羊毛衫CAD系统自动提取意匠图的方法.pdf

针织工业2009 年 4 月No 4 横编 羊毛衫CAD系统自动提取 意匠图的方法 胡洛燕 汪秀琛 中原工学院 河南 郑州450007 摘要 研究羊毛衫CAD系统中计算机自动从任意图像提取意匠图的方法 首先建立网格坐标系统 并 给出图像分割后的数学模型 然后采用平均法 排序法和条件逼近法对图像进行并色 最后指出3种并色 算法均可快速提取任意图像中的色彩信息并按羊毛衫工艺要求形成意匠图 对羊毛衫CAD的花型设计具 有一定参考价值 关键词 羊毛衫CAD 图像 提取 意匠图 方法 中图分类号 TS 941 26 文献标志码 A文章编号 1000 4033 2009 04 0023 03 作者简介 胡洛燕 1967 女 副教授 主要从事服装生产与技术方面的研究 意匠图设计是羊毛衫CAD系 统中的一个重要模块 但从目前资 料显示 羊毛衫CAD系统中的意 匠图设计大都是一个从无到有的 设计过程 即仍需要人工借助计算 机从空白开始绘制意匠图花型 而 还不能够从一幅图像中直接自动 提取意匠图 这无疑大大影响了计 算机辅助设计的效率 不能更好地 节省意匠图设计时间 目前 虽然 有文献显示部分研究者对意匠图 的设计及人工操作进行研究 但在 对图像直接转换成意匠图方面 只 是仅仅提出了观点 并未进行详细 阐述 因此制定出一套算法使计算 机能够从图像中自动提取意匠图 是羊毛衫CAD系统开发领域中的 一个亟待解决的重要课题 针对该问题 本文提出了基于 网格分割和色彩并色的算法 并编 写了基于该算法的计算机意匠图 辅助设计应用程序 该方法可快速 提取任意图像中的色彩信息并按 工艺规定形成意匠图 通过对该算 法进行验证 证明该算法简单实 用 1图像分割 图像分割是指将任意图像按 照意匠图网格大小进行分割的过 程 只有对图像进行正确合理的分 割 才能为后续分析提供框架基 础 对每个区域进行量化以提取其 边界和内部像素点灰度值 最终达 到合理合并像素点 生成意匠图的 目的 1 1网格分割 默认情况下 图像被调整成全 充满方式包容在意匠格内 但是由 于设计需要 往往不需将图像全部 充满意匠格 而是在周围留有一些 空格 所以应对图像进行必要缩 小 图像缩放的实现技术较为成 熟 计算机会自动根据参数设置将 图像缩小成合适大小 并调整为与 意匠格对齐 如图1a是将全部充 满意匠格的图像缩小至75 的对 齐效果 图1b是缩小至50 的对 齐效果 1 2数学模型 图像网格分割后 需要建立图 像分割后的数学模型 其目的是确 定各网格区域的边界和内部像素 点的坐标 颜色 灰度值等 为后续 的图像分析提供方便 首先建立网格坐标系统 如图 2所示 设网格横向花宽为W 横向 增量为 w 纵向花高为H 纵向增 量为 h 对于每一个网格 横向从 左到右用编号数i i 0 1 2 3 W 表示 纵向从下到上用编号j j 0 1 2 3 H 表示 设第i行第j 列的网格区域内的某点为P 其相 对于屏幕像素的坐标为 x y 相对 于该网格坐标系的坐标为 x y 则 x x j w 1 23 2009 年 4 月针织工业No 4 图2网格坐标系统 0 n y mx h w 图1图像缩小示例 b 缩小至50 a 缩小至75 y y i h 2 式 1 式 2 表示每个像素点 相对于屏幕像素坐标的位置和相 对于网格坐标系统的位置之间的 关系 可方便应用于计算机编程处 理 式 1 中当x 0时 则 x j w 3 同理 式 2 中当y 0 时 则 y i h 4 式 3 表示的是横向第j列区 域的左边界 其右边界为 j 1 w 式 4 表示的是纵向第i行区域的 下边界 其上边界为 i 1 h 设第 i行第j列的网格区域内的某点P 的灰度函数为 x y 整个图像 的灰度值用离散函数q w h 表示 则 q w h W i 0 H j 0 x y W i 0 H j 0 x j w y i h 5 式 5 表示图像中所有像素点 的灰度值集合 相当于一个有规律 的数据库 有着明确的位置和数 值 在编写程序时可以很方便地用 一个多维数组或链表来表示 为进 一步分析图像 提取意匠图提供数 据模型 2并色算法 分割后的图像各个区域有着 不同的颜色 而实际生产中所需的 意匠图仅有有限种颜色 所以必须 将各个区域中的多种颜色进行合 并 才能形成满足实际要求的意匠 图 该步骤基本思路是对各个区域 的颜色值进行分析 计算出各个颜 色的含量 然后根据这些数据进行 分析 以决定如何并色 本文针对 不同图像特点提出了3种方法来 完成这个步骤 即平均法 排序法 条件逼近法 2 1平均法 该方法适合颜色数量较多的 复杂图像 它认为对于每一个网 格区域 颜色的合并包括同种色 相的合并和不同色相的合并两种 类型 同种色相的合并靠灰度的 