基于Web的纺织面料检索系统的设计与实现_赵文浩.pdf

第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology基于 Web的纺织面料检索系统的设计与实现赵文浩 向军 潘如如（江南大学，江苏无锡，214122）摘要：为了解决纺织企业面料仓储成本高、查找面料困难的问题，通过对现有面料检索系统的分析，构建了一套基于 B/S 架构的纺织面料检索系统。该系统利用 Pycharm 开发工具，以 MySQL 为后台数据库，采用Django为后端，Vue为前端进行构建。系统实现文字检索的同时，还可实现纺织面料侧重颜色相似性、纹理相似性和综合相似性的检索，使用户对纺织面料的查询更为方便、高效、准确。关键词：纺织面料；检索系统；B/S架构；Django；Vue中图分类号：TS941.26 文献标志码：A 文章编号：1000-7415（2023）08-0001-06Design and implementation of Web-based textile fabric retrieval systemZHAO Wenhao XIANG Jun PAN Ruru（Jiangnan University，Wuxi，214122，China）Abstract In order to solve the problems of high fabric storage cost and difficult to find fabrics in textile enterprises，a fabric retrieval system based on B/S architecture was constructed by analyzing the existing fabric retrieval system.Pycharm development tools were used in the system，MySQL was considered as the background database，Django was used as the back-end and Vue was used as the front-end for building.Not only text retrieval was realized by the system，but also the color similarity，texture similarity and comprehensive similarity retrieval were acheived.It was more convenient，efficient and accurate for user to retrieve textile fabrics.Key Words textile fabric，retrieval system，B/S architecture，Django，Vue纺织作为我国重要的传统支柱产业之一，其产品从纱线到面料种类繁多，参数复杂，信息资料更是繁杂多样。随着纺织行业数字化、信息化的发展，企业和高校开始利用信息管理技术对纺织品数据信息进行组织、存储和管理，以提高对产品数据信息的利用率1。面料检索是纺织企业面料生产和管理中的重要环节，不仅可以根据来样快速调出库存相似产品的工艺参数指导生产，还可以实现面料的数字化、智能化管理。然而，由于不同机构对于面料信息的需求和关注点不同，其设计的系统有一定的局限性，查找信息效率低。因此开发出一种能广泛满足企业实际检索需求的检索系统很有研究价值。技术专论基金项目：国家自然科学基金项目（61976105）；中国纺织工业联合会应用基础研究项目（J202006）作者简介：赵文浩（1997），男，在读硕士研究生；潘如如，通信作者，教授，收稿日期：2023-02-15 编者按：本期“技术专论”栏目由 棉纺织技术 期刊编委潘如如特约而成。潘如如教授现任江南大学研究生院副院长、博士生导师，曾获国家教学成果二等奖、江苏省教学成果特等奖、中国纺织工业联合会教学成果特等奖、一等奖，参加国家资源共享课 机织原理、国家一流课程 机织工程课程建设。主要研究方向：纺织智能制造、纺织机器视觉等。近年来，在纺织行业小批量、多品种、紧交期的生产模式推动下，提高纺织生产的智能化管理水平，缩短产品的生产周期，是纺织企业智能化转型中亟待解决的问题。本次专栏在国家自然科学基金的支持下，围绕纺织企业在智能化转型中的实际需求，结合纺织企业的特点，聚焦轻量型纺织生产管理的系统设计问题，开发了面向纺纱、浆纱、疵点管理的制造执行系统以及面料检索系统，期望提高纺织生产过程中的智能化管理水平，拓宽智能化技术的应用范围，为纺织智能管理系统的应用、开发和创新提供一些参考。】