基于DSP+FPGA架構(gòu)的在線棉結(jié)檢測裝置

棉結(jié)主要是棉纖維糾纏而成的纖維結(jié)，其形成原因分三大類：機(jī)械生產(chǎn)產(chǎn)生的棉結(jié)、棉籽造成的棉結(jié)、白星或者有色棉結(jié)。由于其體積微小極易被紗布所抱合和沾附，在整個紡織印染過程中成為難以除掉的疵點(diǎn)，較高含量的棉結(jié)將導(dǎo)致紗線中較高的棉結(jié)含量，并最終影響織物外觀[1]，因此在棉花被紡成紗線或織成布前進(jìn)行棉結(jié)檢測是非常重要的。
目前，檢測棉結(jié)所采用的方法主要有以下三種：一是靠人工篩選和統(tǒng)計不同類型棉結(jié)和異纖雜質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量，勞動強(qiáng)度高；二是使用機(jī)械或者離線儀器進(jìn)行檢測，即將棉條或紗線等取樣到裝置上進(jìn)行檢測，勞動強(qiáng)度高、實時性差、精確度低；三是配備在梳棉機(jī)上的在線檢測棉結(jié)裝置，該裝置采用裝有攝像機(jī)鑒別梳棉機(jī)上棉網(wǎng)中的棉結(jié)，精確地檢測并在顯示終端上及時反映出瞬間棉結(jié)雜質(zhì)變化情況，并報告每單位（例如克）生條或紗線中棉結(jié)雜質(zhì)顆粒數(shù)，降低了勞動強(qiáng)度、提高了實時性、安裝位置靈活。
但是現(xiàn)有的在線棉結(jié)檢測裝置，尤其采用圖像采集卡和計算機(jī)構(gòu)成的圖像測定裝置 [2-5]，不僅結(jié)構(gòu)上不夠靈活，而且處理能力也受到計算機(jī)和計算機(jī)軟件環(huán)境的限制，使用這種圖像測定裝置的在線棉結(jié)裝置，整體上具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、售價高、普及率低等缺點(diǎn)，不利于棉紡廠的成本控制。
1 棉結(jié)檢測原理
中的波長。棉纖維的吸收系數(shù)很小，用光照射棉纖維（棉網(wǎng)）時，入射光將部分被纖維表面反射，部分折射透過纖維，部分被纖維吸收，被纖維吸收的那部分又有部分轉(zhuǎn)換為纖維內(nèi)能，另一部分以散射的形式散發(fā)出來，但是比例很小，這樣，可以得出如下結(jié)論：
1在棉網(wǎng)檢測中，棉纖維在光源照射下主要以反射光為主；
2對于機(jī)械生產(chǎn)產(chǎn)生的棉結(jié)，棉結(jié)糾纏的程度愈大反射光愈強(qiáng)；
3如果是非棉纖維雜質(zhì)，例如棉籽造成的棉結(jié)，反射光強(qiáng)很低；
4白星或者有色棉結(jié)，都屬于高絕緣、紙吸收系數(shù)物質(zhì)，以反射為主。

綜上所述，并結(jié)合棉結(jié)的反射特性，可知光強(qiáng)和面積構(gòu)成了進(jìn)行棉結(jié)識別的主要特征，本文即結(jié)合該特征來設(shè)計棉結(jié)檢測算法程序。
2 檢測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
結(jié)合棉纖維的光電性質(zhì)，為了突出棉纖維的圖像質(zhì)量，并保證能夠很好地被攝像機(jī)采集，需要設(shè)計合理的光源系統(tǒng)和曝光控制電路。同時根據(jù)棉網(wǎng)中棉結(jié)或雜質(zhì)特征（構(gòu)成模式識別的主要特征）設(shè)計的檢測算法實現(xiàn)選用了 DSP+FPGA的圖像處理硬件架構(gòu) [7-9]。為了和現(xiàn)場的控制系統(tǒng)相兼容，添置與常用 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的連接模塊。整個系統(tǒng)的組成如下圖1。

2.1 光源部分設(shè)計光源部分包括曝光控制器和面陣 LED燈板，曝光控制器接收到中央處理單元發(fā)出的指令后，控制面陣 LED燈板閃光(或面陣LED燈常亮而不用曝光控制器)。面陣 LED燈板采用漫射均勻照射（根據(jù)前面提出的幾類棉結(jié)中的光反射和投射性質(zhì)選擇使用反射光或投射光）。