一种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法技术领域
本发明涉及一种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法，属于纺织检测技术
领域。
背景技术
在纱线生产，卷绕以及整经过程中，纱线断头检测是一项非常重要的指标。纱线断
头影响纱线生产，卷绕以及整经的质量，会对纺织工业带来较大的影响，因此实时性是纱线
断头检测的一个非常重要的指标。纱线断头实时检测与自停是卷绕质量好坏的一个主要因
素。
目前纺织行业使用的纱线断头检测系统主要包括：第一种是机械接触式检测装
置，如指针式检测装置，利用指针拨动纱线，当纱线发生断头时，指针指向最大值，纺织机械
停机，接触式纱线断头检测装置会与纱线之间产生摩擦，而摩擦力会增加纱线断头的概率；
第二种是电子式非接触检测装置，包括电容式，压电式以及光电式等，电容式通过检测由纱
线产生的电容变化来检测断头，压电式通过检测纱线的力学移动变化检测断头，而光电式
通过纱线遮挡的阴影变化检测纱线断头。这些电子式的非接触检测装置可以做到实时检测
纱线断头，但是，电子式检测装置每次只能检测一根纱线，如果纱线根数较多，则需要增加
电子检测装置，从而增加成本以及故障率。第三种是机器视觉的方法，利用面阵相机采集纱
线整经以及卷绕时的图像，然后利用图像处理技术检测纱线根数，从而检测纱线断头。利用
面阵相机进行纱线断头检测可以在非接触的条件下进行，可以同时检测多根纱线的断头情
况，然而面阵相机帧频较低，采集的图像受背景的影响较大，且面阵相机采集的图像处理速
度慢，因此利用面阵相机进行纱线断头检测很难达到实时检测。
中国专利公布号为CN104947298A的一种用于大提花织物的光电式纱线断头自停
装置，包括多组红外发送源、多组光敏接收器、执行器、电磁铁驱动器、信号指示灯和液晶显
示屏，红外发送源与光敏接收器数量相同，且配对分组使用，每组红外发送源、光敏接收器
形成一条光路，各光路分别位于各停经片的正下方，多组光敏接收器的输出端与执行器相
连接，执行器的输出端分别与电磁铁驱动器、信号指示灯、液晶显示屏相连接。虽然具有灵
敏度高，结构简单，抗干扰性强等特点，但需要用停经片与纱线接触，产生摩擦从而增加纱
线断头的概率，而且每组光电式只能检测一根纱线断头。
公布号为CN103074717A及CN103911702A的中国专利的工业相机或摄像头采用面
阵相机式，具有以下缺点：(1)面阵相机帧频较低，采集的图像受背景的影响较大，图像处理
速度慢，因此利用面阵相机进行纱线断头检测很难达到实时检测；(2)面阵相机需要采集纱
线断头的所有位置，采集的图像较大，若纱线不均匀，纱线与背景含有的噪声较多，则图像
处理算法比较麻烦。
中国专利公布号为CN103018249A的一种用于纱线毛羽检测的图像采集及处理系
统包括线阵相机、放大镜头及数据传输系统；纱线毛羽图像处理系统，包括图像读取和显
示、图像数据的处理模式等，该系统为纱线毛羽新表征指标的提出奠定基础，虽然应用了线
阵相机，但是对一根纱线进行的检测。
中国专利公布号为CN105734740A的一种细纱机纱线多目标动态检测装置及其检
测方法包括CCD相机、图像处理模块、主控制系统、传感组件、集聚纺装置以及辅助装置，CCD
相机设有照明系统，进行纱线图像的采集将采集的图像传送至图像处理模块，图像处理模
块包括图像灰度变换单元、图像滤波单元、图像二值化处理单元、亚像素边缘检测单元、以
及尺寸标定单元，通过图像处理模块将测定的纱线信息传递给主控制系统，主控制系统对
信息进行分析判断，以此检测纱线的质量。虽具有可以自动检测细纱机纱线的质量，提高检
测结果的准确性等优点，但是对一根纱线进行的检测，只是对一根纱线的多个参数(均匀度
检测，纱线毛羽长度及数量)进行的检测，虽用到了CCD相机，但为面阵的CCD相机，采样频率
低，实时性差，且需要考虑两幅图像之间的拼接问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有纱线断头检测系统或方法存在的上述缺陷，提出了一
种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法，在现有的纺织机械上装配纱线断头高速检
测系统,通过线激光光源照射纱线，利用线阵相机采集照射部位的纱线图像，并将采集到的
图像输入到计算机中，利用图像处理技术对线阵相机采集的图像进行处理，统计图像中纱
线的根数，并与预输入的纱线根数进行对比，判断是否发生纱线断头，可在不接触纱线的情
况下检测纱线断头，实现了对多根纱线同时进行的实时非接触断头检测。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于线激光的实时非接触纱线断头检