合并进行 而不同色相的合并需 既要考虑各颜色的灰度 还要考 虑 各 个 颜 色 的 接 近 程 度 才 能 完 成 同种色相合并是指色相一致 但亮度不一致的颜色之间的合并 例如区域中有黄 浅黄1 浅黄2 深黄1 深黄2五种颜色 要将这 五种颜色合并成一种黄色才能进 行后续处理 而这五种黄色的差 别 就 是 黄 色 相 中 所 含 的 灰 色 不 同 即灰度值不同 因此只需将这 五种黄色的灰度值找出 然后进 行加权平均 即可得到最终合并 的黄色 设某一区域某同种色相有深 浅不同的分色 则 S n i 1 pi 6 式中 S为像素总数 n为该区域某 同种色相深浅不同的分色数 p1 p2 p3 pn 1 pn为对应的像素数 G n i 1 pigi S 7 式中 G为该颜色加权灰度平均 值 g1 g2 g3 gn 1 gn为各分色的 灰度值 求得同种色相的加权灰度平 均值后 再求不同颜色值之间的平 均值 方法是将一个区域内的颜色 按照像素多少进行加权平均 由于 图像中每个像素由RGB颜色表 示 而RGB颜色模型是由r g b三 个颜色分量表示 所以该加权平均 公式应为 C n i 1 piri S n i 1 pigi S n i 1 pibi S 8 式中 C为合并后的颜色RGB 颜 色值 pi为各种颜色的像素数 ri gi bi为各个像素的RGB分量值 S 为像素总数 最后根据意匠图所限定的纱 线颜色数 将所合并的颜色再进行 合并 以达到规定的色纱数 此时 可采用接近原则 即该区域合并的 颜色与所给的色纱颜色哪一种最 为接近 则采用这种颜色填充该区 24 针织工业2009 年 4 月No 4 域 用该方法提取意匠图的结果如 图3所示 其中设定的花宽为20 花高为25 色纱数为5种 将花宽 花高及色纱数进一步增大后 可以 明显看出采用平均法提取的意匠 图将更为逼真 2 2排序法 排序法的提出是为了适合简 单图像的分析 该方法是将一个 区域内的各种颜色值依次读出 根据各个颜色的像素点数量从大 到小进行排序 取排在第一位的 颜色作为该区域的最终颜色 设 某区域有各种颜色的数量为n 每 种颜色所对应的像素数分别为p1 p2 p3 pn 1 pn 其最大值pmax所 对应的颜色则被确认为该区域合 并后的颜色 由于该方法具有强制性 可能 会造成合并的颜色过渡太过突然 所以在某种条件下 用户可以根据 特定的要求选择所占比例第二大 或者第三大的颜色作为方格的颜 色 用该方法求得的意匠图转换结 果如图4所示 2 3条件逼近法 条件逼近法的主导思想是根 据某些条件确定方格中的最终颜 色 这些条件包括工艺要求的色纱 颜色 其他方格的颜色值 位图的 主色调等 该方法是建立自动判断 机制 分别找出一个区域中最适合 这几个条件值的方格颜色值 该方 法分为两部分 由于该算法数学描 述较为复杂 所以仅对其步骤进行 介绍 首先 根据位图主色调进行颜 色筛选 将与主色调颜色差异过大 并且与所设定的色纱颜色相距较 远的颜色去掉 这一步可消除对表 达图像意义不大的像素颜色 但也 可能删掉对表达图像有用的像素 颜色 因此需要慎重 综上所述 必 须同时满足与主色调差异大且与 所定色纱颜色相距远这两个条件 的像素颜色才可删掉 然后 根据其他方格的颜色值 确定本区域颜色 以达到过渡自 然 其原理是将所求区域同周围8 个方格的色彩依次对比 找出与所 求方格最为相近的方格颜色值作 为这个方格的最终颜色 该方法既适合复杂图形也适 合简单图形的意匠图提取 采用该 方法提取的意匠图举例如图5所 示 2 4小结 对于简单图像来说 用3种并 色算法分析后提取的意匠图结果 十分接近且均能达到良好的效果 而对于中等复杂图像 采用平均法 可以得到较好效果 排序法容易产 生较大失真 条件逼近法则介于两 者之间 对于复杂图像 特别是比 较柔和 颜色较多且缺乏鲜明对比 的图像 使用3种方法都不够理 想 这样的结果并不说明算法有问 题 而是由于意匠图的网格数量及 色纱数量有限 要想将一幅复杂的 图像真实表现出来显然是不太实 际的 另外 对于3种方法提取的意 匠图 系统均保留了传统的人工设 计意匠图功能 即设计者仍可采用 人工方法继续对提取出来的意匠 图进行修改和设计 以达到满意的 效果 3结束语 通过本文分析可以看出 利用 计算机采用合适的并色算法可以 智能地将任意图像分割并转换成 意匠图 该意匠图能保持原图像 的基本轮廓和大致色彩 并且符 合花高 花宽 色纱数等工艺标 准 可直接应用于生产或者以此 为基础进行后续设计 很大程度 地节省了设计人员的工作时间 并且可以增加意匠图的设计灵活 性 大大提高整体设计效率 使羊 毛衫CAD的花型设计更加智能高 效 本文所提出的图像量化模型 既适合编程 又可很好地将图像 分割 所提出的3种并色算法对简 单