陳麗麗, 劉成霞

(1.紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院，浙江 紹興 312000; 2.浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，杭州 310018)

基于激光掃描技術(shù)的服裝肘部穿著平整度客觀評(píng)價(jià)

陳麗麗1, 劉成霞2

(1.紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院，浙江 紹興 312000; 2.浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，杭州 310018)

為嘗試用三維激光掃描技術(shù)對(duì)服裝穿著平整度進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。以15塊機(jī)織試樣為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行裁剪縫制，將其制作成袖子，經(jīng)過(guò)試穿起皺，拍照保存其折皺形態(tài)，同時(shí)運(yùn)用手持式三維激光掃描儀對(duì)肘部進(jìn)行三維掃描，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，對(duì)其進(jìn)行特征提取，得到客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)：均值、方差、粗糙度、扭曲度和均偏移。通過(guò)這些客觀指標(biāo)與對(duì)折皺照片進(jìn)行的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，得出與主觀評(píng)分相關(guān)系數(shù)最高的是均偏移，其次是粗糙度。研究結(jié)果表明，三維激光掃描技術(shù)可以用于服裝平整度的檢測(cè)，均偏移、粗糙度與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性較好。

服裝肘部；穿著平整度；三維激光掃描；點(diǎn)云數(shù)據(jù)；主觀評(píng)價(jià)

平整度對(duì)服裝的外觀有重要影響，特別是對(duì)于諸如西裝等的正裝來(lái)說(shuō)尤為重要。穿著平整度對(duì)服裝的外觀質(zhì)量有重要影響，現(xiàn)有研究多采用圖像處理技術(shù)對(duì)織物洗后平整度進(jìn)行評(píng)價(jià)，其測(cè)試結(jié)果與實(shí)際穿著過(guò)程中的平整度有較大差異。為了客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)服裝的平整度，許多紡織科技工作者進(jìn)行了大量相關(guān)研究[1-2]。1997—1999年，韓國(guó)首爾大學(xué)的Tae Jin Kang等[3]在B. Xu[4]和Jie Su[5]的基礎(chǔ)上，用自行設(shè)計(jì)的可采集多束激光的儀器對(duì)面料的平整度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。2000年，香港理工大學(xué)的范金土等[6]通過(guò)對(duì)激光采集的點(diǎn)陣三角網(wǎng)格化和樣條函數(shù)的處理，獲得了服裝接縫處的折皺信息。2012年，Javier等[7]設(shè)計(jì)了自動(dòng)化折皺評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并運(yùn)用紋V理分析的方法進(jìn)行了服裝折皺評(píng)價(jià)。2014年，Leonardo等[8]通過(guò)獲取服裝洗后不同部分的折皺圖像，并對(duì)濾波處理后的圖像進(jìn)行特征提取，得到的特征與主觀評(píng)價(jià)具有相當(dāng)高的相關(guān)性。浙江理工大學(xué)的劉成霞[9]和劉婷[10]也嘗試了用不同的圖像處理方法研究服裝折皺及平整度的評(píng)價(jià)。

綜上所述，目前平整度的研究主要通過(guò)圖像處理的技術(shù)對(duì)平整度指標(biāo)進(jìn)行提取和分析，現(xiàn)有研究主要存在以下問(wèn)題：1)圖像處理技術(shù)易受織物顏色和圖案的影響，正確識(shí)別印花、色織物的平整度很有難度，而目前在工程領(lǐng)域應(yīng)用較廣的激光掃描技術(shù)[11-12]可以有效克服這一缺陷；2)現(xiàn)有平整度的研究大都集中在織物階段，且現(xiàn)有研究基本都針對(duì)洗滌平整度，有關(guān)穿著運(yùn)動(dòng)起皺的研究甚少[2]，且鮮有涉及立體的服裝穿著平整度的評(píng)價(jià)方法。

因此，本文嘗試運(yùn)用激光掃描技術(shù)對(duì)立體服裝的穿著平整度進(jìn)行研究，使測(cè)試結(jié)果更符合實(shí)際穿著時(shí)的起皺情況。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試樣的選取

由于針織物具有良好的變形能力，抗皺性較好，不容易起皺，所以選取抗皺能力不同的15種常見(jiàn)機(jī)織物，其顏色、組織結(jié)構(gòu)等基本參數(shù)亦不相同，織物基本規(guī)格見(jiàn)表1。雖然本文的研究對(duì)象是機(jī)織物，但是研究方法和研究結(jié)果對(duì)針織物及其他類(lèi)型的織物同樣適用。

