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(jì)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(shí)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(bào)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(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)和計(jì)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(jì)棉結(jié)檢測算法程序。
2 檢測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(jì)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(jì)的檢測算法實(shí)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(jì)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）。
2.2 攝像機(jī)的選擇攝像機(jī)可以選擇面陣或線陣CCD,，這兩類 CCD接口中,，例如模擬視頻、Camera Link接口、Gigabi Ethernet 接口,，在 DSP+FPGA架構(gòu)中連接很方便,。一般地，對于只需要對棉網(wǎng)進(jìn)行采樣監(jiān)測的情況,，可以選擇性價比高的模擬面陣攝像機(jī),；對于需要實(shí)時檢測棉網(wǎng)或者高速運(yùn)動物體的疵點(diǎn)或雜質(zhì)，甚至需要剔除的場合,，就要選用線陣 CCD相機(jī),。
2.3 DSP+FPGA硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)
本部分主要包括攝像機(jī)圖像數(shù)據(jù)采集接口、光源曝光電路控制接口,、PLC信號接口以及檢測算法的設(shè)計(jì),。如果需要網(wǎng)絡(luò)控制，還需要在該架構(gòu)上設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口,。這些功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠 DSP+FPGA硬件處理架構(gòu),。
DSP+FPGA架構(gòu)中 DSP芯片采用美國 TI公司的TMS320DM642，F(xiàn)PGA芯片采用ALERA公司的 EP1K100,，EP1K100用來完成 DSP的初始化配置,、系統(tǒng)的邏輯控制以及其它輔助計(jì)算。TMS320DM642系列 DSP基于 C64X內(nèi)核,，并以其在 600MHz時鐘下運(yùn)算速度可高達(dá)每秒 4800百萬條指令（MIPS）,，占有對高速控制器和隊(duì)列處理器數(shù)值性能的操作靈活性。該系列 DSP核處理器有64個32位字長的通用寄存器和8個獨(dú)立的功能單元,，8個功能單元的VelociTI.2擴(kuò)展包括新的提高視頻畫面處理性能的指令和 VelociTI結(jié)構(gòu)的并行處理機(jī)制的擴(kuò)充,。 DM642可以每周期處理 4個 32位的積之和運(yùn)算，每秒即可有 2400百萬積之和（MMACS）運(yùn)算,，或者是每周期 8個8位的積之和運(yùn)算即每秒 4800百萬積之和（MMACS）運(yùn)算,。同時 TMS320DM642使用兩級基于緩存的結(jié)構(gòu),，可以配置為映射存儲區(qū),、緩沖區(qū)，或者兩者的結(jié)合,。以上所述特點(diǎn),，為檢測算法的編程實(shí)現(xiàn)提供了有力保證。
TMS320DM642的外設(shè)部件包括：3個可配置的視頻口,；1個 10/100Mb/s以太網(wǎng),；1個數(shù)據(jù)輸入輸出管理模塊；1個 VCXO內(nèi)插控制接口（VIC）,；1個多路音頻串口（McASP0）,；一個I2C總線模塊；2個多通道緩沖串口；3個 32位的通用定時器,；1個用戶可配置的 16位或32位主機(jī)接口（HPI16/HPI32）,；1個外圍部件接口（PCI）；1個 16管腳的中斷和事件產(chǎn)生模式可編程的通用 I/O口,；1個 64位的無縫連接的外部存儲器接口（EMIFA）,，可以連接同步或者異步的存儲器和外設(shè)。對于模擬視頻接口的相機(jī)提供了無縫接口,，如果需要連接Camera Link接口的相機(jī),，可以擴(kuò)展數(shù)字接口。
2.4 PLC接口設(shè)計(jì)
在工業(yè)現(xiàn)場,，PLC裝置通常采用 24VDC電壓供電,，而 DSP及FPGA供電電壓都在 5VDC以內(nèi)，為了和現(xiàn)場原有主機(jī)上的信號報(bào)警,、信息顯示終端及控制信號形成控制回路,，必須設(shè)計(jì)PLC接口電路，使從DSP輸出的信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換后能與原有PLC裝置相連,。
3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果
該裝置加裝在梳棉機(jī)上拍攝圖2,，圖中左側(cè)使用模擬面陣攝像機(jī)拍攝得棉網(wǎng)圖片（擇取圖片中的部分，便于放大顯示）,，右側(cè)為檢測到的棉結(jié)并且使用紅色標(biāo)記,。
該裝置在實(shí)驗(yàn)臺上拍攝圖3，圖中左圖使用模擬面陣攝像機(jī)拍攝得棉網(wǎng)圖片（擇取圖片中的部分,，便于放大顯示）,，右圖為檢測到的棉結(jié)并且使用紅色標(biāo)記。
通過 DSP的可編程 I/O發(fā)送棉結(jié)個數(shù)的二進(jìn)制編號,，通過轉(zhuǎn)換電路,，輸送到 PLC，便于在實(shí)際工廠中的集中控制和聯(lián)網(wǎng)控制,。
4 結(jié)論
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：結(jié)合針對棉纖維光電性能的軟件檢測算法,，選用基于 DSP+FPGA硬件架構(gòu)的圖像處理方式，設(shè)計(jì)了光源系統(tǒng),；結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計(jì)了 PLC接口電路,，既實(shí)現(xiàn)了針對高速棉網(wǎng)的在線檢測，又保證了與設(shè)備上現(xiàn)有的控制系統(tǒng)相兼容,。設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)不僅運(yùn)算速度快,，而且通用性強(qiáng)、適合模塊化,，同時還具有靈活的硬件接口和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,，可以配用多種廉價攝像機(jī)，大大降低了硬件成本。