【1第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology目前，大多面料检索网站提供关键字检索，关键字的类型各不相同，如淘宝、阿里巴巴、中华纺织网等网站平台习惯于利用对面料的用途、风格、材料等进行模糊检索，而对于纱线细度、组织结构、经密纬密等信息涉及很少；也有少部分系统提供“以图搜图”功能，但在实际使用中，系统用户可能只需要图像的某一属性，当前各个系统的“以图搜图”功能只考虑了综合相似度，忽略了这一需求。系统用户在使用检索系统时会面临着在大量堆砌的数据信息里逐条寻找的困境，这不仅需要消耗用户的大量时间精力，还不利于面料信息的快速传递和高效使用。关键词检索的规范化和“以图搜图”算法的可选择化是有效解决少数问题的途径。本研究针对上述问题，建立一个基于 B/S 架构的面料参数信息规范、可嵌入多算法的面料检索系统，将有助于行业内面料信息的高效利用，具有十分重要的意义。1 系统的分析与设计对于纺织面料企业来说，快速查找到相同或相似织物及其工艺参数、库存等信息能够使企业快速高效地决定是否需要再生产或利用信息指导生产。因此，从庞大的面料库中高效准确地查找出目标面料信息很关键。目前，面料生产企业普遍采用的是基于文本的图像检索方法，通过对面料进行标签标注来录入面料信息，依靠不同的关键词组合实现检索。基于文本的图像检索方法的缺陷也是显而易见的，打标签费时费力、人工标注主观性强、检索效率低，这些缺陷导致文本检索不能有效地解决面料生产企业从海量面料库中高效准确查找出目标面料信息的问题。本研究基于 Web端系统框架，基础不同需求的检索方法，建立印花面料在线检索系统，部署到服务器上，可供企业各部门查询调度，支持 PC端和移动端远程访问。本系统的需求大致分为两个方面：功能需求分析和性能需求分析。1.1功能需求分析印花面料检索系统的目的是为面料的生产和管理提供便捷，最大化地为面料企业压缩因面料存储、管理所产生的不必要成本。因此，建立一个友好便于操作的用户界面十分重要，针对不同的用户开放不同程度的权限，便于管理。对于普通用户仅可以使用面料检索和检索历史功能，而系统管理员除了使用普通用户的功能，还拥有注册用户管理（新用户注册、用户信息更改）、权限分配（给予用户管理权限）、数据库管理、统计报表功能。印花面料在线检索系统需要完成的主要功能包括登录管理（用户权限、用户个人信息修改）、面料信息管理（面料信息增删改查）、面料检索（文本检索模块、“以图搜图”模块）。系统功能模块图如图 1所示。1.2性能需求分析本系统是在线检索系统，其对于系统的性能需求也有一定的要求。其性能需求大致可归纳为以下几点。一是准确性，检索结果和用户期望得到的面料最大程度地匹配；二是高效性，检索耗费时长尽可能的短；三是易用性，用户操作界面友好易用，操作简洁化，检索结果可按用户喜好排序；四是拓展性，“以图搜图”检索算法可切换不同的算法。2 系统的构建与展示本系统利用 Pycharm 开发工具，以 MySQL为后台数据库，采用后端 Django+前端 Vue，运用python语言进行构建。2.1系统开发环境MySQL 是一个典型的小型关系式数据库管理系统，其数据库体积小、速度快、总体拥有成本低、丰富的接口，是开放源码的，因此本系统选择MySQL 作为网站数据库，主要是为了降低网站总体开发成本。Django 是 python 体系下最成熟的框架之一，采用了 MTV 的框架模式2，Vue 借鉴了 Angular的指令和 React的组件化，其具有易图 1系统功能模块图】【2第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology用、灵活、高效的特点，在国内中小型公司得到广泛 应 用。Vue 遵 循 MVVM（ModelViewView Model），MVVM 属于响应式编程模型，当改变View 中的数据时，Model 中的数据随之跟着改变；当改变 Model 中的数据时，View 中的数据也随之改变。这样可以避免直接操作 DOM，降低DOM 操作的复杂性。本系统使用 Vue 作为前端框架，代替 Django 本身较为孱弱的模板引擎，而Django 则作为服务端提供 API接口，使得前后端完全分离，更有利于开发工作的进行。2.2系统架构设计本研究搭建的印花面料在线检索系统架构包含视图层、业务服务层、数据管理层和基础组件层，系统架构如图 2所示。其中业务服务层、数据管理层属于后端架构，采用基于 python 的 MTV框架 Django进行开发；视图层和基础组件层属于前端，采用 Vue渐进式 JavaScript框架开发。数据管理层主要包含两个部分：数据的处理和存储。数据的处理主要是对用户上传的图像或输入的文本进行处理，提取相应的特征或关键词进行匹配和相似性度量。数据存储是存储离线数据，便于保证使用系统时系统的实时性，主要包括面料图像库、面料参数库、图像特征库和用户信息库。业务服务层主要是根据前端的指令完成相应的业务逻辑，返回对应的数据。本系统的核心算法均部署在业务服务层，主要包括检索服务、数据库管理、算法部署服务和接口管理。为了提高本系统的检索速度，在系统启动时会自动加载之前存储的数据模型，方便系统调用。视图层是前端界面的可视化，用户通过视图层可向后端发送指令或请求，并将后端的响应可视化给用户，通过界面可以显示检索面料的检索结果，也可以对数据库进行“增删改查”的指令。