本發(fā)明涉及一種織物三維懸垂形態(tài)的自動(dòng)分類(lèi)方法，用于通過(guò)三維掃描儀獲取大量真實(shí)織物懸垂的三維模型后，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)處理并進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，從而服務(wù)于織物性能分析、虛擬織物重建及服裝設(shè)計(jì)等。

背景技術(shù)：

目前對(duì)織物靜態(tài)懸垂性能的測(cè)試分析主要集中在利用其平面投影進(jìn)行圖像處理。由于這種方法不能完全反映出織物的三維形態(tài)特征，故具有較大的局限性。例如一些具有相似懸垂系數(shù)和波節(jié)個(gè)數(shù)的織物卻具有完全不同的物理性能。

隨著三維掃描儀的普及，使得對(duì)大量真實(shí)織物懸垂的掃描成為可能。目前，在獲取并建立了三維織物懸垂數(shù)據(jù)庫(kù)之后，沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)分類(lèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：對(duì)織物的三維懸垂形態(tài)進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)識(shí)別。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種織物三維懸垂形態(tài)的自動(dòng)分類(lèi)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、提取織物三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線，包括以下步驟：

步驟1.1、計(jì)算織物三維懸垂形態(tài)pd在xdooyd平面上的二維投影p1＝f1(pd，zmax)，zmax是織物三維懸垂形態(tài)pd在z軸上的最大坐標(biāo)值，f1(pd，zmax)是將z＜zmax的織物三維懸垂形態(tài)pd的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影到xdooyd平面上以獲取二維投影p1的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的函數(shù)；

步驟1.2、計(jì)算二維投影p1的二維輪廓線c0＝f2(p1)，f2(p1)是計(jì)算二維投影p1的二維輪廓線的函數(shù)；

計(jì)算二維投影p1的頂點(diǎn)v0＝f3(c0)，f3(c0)是計(jì)算二維輪廓線c0的頂點(diǎn)的函數(shù)；

步驟1.3、通過(guò)頂點(diǎn)v0的坐標(biāo)索引出其在織物三維懸垂形態(tài)pd中對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)v1，并計(jì)算出v1中在z軸上的最小坐標(biāo)值z(mì)min；

步驟1.4、計(jì)算三維織物懸垂的水平二維輪廓線ci＝f2(f1(pd，zi))，i＝1，...，9，z0為預(yù)先設(shè)定的參數(shù)；

步驟1.5、令二維輪廓線c0上點(diǎn)的z坐標(biāo)為200，水平二維輪廓線ci上點(diǎn)的z坐標(biāo)為zi，則二維輪廓線c0和水平二維輪廓線ci即為織物三維懸垂形態(tài)pd的特征輪廓線；

步驟2、對(duì)三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線進(jìn)行橢圓傅里葉描述，以行向量的形式(a0，b0，c0，d0，a1，b1，c1，d1，……，an，bn，cn，dn，……，an，bn，cn，dn)來(lái)描述輪廓曲線，式中，n表示諧波次數(shù)，n表示最大諧波次數(shù)，an、bn分別為懸垂特征輪廓線在投影平面xdooyd的x軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)，cn、dn分別為懸垂特征輪廓線在投影平面xdooyd的y軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)；

步驟3、對(duì)掃描織物懸垂數(shù)據(jù)庫(kù)中m個(gè)樣本的三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線進(jìn)行橢圓傅里葉描述，得到矩陣efds：

式中，amn，bmn，cmn，dmn表示第m個(gè)樣本的三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線的第n次諧波的橢圓系數(shù)，計(jì)算eefds的協(xié)方差矩陣的特征值與特征相鄰，eefds為橢圓傅里葉描述子，將前k個(gè)最大特征值構(gòu)成投影矩陣t4n×k，則得到矩陣efds的k個(gè)主成分pcs＝eefds×t4n×k，k≤4n；

步驟4、依據(jù)步驟3得到的主成分，采用無(wú)需給定聚類(lèi)個(gè)數(shù)的層次聚類(lèi)方法對(duì)三維織物懸垂輪廓線進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)。

優(yōu)選地，所述an，bn，cn，dn的計(jì)算步驟為：

對(duì)于懸垂特征輪廓線，以其在xdooyd平面的xd軸上的極小坐標(biāo)點(diǎn)為起始點(diǎn)，采用橢圓傅里葉方法描述為：

式中，a0、c0分別為懸垂特征輪廓線中心點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，t為懸垂特征輪廓線的起點(diǎn)到點(diǎn)p之間的弧長(zhǎng)，t為輪廓曲線周長(zhǎng)，x(t)為t與x坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系，y(t)為t與y坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系；

an、bn為懸垂特征輪廓線在投影平面xdooyd的x軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)，計(jì)算方法為：

cn、dn分別為懸垂特征輪廓線在投影平面xdooyd的y軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)，計(jì)算方法為：