测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：利用线阵相机，线激光光源及计算机在现有的纱线整经机上装配实时非
接触纱线断头检测系统，用于纱线卷绕以及整经过程中纱线断头的实时非接触自动检测；
步骤二：将线激光光源照射待检测的纱线，通过线阵相机采集照射位置的纱线图
像，并将采集到的原始纱线图像输入到计算机中；
步骤三：通过图像处理技术对线阵相机采集到的原始纱线图像进行处理，统计处
理后的纱线图像中的纱线根数N；
步骤四：将步骤三中统计的纱线根数N与预输入的纱线根数M进行对比，判断是否
发生纱线断头，若N＝M，则判定纱线未发生断头，若N≠M,则判定纱线发生断头；
步骤五：如果纱线发生断头，计算机发出控制信号，令纺织机械停机。
进一步地，在生产、卷绕以及整经过程中的纱线排列均匀、平整并构成纱线平面，
步骤一中的线激光光源和线阵相机安装在垂直于待检测的纱线平面的上方且线激光光源
的镜头与线阵相机的镜头平齐，并根据待检测的纱线平面以及线阵相机的镜头设置线阵相
机及线激光光源的安装高度，使线激光光源照射范围以及线阵相机的采集范围大于待检测
纱线平面的范围，以完成纱线图像的采集。
进一步地，线激光光源采用红色线激光。
进一步地，设L是待检测纱线平面的宽度，α是线激光散射的角度，B是线激光光源
照射到纱线平面的宽度，h是线激光光源及线阵相机镜头到待检测纱线平面的距离，则
为使线激光光源照射到整个待检测纱线平面，则B＞L,即
进一步地，设s是线阵相机传感器的长度，f是线阵相机镜头的焦距，r是线阵相机
采集范围，则为使线阵相机采集范围覆盖整个待检测纱线平面，即r＞L，得到
进一步地，步骤二中线阵相机的分辨率为2048，设置行频为10klps，则采集的原始
纱线图像中每行像素代表0.1ms，存储时选择每幅图像的大小为2048×10，则每幅图像代表
1ms。
进一步地，步骤三中在计算机中对线阵相机采集到的原始纱线图像进行二值化处
理，得到二值化图像，从二值化图像中分割出纱线，并检测纱线根数N。
进一步地，从二值化图像中检测纱线根数N采用面积法，即：提前计算一根纱线的
平均面积，然后计算二值化图像中的纱线总面积，将纱线总面积除以平均面积得到纱线根
数N。
进一步地，从二值化图像中检测纱线根数N采用连通域法，即：从二值化图像中每
根纱线都是一个连通域，可通过计算连通域的个数来计算纱线根数N。
进一步地，从二值化图像中检测纱线根数N采用遍历法，即：从二值化图像中最下
面一行的图像的最左侧开始向右查找像素，当像素由黑色变为白色时，代表图像由背景变
为纱线，作为一根纱线进行计数，继续向右遍历，只要有黑色变为白色，则代表有一根纱线
出现，由此判断图像中纱线根数N。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的一种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法，通过线阵相
机、线激光光源和计算机在现有的纱线整经机上装配实时非接触纱线断头检测系统，实现
了在不接触纱线的情况下同时检测多根纱线的断头情况；
(2)本发明所述的一种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法，利用线阵相
机采集图像，纱线与背景对比明显，图像简单，可选择图像的大小来提高处理速度，实现了
实时检测纱线断头；
(3)本发明所述的一种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法，线阵相机分
辨率高,且采集纱线断头的位置可以任意在纱线均匀分布的位置选择。
附图说明
图1是本发明纱线断头检测的流程图。
图2是本发明实时非接触纱线断头检测系统示意图。
图3是本发明线阵相机原理图。
图4是线阵相机采集的纱线未发生断头时的原始纱线图像。
图5是纱线未发生断头时的二值化图像。
图6是线阵相机采集的纱线发生断头时的原始纱线图像。
图7是纱线发生断头时的二值化图像。
图中：1、计算机；2、线阵相机；3、线激光光源；4、纱线；5、纱线卷绕的方向；6、线阵
相机传感器；7、线阵相机镜头的焦距。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实例，对本发
明提出的一种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法进行进一步说明。
本发明所述的一种基于线激光的实时非接触纱线断头检测方法，如图1所示，包括
如下步骤：
步骤一：利用线阵相机2，线激光光源3及计算机1在现有的纱线整经机上装配实时
非接触纱线断头检测系统，用于纱线4卷绕以及整经过程中纱线断头的实时非接触自动检
测，其中，线阵相机2与计算机1连接，线激光光源3采用红色线激光；处于生产，卷绕以及整