视图层与业务逻辑层的分开更有利于开发工作的完成。2.3系统算法本系统检索功能分为两个模块：文本检索模块和“以图搜图”模块。不同模块嵌入不同算法。2.3.1文本检索模块算法在使用条件筛选进行检索时需要用户逐个进行选择条件，为了更方便地进行检索，本系统设计了一个输入框，嵌入算法，对用户输入的语句进行分词并提取出有效关键词进行搜索，减少用户检索流程的繁琐。TFIDF 算法是一种统计方法，用来评估一个词语对于一个语料库或文件集的重要程度。其主要原理是：若某个词或短语在一个文本集合中出现的频率较高，且在其他文本集合出现频率低，则认为该词或短语具有很好的区分能力，有一定的代表性。通常使用词语频次（TF）和逆文档频率（IDF）的乘积作为词语的权重，权重的计算公式如式（1）和式（2）所示。Wi=TFi IDF（1）IDFi=logN1+DFi（2）式中：TFi表示词语 i在文本集合中出现的次数与文本集合的总词数的比值；N 表示文档的数量；DFi表示出现过词语 i 的文档数量；IDFi表示词语 i的代表能力，i的频率越大，公式中的对数的分母越大，IDFi的值越接近于 0，说明该词越常见，代表能力不强。本系统将建立的面料信息表中的数据作为词库，采用 TFIDF 算法提取关键词，将关键词与词库进行匹配，完成检索3。2.3.2“以图搜图”模块算法本模块预留“颜色相似”“纹理相似”和“综合相似”3个端口实现不同的检索效果。“颜色相似”采用分块颜色矩4，将图片均匀切分为 9 块，如图图 2系统架构】【3第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology3 所示。图像的颜色特征向量表示为 F=E1，1，S1，E9，9，S9，相似性度量公式采用欧氏距离计算公式，根据距离大小来进行排序。纹理相似采用基于 SURF 和 VLAD 特征编码的算法实现。首先，提取面料图像的 SURF 特征；然后，将 SURF 特征进行 VLAD 编码56（如图4 所 示），采 用 Balltree 构 建 索 引 实 现 相 似 性度量。2.4系统实现与功能介绍本研究根据上述的系统架构对各模块层构建完成后，建立了纺织面料在线检索系统。本系统采用前后端分离的开发框架和开发方式，系统在运行时需要同时启动前端和后端。用户通过网址链接和账号密码登录系统，根据用户的权限不同，用户所能使用的功能也不相同，管理员拥有最高权限。用户通过前端展示的交互界面，传达请求至后端实现相应的业务逻辑。下面展示本系统的使用实例。进入系统主界面，在主界面左侧导航栏找到“面料上传”界面，进行面料信息的录入，如图 5所示。为了减少信息录入的繁琐，在输入框右侧添加了下拉选择框，便于信息录入。面料检索界面分为文字检索和“以图搜图”检索，如图 6所示。为了方便文字检索，设置了模糊检索输入框，点击右侧按钮可展开或折叠相应的条件检索，补充文本描述；文本输入框下方的按钮便是实现“以图搜图”检索的按钮，首先点击“上传面料”按钮上传待检图像，然后根据想要的图像特征选择对应算法的按钮进行检索。在输入框输入检索文字后，系统后台提取输入语句中的关键词进行检索，“蓝色带字母的面料”中的“蓝色”和“字母”经过后台算法提取出来，数据库查询符合“蓝色”和“字母”条件的面料，如图 7所示。通过“上传面料”按钮将待检面料图片上传至后台，将提取到的图片特征保存到后台，点击“颜色相似”按钮，计算面料特征库中与待检面料特征图 3面料切分图图 4VLAD的生成图 5面料信息录入界面图 6面料检索界面图 7检索实例一】【4第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology的相似度，将面料库中的面料按相似度由高到低排序返回，得到相应的检索结果，如图 8所示。点击“上传面料”按钮上传所需面料，再点击“纹理相似”按钮，后台提取上传面料的纹理特征，计算面料库中的面料纹理特征与待检面料的纹理特征相似度，将面料按相似度由高到低排序返回，得到相应的检索结果，如图 9所示。检索结果的每个面料下方都有两个按钮，“颜色相似”按钮可实现对当前结果面料的颜色相似图像检索，把当前面料作为待检索面料上传至后台，调用面料颜色特征库进行相似性度量；“纹理”按钮与“颜色相似”按钮同理，返回与当前面料纹理相似的图像；点击面料图像可以查看该面料的详细工艺参数，其结果如图 10所示。3 系统的实施效果3.1系统测试为了进一步验证所建系统的有效性，本系统选用了基于 SURF 的 VLAD 编码作为面料纹理相似检索的算法，图像主色作为面料颜色相似的算法，从面料企业随机挑选 10 000 张面料作为测试，取得了如表 1所示的效果。3.2系统创新性3.2.1管理模式适应性为了方便企业的管理开发以及日常维护，本系统在 B/S架构的基础上使用了 Django+Vue进行前后端的开发。B/S 架构使得系统的开发、维护大多在服务器端，降低了维护升级成本。