本發(fā)明涉及紡織印染，具體涉及一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的色紡紗顏色預(yù)測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，利用兩種及兩種以上不同原液著色纖維經(jīng)過混合后紡制加工而成的紗線或面料，因其外表細(xì)膩柔和，具有朦朧立體效果和質(zhì)感而深受消費(fèi)者追捧，色紡紗采用“先染色、后紡紗”的新型工藝流程，色彩表現(xiàn)方式更加靈活多樣且環(huán)境友好，具有較強(qiáng)的競爭力和高附加值。

2、已有的色紡紗顏色預(yù)測理論研究，包括紐介堡方程、stearn-noechel模型、friele模型和kubelka-munk理論等，這些傳統(tǒng)理論模型在推導(dǎo)過程中受假設(shè)條件的限制，在實(shí)際運(yùn)用中適用性較差。另外，ann、bp等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要提供大量的計算樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，否則樣本量小，獲得的模型精度低，易導(dǎo)致模型不精確。上述方法只考慮到基色纖維的顏色數(shù)據(jù)值，未考慮纖維的混合比例、聚集形態(tài)、紡紗的工藝參數(shù)以及織物的組織結(jié)構(gòu)等因素對于紗線最終顏色的影響，限制了模型的適用性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的色紡紗顏色預(yù)測方法，具體包括如下步驟：

2、步驟1，收集紡紗生產(chǎn)車間歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)中的混棉纖維屬性數(shù)據(jù)，系統(tǒng)控制參數(shù)，以及對應(yīng)的紗線顏色數(shù)據(jù)值，并對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

3、步驟2，對預(yù)處理后的混棉纖維屬性數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征映射，獲得混棉纖維數(shù)據(jù)特征；將系統(tǒng)控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)值向量，得到控制特征向量；

4、步驟3，分別采用1d-cnn和lstm對混棉纖維數(shù)據(jù)特征進(jìn)行特征提取，對提取到的特征使用交叉注意力機(jī)制進(jìn)行特征融合，得到局部融合特征和全局融合特征，然后將兩者進(jìn)行加權(quán)融合得到混棉纖維屬性特征，再利用混棉纖維顏色特征為權(quán)重聚合混棉纖維屬性特征，實(shí)現(xiàn)混棉顏色特征向量建模；

5、步驟4，采用門控機(jī)制將混棉顏色特征向量與控制特征向量進(jìn)行融合，將融合特征映射到紗線顏色空間，得到紗線顏色預(yù)測值；

6、步驟5，利用損失函數(shù)對紗線顏色預(yù)測值和紗線顏色真實(shí)值進(jìn)行損失計算，對由步驟2-4構(gòu)成的模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并利用優(yōu)化后的模型實(shí)現(xiàn)色紡紗顏色預(yù)測。

7、進(jìn)一步的，步驟1中，混棉纖維數(shù)據(jù)包括基色纖維屬性數(shù)據(jù)和混棉過程中的用棉比例；基色纖維屬性數(shù)據(jù)包括長度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)、馬克隆值指標(biāo)、成熟度系數(shù)指標(biāo)、短纖維指標(biāo)、基色纖維顏色指標(biāo)；系統(tǒng)控制參數(shù)包括紡紗工藝參數(shù)、紗線產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)；紡紗工藝參數(shù)包括精梳、普梳、緊密紡、賽絡(luò)紡、環(huán)錠紡；紗線產(chǎn)品規(guī)格包括紡紗紗支、紡紗股數(shù)、單紗捻度；收集基色纖維顏色指標(biāo)和紗線顏色數(shù)據(jù)值均為lab值。

8、進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)預(yù)處理方法為，使用隔離森林對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，采用最大最小歸一化對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體計算公式如下：

9、

10、上式中，表示第j個特征的第i個數(shù)據(jù)；和分別代表第j個特征的最大值和最小值；表示經(jīng)過歸一化處理后的數(shù)據(jù)。

11、進(jìn)一步的，步驟2中，對經(jīng)過預(yù)處理以后的混棉纖維數(shù)據(jù)進(jìn)行特征映射，采用全連接層進(jìn)行映射，全連接層的具體計算方法為：

12、

13、上式中，x是指預(yù)處理后的混棉纖維數(shù)據(jù)，為混棉纖維數(shù)據(jù)特征，為激活函數(shù)，和分別為全連接層的權(quán)重與偏置；經(jīng)過全連接網(wǎng)絡(luò)映射處理后，原本維的混棉纖維特征被映射到維，記為。

14、進(jìn)一步的，步驟2中，對系統(tǒng)控制參數(shù)中p項(xiàng)生產(chǎn)工藝參數(shù)，采用標(biāo)簽編碼的方式排列為數(shù)值向量；將q項(xiàng)紗線產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)排列為數(shù)值向量，然后將生產(chǎn)工藝參數(shù)數(shù)值向量與紗線產(chǎn)品規(guī)格數(shù)值向量拼接為一個新的特征向量，記為控制特征向量。