式中，k為懸垂特征輪廓線采樣點(diǎn)的總數(shù)，δxp為懸垂特征輪廓線上的點(diǎn)p到點(diǎn)p+1的距離在xd軸方向的位移，δyp為懸垂特征輪廓線上的點(diǎn)p到點(diǎn)p+1的距離在yd軸方向的位移，δtp為懸垂特征輪廓線上的點(diǎn)p到點(diǎn)p+1的距離，即

a0、c0分別為懸垂特征輪廓線中心點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，計(jì)算方法為：

式中：

且ε1＝σ1＝0。

優(yōu)選地，所述步驟4包括以下步驟：

步驟4.1、把每個(gè)樣本歸為一類(lèi)，計(jì)算每?jī)蓚€(gè)類(lèi)之間的距離，也就是樣本與樣本之間的相似度，其中第r類(lèi)與第s類(lèi)之間的距離為d(r，s)，則有：

式中，trs是第r類(lèi)與第s類(lèi)中所有樣本兩兩之間的歐式距離之和，nr和ns分別是第r類(lèi)與第s類(lèi)的中的樣本個(gè)數(shù)；

步驟4.2、尋找各個(gè)類(lèi)之間最近的兩個(gè)類(lèi)，把他們歸為一類(lèi)；

步驟4.3、重新計(jì)算新生成的這個(gè)類(lèi)與各舊類(lèi)之間的相似度；

步驟4.4、重復(fù)步驟4.2和步驟4.3直到所有樣本點(diǎn)都?xì)w為一類(lèi)，結(jié)束。

本發(fā)明提供了一種通用的三維織物懸垂形態(tài)的參數(shù)化和自動(dòng)分類(lèi)方法，能夠有效地從三維織物懸垂形態(tài)中提取聚類(lèi)信息，完成自動(dòng)分類(lèi)，從而能更加全面和準(zhǔn)確地分析織物懸垂形態(tài)和物理性能之間的關(guān)系。

附圖說(shuō)明

圖1(a)至圖1(c)為三維織物懸垂特征曲線示意圖；

圖2為三維織物懸垂的聚類(lèi)結(jié)果；

圖3為類(lèi)1中最靠近分類(lèi)中心的懸垂輪廓；

圖4為類(lèi)2中最靠近分類(lèi)中心的懸垂輪廓；

圖5為類(lèi)3中最靠近分類(lèi)中心的懸垂輪廓；

圖6為類(lèi)4中最靠近分類(lèi)中心的懸垂輪廓；

圖7為類(lèi)5中最靠近分類(lèi)中心的懸垂輪廓。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

本發(fā)明提供的一種織物三維懸垂形態(tài)的自動(dòng)分類(lèi)方法，包括以下步驟：

步驟1、提取織物三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線，包括以下步驟：

步驟1.1、計(jì)算織物三維懸垂形態(tài)pd在xdooyd平面上的二維投影p1＝f1(pd，zmax)，zmax是織物三維懸垂形態(tài)pd在z軸上的最大坐標(biāo)值，f1(pd，zmax)是將z＜zmax的織物三維懸垂形態(tài)pd的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影到xdooyd平面上以獲取二維投影p1的二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的函數(shù)，如圖1(a)所示；

步驟1.2、計(jì)算二維投影p1的二維輪廓線c0＝f2(p1)，f2(p1)是計(jì)算二維投影p1的二維輪廓線的函數(shù)；

計(jì)算二維投影p1的頂點(diǎn)v0＝f3(c0)，f3(c0)是計(jì)算二維輪廓線c0的頂點(diǎn)的函數(shù)；

步驟1.3、通過(guò)頂點(diǎn)v0的坐標(biāo)索引出其在織物三維懸垂形態(tài)pd中對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)v1，并計(jì)算出v1中在z軸上的最小坐標(biāo)值z(mì)min，如圖1(a)所示；

步驟1.4、計(jì)算三維織物懸垂的水平二維輪廓線ci＝f2(f1(pd，zi))，i＝1，...，9，z0為預(yù)先設(shè)定的參數(shù)；

步驟1.5、令二維輪廓線c0上點(diǎn)的z坐標(biāo)為200，水平二維輪廓線ci上點(diǎn)的z坐標(biāo)為zi，則二維輪廓線c0和水平二維輪廓線ci即為織物三維懸垂形態(tài)pd的特征輪廓線，如圖1(b)及圖1(c)所示；