Django 的 MTV 框架模式用来开发后端，Vue 的 MVVM 框架模式弥补 Django 孱弱的模板引擎用来开发前端，前后端的分离能够使业务逻辑层和视图层的有效解耦和模块化，企业能够使系统应用的开发、拓展以及维护变得更为容易。3.2.2检索方式多样性在实际生产中，由于用户需求不同，需要查询的面料多种多样，用户能够提供查询的信息（面料的属性信息或图片）也不同。为了能够更好地满足用户的需求，设置了文字检索和“以图搜图”两种检索模式。文字检索设置关键字检索和文本检索，能够满足用户精确或模糊的文字检索；“以图搜图”设置颜色相似、纹理相似和综合相似，能够解决用户待检索图像与期望输出图像不一致的情况，使用户检索选择多样化。两种模式覆盖了用户绝大多数的检索情况，大大提高了检索效率。4 结束语本研究基于 B/S 架构，通过对现有面料检索系统的分析，提出了针对不同检索需求的面料检索方法，并将各方法集成搭建了一套纺织面料检索系统。系统实现文字检索的同时，还可实现纺织面料侧重颜色相似性、纹理相似性和综合相似性的检索。本研究选用 SURF和图像主色对系统图 8检索实例二图 9检索实例三图 10面料工艺信息表 1检索效果模式纹理相似颜色相似查准率/%95.585.1召回率/%59.244.0mAP值/%83.576.2】【5第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology的有效性进行验证，纹理相似查准率 95.5%、召回率 59.2%、mAP 值达到了 83.5%；颜色相似查准 率 85.1%、召 回 率 达 到 44.0%、mAP 值 达 到76.2%，均取得了不错的检索效果。与现有检索系统相比，本研究立足于面料企业的实际检索需求，有效提高了检索的精度和时效性，拓宽了图像检索技术的应用范围，可为图像检索技术工业化应用提供思路和参考，促进纺织行业数字化、信息化的发展。参考文献：1曹兵权，杨旭红.机织面料数据库系统的设计与实现 J.现代丝绸科学与技术，2017，32（4）：4-7.2刘瑞昊，于振中，孙强.基于深度学习的织物图像检索系统研究 J.棉纺织技术，2022，50（5）：42-47.3张翠丽，孟小艳，杨抒.基于 Django框架的管理系统的 设 计 与 开 发J.计 算 机 技 术 与 发 展，2019，29（10）：63-68.4于波.中文全文检索技术研究 D.武汉：华中师范大学，2003.5计蕴容，周韦润.基于多特征融合的面料图像检索系 统J.计 算 机 与 数 字 工 程，2021，49（7）：1460-1464.6JGOU H，DOUZE M，SCHMID C，et al.Aggregating local descriptors into a compact image representationC2010 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition，2010：3304-3311.提高集聚纺强捻纱上浆效果的措施品种规格为 JC 11.8JC 11.8 295295 170 平纹强捻布（经纱和纬纱捻度均为 1 737捻/m，捻系数 597）生产中织机效率低，为 60%70%，松经疵布也较多，为此我们进行了以下技术攻关。该品种经纱和纬纱均为集聚纺强捻纱，整经过程中的最大问题在于起“小辫子”，因此，必须对经纱和纬纱进行高温蒸纱定形，稳定纱线捻度。针对经纱特点，采用高性能淀粉和低聚合度低醇解度的 CD50E 为主浆料进行混合上浆，浆料配方为：50 kg 高性能淀粉 K2000，25 kg CD50E，5 kg AE 胶 粉，2 kg SLMO96 油 剂，0.625 kg SB335。由于集聚纺经纱结构较紧密，纱线内部空隙比传统环锭纱小，浆液含固量为 13.0%13.5%，黏度 6.5 s7.0 s。由于该品种为稀薄产品，经密和纬密较小，覆盖系数 35.7%，相邻纱与纱之间易黏连，造成分纱困难，浆纱断头增多。故在卡尔迈耶浆纱机上，采用“高浓，低黏，高压，小上浆，大张力，短路线”的工艺路线。浆纱工艺：车速50 m/min60 m/min，退 绕 张 力 380 N420 N，湿 区 张 力 120 N140 N，湿区伸长0.6%0.8%，干区张力1 100 N，卷取张力 1 300 N，拖纱张力 1 500 N，预烘温度105，主烘温度 95，蜡槽温度 80，速压浆力 18 kN，速压浆力 24 kN，两个浆纱速度分别为 5 m/min 和 60 m/min，预压浆辊压力 11 kN，浆锅温度 90。开车前我们对浆纱机进行清洁，放浆和穿绞同时进行，浆锅及烘房暂不开汽，避免强捻纱在启动前受到浆液蒸汽影响互相纠缠，使纱线扭结。采用自动穿经机生产，该品种在 ZAX9100型喷气织机上织制，织机速度 750 r/min，最终织机效率89.9%，浆纱好轴率在 80%以上。下机一等品率93.9%以上，织轴开口清晰，布面质量良好，消除了松经等疵布，满足客户的需求。西安纺织集团有限责任公司 李 菁 仲 佩革新改造】【6