经过程中的纱线4排列均匀、平整并构成纱线平面，在垂直于待检测的纱线平面的上方安装
线激光光源3以及线阵相机2，且线激光光源3的镜头与线阵相机2的镜头平齐，并根据纱线4
的铺设范围以及线阵相机2的镜头设置线激光光源3以及线阵相机2的安装高度，使线激光
光源3照射范围以及线阵相机2的采集范围大于待检测纱线平面的范围，以完成纱线图像的
采集。
如图2所示，设v是纱线4卷绕或生产时移动的线速度，图中箭头方向是纱线卷绕的
方向5，L是待检测纱线平面的宽度，α是线激光散射的角度，B是线激光光源3照射到纱线平
面的宽度，h是线激光光源3及线阵相机2镜头到待检测纱线平面的距离，则
为使线激光光源3照射到整个待检测纱线平面，则B＞L,即
如图3所示，设s是线阵相机传感器6的长度，f是线阵相机镜头的焦距7，r是线阵相
机2采集范围，则为使线阵相机2采集范围覆盖整个待检测纱线平面，即r＞L，得到
步骤二：将线激光光源3照射待检测的纱线4，通过线阵相机2采集照射位置的纱线
图像，并将采集到的原始纱线图像通过数据接口输入到计算机1中；
根据相机的工作方式的区别，可将工业相机分为线阵相机2和面阵相机两大类，面
阵相机拍摄频率较低，且需要考虑图像拼接问题；线阵相机2内部只包含一行传感器单元，
线阵相机2连续不断的对采集对象进行扫描，一次扫描形成一行图像，然后形成的图像从上
向下排列，构成一幅图像，每行像素代表的时间不同，图像是一幅时空图像，线阵相机2的行
频代表每秒拍摄的图像数。而面阵相机内部是矩阵形状的传感器，以一幅面对采集对象进
行扫描，得到一幅空间图像，横纵坐标都代表空间。实时性即要求检测的速度高，一般要求
小于5ms，若纱线断头检测的实时性不高，则可能纱线断头未及时检测出，造成严重后果。本
发明中，选择具有代表性的图像，线阵相机2的分辨率为2048，设置行频为10klps，则采集的
原始纱线图像中每行像素代表0.1ms，存储时选择每幅图像的大小为2048×10，则每幅图像
代表1ms，在该检测方法中，检测出纱线断头的时间大约为1ms,由于存储图像小，图像处理
速度快，则纱线断头检测的时间可控制在2ms之内，检测频率可达500Hz，实现了实时性检
测。
步骤三：通过图像处理技术对线阵相机2采集到的原始纱线图像进行处理，统计处
理后的纱线图像中的纱线根数N；即对原始纱线图像进行二值化处理，得到二值化图像，从
二值化图像中分割出纱线4，并检测纱线根数N。利用红色线激光光源3照射纱线4，线阵相机
2采集纱线图像，由于线阵相机2进光量小，只对线激光的发射光线有反应，因此纱线4与背
景对比明显，对原始图像进行二值化处理时，可较为容易的选择分割阈值。
对二值化图像中纱线根数的检测，本发明提出三种方法：
方法一：面积法，即：提前计算一根纱线4的平均面积，然后计算二值化图像中的纱
线4总面积，将纱线4总面积除以平均面积得到纱线根数N。
方法二：连通域法，即：从二值化图像中每根纱线4都是一个连通域，可通过计算连
通域的个数来计算纱线根数N。
方法三：遍历法，即：从二值化图像中最下面一行的图像的最左侧开始向右查找像
素，当像素由黑色变为白色时，代表图像由背景变为纱线4，作为一根纱线4进行计数，继续
向右遍历，只要有黑色变为白色，则代表有一根纱线4出现，由此判断图像中纱线根数N。由
于线阵相机2采集的图像每行代表不同的时间，最后一行是最近采集的图像，因此实时性最
高。
步骤四：将步骤三中统计的纱线根数N与预输入的纱线根数M进行对比，判断是否
发生纱线断头，若N＝M，则判定纱线4未发生断头，若N≠M,则判定纱线4发生断头；
步骤五：如果纱线4发生断头，计算机1发出控制信号，令纺织机械停机；当纱线4发
生断头时，检测到的纱线根数会比预输入的纱线4数目少，计算机1发送断头信号到纺织机
械，使纺织机械停机。
线激光光源3照射与线阵相机2采集位置位于同一条轴线上，线阵相机2采集的图
像是时空图像，即横坐标行像素代表空间位置，而纵坐标列像素代表时间，即在线阵相机2
采集的图像中，行像素为纱线4的空间图像，代表纱线4的不同位置，而列像素为纱线4的时
间图像，代表不同的时间采集到的纱线4的运动图像，如图4至图7所示，图像中每根纱线4至
少占3个像素，其中，线阵相机2的线频为10klps，图像大小为2048×10，即每幅图像代表
1ms，图4是线阵相机采集的纱线未发生断头时的原始纱线图像，图6是线阵相机采集的纱线
发生断头时的原始纱线图像，图5是纱线未发生断头时的二值化图像，图7是纱线发生断头
时的二值化图像。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施
例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围
内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。