表1 織物基本規(guī)格

1.2 實(shí)驗(yàn)服的選取、制作及試穿

眾所周知，服裝在人體的關(guān)節(jié)部位最易起皺，因?yàn)殛P(guān)節(jié)的頻繁彎曲使織物產(chǎn)生難以恢復(fù)的變形，從而影響服裝的平整度。這些部位諸如肘部、膝蓋、大腿根部等，其共同特點(diǎn)是：織物均呈筒狀，且發(fā)生彎曲變形。本文重點(diǎn)研究服裝的關(guān)節(jié)部位產(chǎn)生的折皺，即研究對(duì)象為關(guān)節(jié)處的織物變形。為減少服裝制作的工作量，統(tǒng)一選擇袖筒作為研究對(duì)象，其他關(guān)節(jié)部位與其相似。實(shí)驗(yàn)溫度(20±2) ℃、相對(duì)濕度65%±3%。

選擇身高165 cm、腰圍70 cm，A體型的年輕女性1名作為被試者，根據(jù)其身體尺寸繪制袖子樣板。并將表1中的織物按照所繪樣板裁剪縫制，同一面料做兩只袖子。由同一個(gè)操作者用同一臺(tái)縫紉機(jī)，按照14～15針/3 cm的針距進(jìn)行縫制。熨燙之后，將同一面料制作成的2只袖子分別由被試者穿著，且在袖窿處將制作好的袖筒用大頭針仔細(xì)固定在貼體衣服的袖窿處。接著由被試者進(jìn)行著裝起皺，即被試者做伏案工作狀，手臂彎曲5 min，然后手臂伸直站立，讓袖子處的織物變形得以恢復(fù)2 min。重復(fù)1次后，試穿起皺結(jié)束，然后輕輕移掉大頭針，并將袖子小心取下。起皺后的袖子折皺情況如圖1所示。

由于織物變形隨時(shí)間不斷發(fā)生變化，同時(shí)又無(wú)法找到身材尺寸完全一樣的若干被試者，對(duì)所有織物制作成的袖子進(jìn)行在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行穿著以實(shí)施主觀評(píng)價(jià)，所以只能對(duì)取下的袖子統(tǒng)一所有拍攝條件和參數(shù)進(jìn)行拍照，以記錄試穿剛結(jié)束后的折皺形態(tài)，供接下來(lái)的主觀評(píng)價(jià)使用。

圖1 起皺后的袖子Fig.1 Wrinkled sleeve

1.3 肘部平整度主觀評(píng)價(jià)

日常生活中，人們對(duì)服裝平整度的評(píng)價(jià)通過(guò)肉眼觀察加主觀評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行，因此本文也采用對(duì)袖子肘部的平整度進(jìn)行主觀評(píng)判。評(píng)判專(zhuān)家由來(lái)自服裝企業(yè)、且有多年質(zhì)檢經(jīng)驗(yàn)的10名專(zhuān)家組成，在相同的照明條件下，對(duì)15塊試穿起皺后、放于水平桌面拍攝得到的袖子肘部圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果采用10分制,1分代表折皺程度最大,10分代表最平整。經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)，得到10名專(zhuān)家對(duì)同一織物的評(píng)價(jià)結(jié)果具有良好的一致性，最后對(duì)其取平均值，且每塊織物的2只袖子得分取平均值，作為這一織物的最后得分，結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。

1.4 基于激光掃描的肘部平整度客觀評(píng)價(jià)

如前所述，許多研究人員采用過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)織物平整度進(jìn)行了研究，其研究結(jié)果與實(shí)際著裝時(shí)的穿著平整度情況有較大差異。究其原因是由于實(shí)際著裝時(shí)，服裝折皺是一種三維的、立體形態(tài)，再者圖像處理技術(shù)容易受織物花紋、顏色、圖案等影響，使測(cè)試結(jié)果有所偏差。而通過(guò)三維掃描儀能獲取到折皺處的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能更接近實(shí)際情況，且不受織物顏色、花紋等影響，測(cè)試結(jié)果更為精確。

1.4.1 非接觸式三維激光掃描儀

選用加拿大Creaform公司研制的HSCAN系列手持式Handy Rescan 3D非接觸三維激光掃描儀，該設(shè)備測(cè)量速度18 000次/s，約3 600點(diǎn)/s，掃描精度為0.05 mm，采用多條線(xiàn)束激光來(lái)獲取物體表面的三維點(diǎn)云。可以手持并靈活移動(dòng)操作，通過(guò)視覺(jué)算法來(lái)確定掃描儀在掃描過(guò)程中的空間位置，從而完成物體表面的三維點(diǎn)云整體重構(gòu)。廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、曲面重建、有限元分析等領(lǐng)域，本文嘗試將其用于紡織品檢測(cè)與評(píng)價(jià)中。

