基于DSP+FPGA架構的在線棉結檢測裝置

棉結主要是棉纖維糾纏而成的纖維結，其形成原因分三大類：機械生產產生的棉結、棉籽造成的棉結、白星或者有色棉結。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，較高含量的棉結將導致紗線中較高的棉結含量，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行棉結檢測是非常重要的。
目前，檢測棉結所采用的方法主要有以下三種：一是靠人工篩選和統計不同類型棉結和異纖雜質點的數量，勞動強度高；二是使用機械或者離線儀器進行檢測，即將棉條或紗線等取樣到裝置上進行檢測，勞動強度高、實時性差、精確度低；三是配備在梳棉機上的在線檢測棉結裝置，該裝置采用裝有攝像機鑒別梳棉機上棉網中的棉結，精確地檢測并在顯示終端上及時反映出瞬間棉結雜質變化情況，并報告每單位（例如克）生條或紗線中棉結雜質顆粒數，降低了勞動強度、提高了實時性、安裝位置靈活。
但是現有的在線棉結檢測裝置，尤其采用圖像采集卡和計算機構成的圖像測定裝置 [2-5]，不僅結構上不夠靈活，而且處理能力也受到計算機和計算機軟件環境的限制，使用這種圖像測定裝置的在線棉結裝置，整體上具有結構復雜、售價高、普及率低等缺點，不利于棉紡廠的成本控制。
1 棉結檢測原理
中的波長。棉纖維的吸收系數很小，用光照射棉纖維（棉網）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換為纖維內能，另一部分以散射的形式散發出來，但是比例很小，這樣，可以得出如下結論：
1在棉網檢測中，棉纖維在光源照射下主要以反射光為主；
2對于機械生產產生的棉結，棉結糾纏的程度愈大反射光愈強；
3如果是非棉纖維雜質，例如棉籽造成的棉結，反射光強很低；
4白星或者有色棉結，都屬于高絕緣、紙吸收系數物質，以反射為主。

綜上所述，并結合棉結的反射特性，可知光強和面積構成了進行棉結識別的主要特征，本文即結合該特征來設計棉結檢測算法程序。
2 檢測裝置結構設計
結合棉纖維的光電性質，為了突出棉纖維的圖像質量，并保證能夠很好地被攝像機采集，需要設計合理的光源系統和曝光控制電路。同時根據棉網中棉結或雜質特征（構成模式識別的主要特征）設計的檢測算法實現選用了 DSP+FPGA的圖像處理硬件架構 [7-9]。為了和現場的控制系統相兼容，添置與常用 PLC進行數據通訊的連接模塊。整個系統的組成如下圖1。

2.1 光源部分設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（根據前面提出的幾類棉結中的光反射和投射性質選擇使用反射光或投射光）。