值的前向空间落差特征与后向空间落差特征；

21、判定归一化纹理比值是否小于预设的纹理下降阈值；

22、提取前向空间落差特征与后向空间落差特征中的最大值，并判定最大值是否大于预设的空间变化阈值；

23、当感兴趣区域对应的纱线目标同时满足所述归一化纹理比值小于纹理下降阈值，且最大值大于空间变化阈值时，将其标记为断头候选结果；否则，判定为正常状态。

24、优选地，对断头候选结果进行连续帧校验，判断断头候选结果是否满足预设的异常确认条件，包括：

25、将断头候选结果送入预设帧数长度的时间确认窗口；

26、统计断头候选结果在时间确认窗口内的连续出现帧数；

27、比对连续出现帧数与时间确认窗口的长度；

28、若连续出现帧数大于或等于时间确认窗口的长度，则判定满足异常确认条件；

29、若连续出现帧数小于时间确认窗口的长度，则标记为无效结果并丢弃。

30、优选地，在满足异常确认条件后，基于空间位置编号输出断头空间定位结果并触发对应的报警动作，包括：

31、锁定满足异常确认条件的断头纱线目标所在的空间位置编号；

32、生成包含空间位置编号的断头空间定位结果；

33、将断头空间定位结果发送至外部控制端；

34、触发与空间位置编号对应的断头定位报警动作。

35、优选地，触发与空间位置编号对应的断头定位报警动作，包括：

36、记录触发断头定位报警动作的时间信息以及对应的空间位置编号；

37、向外部输出断头定位报警指令；

38、在输出报警指令后，持续监测归一化纹理比值是否恢复至大于或等于预设的恢复正常阈值；

39、若归一化纹理比值大于或等于恢复正常阈值并持续预设确认帧数后，自动解除断头定位报警动作；否则，维持断头定位报警动作。

40、优选地，在后续运行过程中持续采集全局基准信息，包括：

41、设定系统基准校正的监测周期；

42、在每个监测周期到达时，提取同一线阵工业相机覆盖下所有纱线目标的滑动基准值；

43、计算所有纱线目标的滑动基准值的均值，得到当前全局基准均值；

44、将当前全局基准均值作为全局基准信息。

45、优选地，基于全局基准信息对监测状态进行调整，包括：

46、获取预先标定的初始全局基准值；

47、将当前全局基准均值与初始全局基准值进行比对，计算基准下降比例；

48、判断基准下降比例是否大于或等于预设的退化报警阈值；

49、当基准下降比例大于或等于退化报警阈值时，输出执行物理清洁的维护指令；当基准下降比例小于退化报警阈值时，维持当前监测状态。

50、优选地，本方法还包括：

51、获取系统预先标定的相机系统底噪；

52、将滑动基准值与相机系统底噪进行比对；

53、当滑动基准值小于相机系统底噪时，判定光学系统退化达到成像使用下限，触发对应纱线目标位置的屏蔽状态，并暂停对应纱线目标位置的断头识别计算；当滑动基准值大于或等于相机系统底噪时，继续执行断头识别计算。

54、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

55、1.本发明利用过去一段时间内有效图像帧的纵向纹理强度中位数构建动态的滑动基准值，替代传统的静态基准；该机制既能稳健滤除由环境飞花掠过或局部气流引起的短时遮挡干扰，又能自动跟随微粒遮挡加重或亮度缓慢下降带来的整体响应衰减，降低了虚警率；

56、2.本发明结合归一化纹理比值与相邻纱线间的空间差分绝对值，将目标自身的纹理衰减与相邻正常位置的空间落差进行联合研判，并引入时间确认窗口进行连续帧校验；这种时空双重校验机制有效克服了初始成像差异带来的绝对能量差，实现了断头的精准锁定与定位；

57、3.本发明在运行中持续统计全局基准均值以评估整体成像退化程度，在基准下降比例达到阈值时自动输出物理清洁维护指令；同时，当局部滑动基准值低于相机系统底噪时，智能触发对应位置的屏蔽状态并暂停计算，避免了因分母过小导致的数据异常，提升了系统长期运行的稳定性。