實(shí)驗(yàn)中，對(duì)15塊試穿起皺后、放于水平桌面的袖子肘部進(jìn)行拍照后，立刻用HSCAN系列手持式激光三維掃描儀進(jìn)行三維掃描，獲得70 000個(gè)以上的三維坐標(biāo)值。

1.4.2 基準(zhǔn)平面的設(shè)置

由于手持式激光三維掃描儀采用的是自定位與匹配技術(shù)，即設(shè)備開(kāi)始工作時(shí)所處的第一個(gè)空間位置為系統(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)，因此得到的三維數(shù)據(jù)并沒(méi)有一個(gè)基準(zhǔn)平面，設(shè)置基準(zhǔn)平面前如圖2所示。

圖2 設(shè)置基準(zhǔn)平面前Fig.2 Before basic plane set up

若將此時(shí)的各點(diǎn)Z坐標(biāo)值用來(lái)計(jì)算布料的平整度顯然不合理。由于掃描時(shí)布料是置于水平桌面上的，如果將水平桌面所在平面設(shè)為XY平面，那么垂直方向上的Z坐標(biāo)值就可以用來(lái)計(jì)算布料的平整度。所以需要將桌面所在平面與自然坐標(biāo)系的XY平面進(jìn)行對(duì)齊設(shè)置。對(duì)齊過(guò)程如下：

1)首先選擇桌面數(shù)據(jù)(盡量選擇離邊緣和標(biāo)記點(diǎn)較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，并且多選幾塊區(qū)域，這樣擬合出來(lái)的平面更加準(zhǔn)確)。

2)選擇“特征-平面-最佳擬合”即可得到擬合平面1。

3)選擇“對(duì)齊-對(duì)齊到全局”，分別選中XY平面和平面1，即可將三維數(shù)據(jù)對(duì)齊到自然坐標(biāo)系，基準(zhǔn)平面設(shè)置后的對(duì)齊效果如圖3所示。

圖3 設(shè)置基準(zhǔn)平面后Fig.3 After basic plane set up

設(shè)置后的桌面與自然坐標(biāo)系下的XY平面對(duì)齊，且擬合平面的誤差值(u級(jí))相對(duì)于布料本身的褶皺程度(mm級(jí))不在同一數(shù)量級(jí)，可以忽略不計(jì)。此時(shí)截取布料上點(diǎn)Z的坐標(biāo)值z(mì)(i,j)即可作為計(jì)算布料褶皺程度的依據(jù)。

1.4.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理

在數(shù)據(jù)采集操作過(guò)程中，由于被測(cè)物體表面因素、掃描系統(tǒng)自身的誤差、突發(fā)因素引起噪聲點(diǎn)，這些噪點(diǎn)會(huì)影響重建模型的精度，因此必須進(jìn)行去燥，除去燥外，還要進(jìn)行其他的預(yù)處理。

用三維激光掃描儀點(diǎn)云模式掃描起皺后的織物，獲取.txt格式點(diǎn)云數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Geomagic Studio軟件中，軟件界面顯示重建后的織物表面。對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行以下預(yù)處理:1)對(duì)點(diǎn)云著色,2)初步裁剪,3)封裝點(diǎn)云,4)精確裁剪,5)返回點(diǎn)云階段,6)減少噪聲,7)修復(fù)法線(xiàn),8)保存為.vtx頂點(diǎn)文件。

1.4.4 特征提取

預(yù)處理之后，利用Matlab提取Z坐標(biāo)上的五個(gè)特征值：均值、方差、粗糙度、扭曲度和平均偏移量，作為客觀評(píng)價(jià)織物平整度的指標(biāo)。具體含義如下：

b)方差M：反應(yīng)織物高度的變化程度。表達(dá)式如下：

(1)

式中：N2為褶皺圖像的高度點(diǎn)總數(shù)。

c)粗糙度σ：有折痕的織物表面起伏不平，表面高度也在不斷變化，通過(guò)計(jì)算織物表面各點(diǎn)高度的標(biāo)準(zhǔn)差，可得到粗糙度值。表達(dá)式如下：

(2)

d)扭曲度S：織物的表面折皺在一定程度上反映了織物的扭曲程度。扭曲程度越嚴(yán)重，則折皺越明顯。表達(dá)式如下：

(3)

e)均偏移R：從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)看，織物的折皺代表了高度值的偏移，偏移的大小決定了織物表面的不同平整度。均偏移的表達(dá)式為：