步驟2、對(duì)三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線進(jìn)行橢圓傅里葉描述，以行向量的形式(a0，b0，c0，d0，a1，b1，c1，d1，……，an，bn，cn，dn，……，an，bn，cn，dn)來(lái)描述輪廓曲線，式中，n表示諧波次數(shù)，n表示最大諧波次數(shù)，an、bn分別為懸垂特征輪廓線在投影平面xdooyd的x軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)，cn、dn分別為懸垂特征輪廓線在投影平面xdooyd的y軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)；

an，bn，cn，dn的計(jì)算步驟為：

對(duì)于懸垂特征輪廓線，以其在xdooxd平面的xd軸上的極小坐標(biāo)點(diǎn)為起始點(diǎn)，采用橢圓傅里葉方法描述為：

式中，a0、c0分別為懸垂特征輪廓線中心點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，t為懸垂特征輪廓線的起點(diǎn)到點(diǎn)p之間的弧長(zhǎng)，t為輪廓曲線周長(zhǎng)，x(t)為t與x坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系，y(t)為t與y坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系；

an、bn為懸垂特征輪廓線在投影平面ydooyd的x軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)，計(jì)算方法為：

cn、dn分別為懸垂特征輪廓線在投影平面xdooyd的y軸方向的第n次諧波的橢圓系數(shù)，計(jì)算方法為：

式中，k為懸垂特征輪廓線采樣點(diǎn)的總數(shù)，δxp為懸垂特征輪廓線上的點(diǎn)p到點(diǎn)p+1的距離在xd軸方向的位移，δyp為懸垂特征輪廓線上的點(diǎn)p到點(diǎn)p+1的距離在yd軸方向的位移，δtp為懸垂特征輪廓線上的點(diǎn)p到點(diǎn)p+1的距離，即

a0、c0分別為懸垂特征輪廓線中心點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，計(jì)算方法為：

式中：

且ε1＝σ1＝0。

步驟3、對(duì)掃描織物懸垂數(shù)據(jù)庫(kù)中m個(gè)樣本的三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線進(jìn)行橢圓傅里葉描述，得到矩陣efds：

式中，amn，bmn，cmn，dmn表示第m個(gè)樣本的三維懸垂形態(tài)的懸垂特征輪廓線的第n次諧波的橢圓系數(shù)，計(jì)算eefds的協(xié)方差矩陣的特征值與特征相鄰，eefds橢圓傅里葉描述子，將前k個(gè)最大特征值構(gòu)成投影矩陣t4n×k，則得到矩陣efds的k個(gè)主成分pcs＝eefds×t4n×k，k≤4n；

步驟4、依據(jù)步驟3得到的主成分，采用無(wú)需給定聚類(lèi)個(gè)數(shù)的層次聚類(lèi)方法對(duì)三維織物懸垂輪廓線進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)。步驟4包括以下步驟：

步驟4.1、把每個(gè)樣本歸為一類(lèi)，計(jì)算每?jī)蓚€(gè)類(lèi)之間的距離，也就是樣本與樣本之間的相似度，其中第r類(lèi)與第s類(lèi)之間的距離為d(r，s)，則有：

式中，trs是第r類(lèi)與第s類(lèi)中所有樣本兩兩之間的歐式距離之和，nr和ns分別是第r類(lèi)與第s類(lèi)的中的樣本個(gè)數(shù)；

步驟4.2、尋找各個(gè)類(lèi)之間最近的兩個(gè)類(lèi)，把他們歸為一類(lèi)；

步驟4.3、重新計(jì)算新生成的這個(gè)類(lèi)與各舊類(lèi)之間的相似度；

步驟4.4、重復(fù)步驟4.2和步驟4.3直到所有樣本點(diǎn)都?xì)w為一類(lèi)，結(jié)束。

本發(fā)明用四種不同材質(zhì)的樣本進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明，織物樣本的基本性能如表1所示。測(cè)試之前，所有的樣本都靜止展平放置在相對(duì)濕度65±2％，溫度20±2℃的環(huán)境下24個(gè)小時(shí)。

表1織物樣本的基本性能

棉、亞麻、絲綢、樣毛織物懸垂形態(tài)自動(dòng)分類(lèi)結(jié)果如圖2和表2所示。

表2三維織物懸垂的聚類(lèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過(guò)圖2可以看出聚類(lèi)結(jié)果可以分為明顯的5大類(lèi)，各類(lèi)分別占樣本總量的25.0％、31.8％、11.4％、27.3％和4.5％。通過(guò)表2可以看出類(lèi)1主要由低懸垂系數(shù)和低波節(jié)個(gè)數(shù)的懸垂組成；類(lèi)2主要由低懸垂系數(shù)和高波節(jié)個(gè)數(shù)的懸垂組成；類(lèi)3主要由高懸垂系數(shù)和高波節(jié)個(gè)數(shù)的懸垂組成；類(lèi)4主要由高懸垂系數(shù)和低波節(jié)個(gè)數(shù)的懸垂組成；類(lèi)5只有兩個(gè)樣本，較其他樣本而言，他們具有最大的懸垂系數(shù)和最小的波節(jié)個(gè)數(shù)。此外，我們還可以看出絲綢主要屬于第2類(lèi)，而亞麻主要屬于第4類(lèi)。圖3至7分別給出各類(lèi)中最靠近分類(lèi)中心的懸垂輪廓。