15、進(jìn)一步的，步驟3中，分別采用1d-cnn和lstm對棉纖維數(shù)據(jù)特征進(jìn)行并行特征提取，利用1d-cnn提取混棉纖維數(shù)據(jù)中的局部特征，使用大小為3、步長為1的卷積核，并且填充方式為same，same表示在進(jìn)行卷積操作時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行填充，保證輸出和輸入大小一致，通過relu激活函數(shù)增加非線性，將提取到的特征記為p1，具體計算公式如下：

16、

17、上式中，表示第層的第j個神經(jīng)元輸出，表示relu激活函數(shù)，是第層的第j個神經(jīng)元的偏置，表示輸入映射的選擇，表示層第i個神經(jīng)元的輸出，表示從層第i個神經(jīng)元到層第j個神經(jīng)元的權(quán)重，表示一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

18、利用lstm獲取混棉纖維數(shù)據(jù)中的長期依賴關(guān)系，捕獲序列中的長期特征，記為p2；

19、將1d-cnn與lstm提取到的特征通過交叉注意力機(jī)制進(jìn)行融合，將1d-cnn提取到的局部特征p1作為查詢q，將lstm提取到的長期特征p2作為鍵k和值v，計算注意力分?jǐn)?shù)，得到局部融合特征f1；再將lstm提取到的長期特征p2作為查詢q，將1d-cnn提取到的局部特征p1作為鍵k和值v，計算注意力分?jǐn)?shù)，得到全局融合特征f2；使用全連接層將f1、f2映射到一個可加權(quán)的特征空間，將兩者進(jìn)行加權(quán)融合得到混棉纖維屬性特征，記為，具體計算公式如下：

20、

21、

22、

23、

24、

25、上述式中，i取1和2，，，為可訓(xùn)練權(quán)重矩陣，為激活函數(shù)，是查詢和鍵的點(diǎn)積，是維度，是縮放因子，為權(quán)重因子，w和b分別為權(quán)重和偏置；

26、進(jìn)一步的，混棉過程中的用棉比例用向量表示，其中表示第k種棉纖維的用棉比例，使用聚合混棉纖維屬性數(shù)據(jù)中的基色纖維顏色指標(biāo)數(shù)據(jù)得到混棉纖維顏色特征，記為；使用混棉纖維顏色特征為權(quán)重聚合，得到可表征混棉顏色的特征向量，即混棉顏色特征向量。

27、進(jìn)一步的，步驟4中，將控制特征向量映射到維度的門控單元，以逐元素相乘的形式作用于混棉顏色特征向量，具體計算公式為：

28、

29、將調(diào)制得到的混棉顏色信息特征，通過一個全連接層映射到待預(yù)測的紗線顏色空間，完成紗線顏色預(yù)測，具體計算公式為：

30、

31、上式中，y為預(yù)測的紗線顏色數(shù)據(jù)值，為激活函數(shù)，和分別為全連接層的權(quán)重與偏置。

32、進(jìn)一步的，步驟5中，損失函數(shù)采用cie?de2000色差公式，并選用adam優(yōu)化器對模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，損失函數(shù)具體計算公式如下：

33、

34、上式中，為明度差，為彩度差，為色相差，通過紗線顏色預(yù)測值與紗線顏色真實(shí)值作差獲得；，，分別對應(yīng)為明度差、彩度差與色調(diào)差的權(quán)重因子；為旋轉(zhuǎn)因子；，，為校正系數(shù)。

35、進(jìn)一步的，還包括采用決定系數(shù)、均方誤差mse和平均絕對誤差mae作為評價指標(biāo)，用于評價顏色預(yù)測的效果。

36、本發(fā)明還提供一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的色紡紗顏色預(yù)測系統(tǒng)，包括：

37、處理器和存儲器，存儲器用于存儲程序指令，處理器用于調(diào)用存儲器中的存儲指令執(zhí)行如上述技術(shù)方案所述的一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的色紡紗顏色預(yù)測方法。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

39、(1)考慮了色紡紗生產(chǎn)過程中基色纖維自身的屬性、生產(chǎn)工藝參數(shù)以及產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)對最終紗線顏色的影響，提升了色紡紗顏色的準(zhǔn)確性。

40、(2)本發(fā)明設(shè)計的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的混棉顏色特征提取方法，該方法可以從訓(xùn)練樣本中自動學(xué)習(xí)混棉纖維特征，學(xué)習(xí)復(fù)雜映射關(guān)系，自動關(guān)注重要特征，提高特征提取能力，避免人工特征提取造成的信息丟失，提高模型的泛化能力。