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間的相關(guān)性

15塊織物的主觀評(píng)分結(jié)果及客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示。

續(xù)表2

為驗(yàn)證主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間是否具有良好的一致性和吻合度，將表2中的肘部起皺主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果通過(guò)SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)分析，得到相關(guān)系數(shù)，如表3所示。

表3 肘部起皺主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù)

注：** 表示在0.01的水平上顯著相關(guān)，* 表示在0.05的水平上顯著相關(guān)。

從表3可以看出：1)激光測(cè)量的5個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)中，均值、粗糙度和均偏移與主觀評(píng)分有較好的相關(guān)性，其中相關(guān)系數(shù)最高的是均偏移，其次是粗糙度，這二者均在0.01的水平上與主觀評(píng)分呈顯著相關(guān)關(guān)系。2)5個(gè)客觀指標(biāo)中，除粗糙度與均偏移之間具有非常高的相關(guān)系數(shù)(0.997)外，其余指標(biāo)兩兩之間的相關(guān)性均較低。

由于激光測(cè)量的客觀指標(biāo)中與主觀評(píng)分相關(guān)性最高的為均偏移與粗糙度，因此接下來(lái)進(jìn)一步通過(guò)回歸分析，建立這二者與主觀評(píng)分的具體關(guān)系式。

2.2 均偏移及粗糙度與主觀評(píng)分的關(guān)系

三維測(cè)量中的客觀指標(biāo)均偏移及粗糙度與主觀評(píng)分間的回歸關(guān)系分別如圖4和圖5所示。

圖4和圖5顯示：均偏移和粗糙度與主觀評(píng)分之間呈良好的多項(xiàng)式關(guān)系，且隨均偏移與粗糙度的增大，主觀評(píng)分具有明顯的下降趨勢(shì)。均偏移和粗糙度數(shù)值越大，則織物表面越粗糙，凹凸不平程度越明顯，因而主觀評(píng)分越低。具體的關(guān)系式分別為：

圖4 客觀評(píng)價(jià)中的均偏移與主觀評(píng)分的關(guān)系Fig.4 Relationship between average deviation of objective evaluation and subjective score

圖5 客觀評(píng)價(jià)中的粗糙度與主觀評(píng)分的關(guān)系Fig.5 Relationship between roughness of objective evaluation and subjective score

Y=104.74X12-55.637X1+8.427 4，其中X1是均偏移，Y是主觀評(píng)分，相關(guān)系數(shù)R2為0.935 4；Y=87.704X22-51.327X2+8.637，其中X2是粗糙度，Y是主觀評(píng)分，相關(guān)系數(shù)R2為0.885 9。

這兩個(gè)關(guān)系式都可以用來(lái)估算及預(yù)測(cè)織物的平整度得分，其中均偏移來(lái)預(yù)測(cè)平整度得分的精確度更高。

3 結(jié) 論

本文首先將選取的試樣進(jìn)行裁剪縫制，制作成袖子，并經(jīng)過(guò)試穿起皺，然后運(yùn)用HSCAN系列手持式三維激光掃描儀對(duì)肘部進(jìn)行三維掃描。經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)面的設(shè)置及預(yù)處理，并獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，再對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，得到客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)：均值、方差、粗糙度、扭曲度和均偏移，并將這些客觀指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)和回歸分析，得出：

1)激光測(cè)量的5個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)中，均值、粗糙度和均偏移與主觀評(píng)分有較好的相關(guān)性，其中相關(guān)系數(shù)最高的是均偏移，其次是粗糙度。

2)均偏移與主觀評(píng)分間的關(guān)系式為：Y=104.74X12-55.637X1+8.4274，其中X1是均偏移，Y是主觀評(píng)分，相關(guān)系數(shù)R2為0.935 4；粗糙度與主觀評(píng)分的關(guān)系式為：Y=87.704X22-51.327X2+8.637，其中X2是粗糙度，Y是主觀評(píng)分，相關(guān)系數(shù)R2為0.885 9。這二者都可以用來(lái)估算及預(yù)測(cè)織物的平整度得分，無(wú)需經(jīng)過(guò)工作量繁重的主觀評(píng)價(jià)過(guò)程，且評(píng)價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確和客觀。

研究結(jié)果表明，本文作為嘗試和探索提出的利用三維激光掃描技術(shù)檢測(cè)服裝平整度的方法是可行的，可以達(dá)到與主觀評(píng)價(jià)相一致的結(jié)果，具有客觀高效等優(yōu)勢(shì)。三維激光掃描技術(shù)的不足在于目前設(shè)備成本較高，相信隨著科技的發(fā)展，其成本也會(huì)逐漸降低，會(huì)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

[1]LUDMILA Fridrichova. Objective evaluation of multidirectional fabric creasing[J]. The Journal of the Textile Institute,2011,102(8):719-725.

[2]劉成霞,劉婷.應(yīng)用小波分析的服裝關(guān)節(jié)部位抗皺性評(píng)價(jià)[J].紡織學(xué)報(bào),2016,37(12):87-91. LIU Chengxia, LIU Ting. Objective evaluation on wrinkling of garment joints based on wavelet analysis[J]. Journal of Textile Research,2016,37(12):87-91.

[3]KANG Tae Jin, CHO Dae Hwan, WHANG Hyun Suk. A new objective method of measuring fabric wrinkle using a 3D projecting grid technique[J]. Textile Research Journal,1999,69 (11):835-845.

[4]XU B G, REED J A. Instrumental evaluation of fabric wrinkle recovery [J]. Journal of the Textile Institute,1995,86(5):129-135.

[5]SU Jie. Fabric wrinkle evaluation using laser triangulation and neural network classifier [J]. Optical Engineering,1999,38(10)：1688-1693.

[6]FAN J T, LIU F. Objective evaluation of garment seams using 3D laser scanning technology[J]. Textile Research Journal,2000,70(11):1025-1030.

[7]JAVIER Silvestre Blanes, JOAQUIN Berenguer-Sebastiá, RUBEN Pérez-Lloréns, et al. Garment smoothness appearance evaluation through computer vision[J]. Textile Research Journal,2012,87(3):299-309.

[8]LEONARDO Urbiola Soto, VICTOR Lopez. Instrumentation system for objective evaluation of wrinkle appearance in fabrics using a standardized inspection booth[J]. Textile Research Journal,2014,84(4):368-387.

[9]劉成霞.模擬實(shí)際著裝的織物折皺測(cè)試及等級(jí)評(píng)價(jià)方法研究[D].杭州:浙江理工大學(xué),2015. LIU Chengxia. Investigation into Measurement and Grade Evaluation of Fabric Wrinkling Simulating Actual Wear[D]. Hangzhou: Zhejiang Sci-Tech University,2015.

[10] 劉婷.服裝肘部穿著平整度客觀評(píng)價(jià)方法研究[D].杭州:浙江理工大學(xué),2016. LIU Ting. Objective Evaluation Method on the Smoothness of Garment Elbow[D]. Hangzhou: Zhejiang Sci-Tech University,2016.

[11]孫路.復(fù)雜型面非接觸式三維掃描與建模研究[D].上海:華東理工大學(xué),2012. SUN Lu. Non-Contact 3D Scanning and Modeling of Complicated Surface[D]. Shanghai: East China University of Science and Technology,2012.

[12]李偉,劉正坤.地面三維激光掃描技術(shù)用于道路平整度檢測(cè)研究[J].北京測(cè)繪,2011(3):24-27. LI Wei, LIU Zhengkun. Road surface roughness detection research based on 3D terrestrial laser scanning technique[J]. Beijing Surveying and Mapping,2011(3):24-27.

Objective evaluation of wearing smoothness of garment elbow with laser scanning technology

CHEN Lili1, LIU Chengxia2

(1.Yuanpei College, Shaoxing University, Shaoxing 312000, China; 2.School of Fashion Design and Engnieering,Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

In order to objectively evaluate the wearing smoothness of garment with 3D laser scanning technology. 15 pieces of woven fabric were selected to cut and make into sleeves. The sleeves were used for wear test to produce wrinkles. The wrinkled fabrics were recorded with camera, and 3D scanning of the elbow parts was carried with a portable 3D laser scanner to acquire point cloud data. Features of point cloud data were extracted after it was pre-processed, and objective evaluation criteria were developed on this basis: mean, variance, roughness, torsion and average deviation. Analysis based on subjective evaluation results of the foregoing objective criteria and pictures of wrinkles indicates that the highest coefficient of correlation with subjective evaluation is average deviation, followed by roughness. Research results show that 3D laser scanning technology can be used to measure garment smoothness, and the average deviation and roughness agree highly with the subjective evaluation results.

garment elbow; wearing smoothness; 3D laser scanning; point cloud data; subjective evaluation

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.06.008

2017-01-25;

2017-05-02

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51405446)

陳麗麗(1983—)，女，助理研究員，主要從事服裝結(jié)構(gòu)及造型的研究。

TS941.2

A

1001-7003(2017)06-0043-06 引用頁(yè)碼: 061108