一種基于格點排列的十字繡模板識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于格點排列的十字繡模板識別方法，屬于十字繡領(lǐng)域，對圖像中的繡孔格點進行識別排列，方法步驟包括：步驟一、提取繡孔格點坐標設(shè)為點集D，移除點集D的內(nèi)點，得到邊界格點加入邊界格點集；步驟二、在邊界格點集中檢測4個角落格點；步驟三、在求出4個角落格點之后，具有較小橫坐標的2個格點為左下、左上角落格點，其中縱坐標較小的為左下角落格點，另一個則為左上角落格點；步驟四、從下向上、從左向右排列點集D中的格點，完成點集的格點排列。本發(fā)明通過采集十字繡圖像，對十字繡上的繡孔坐標建立點集，并對點集進行排列，解決了十字繡模板中格點的排列問題，具有自動格點排列的優(yōu)點，以便實現(xiàn)十字繡機繡的智能化。
【專利說明】
一種基于格點排列的十字繡模板識別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于十字繡技術(shù)領(lǐng)域，涉及圖像識別方向，具體涉及一種基于格點排列的 十字繡模板識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 十字繡是一種流行的以線程計算為核心的刺繡，它是全世界流行的一種刺繡 (Gillow John,and Sentance Bryan,World Textiles:A visual guide to traditional techniques, Thames&Hudson, 2005)。通常十字繡需要全手工制作完成，為使十字繡的制作 走向簡單化、巨型化、批量化，Karen提出了一些相關(guān)的計算機視覺技術(shù)用于十字繡 (Graphics and Visualization within Cross-Stitch,Eurographics UK 1999Conference Proceedings , 129-141)，其主要視覺化技術(shù)貢獻在于將彩色信息映射到 格點上，用于產(chǎn)生十字繡模板。目前十字繡繡花機的智能性仍有待提高，它需要先用刺繡 CAD軟件制版，然后在程序控制下，實現(xiàn)十字繡機繡作業(yè)。為了刺繡過程更加智能化、自動 化，刺繡模板首先需要通過計算機視覺技術(shù)進行自動識別。由于十字繡的模板為一織線可 數(shù)的織物，每個織線交叉重合的小矩形四周有4個供繡針穿刺的孔洞(繡點），從而，十字繡 模板的自動識別可歸結(jié)為格點的排列。
[0003] 對于點的排列而言，它是計算機視覺領(lǐng)域的一個重要研究課題（Lezama等，A contrario 2D point alignment detection,Pattern Analysis and Machine Intelligence，IEEE Transactions on，2015(3):499-512)。點的排列之所以困難，在于需 要從檢測點集中提取其蘊含的結(jié)構(gòu)（Lezama等，A contrario 2D point alignment detection,Pattern Analysis and Machine Intelligence,IEEE Transactions on,2015 (3) :499-512)，目前，即使是在點集中檢測直線仍是一個有待研究的開放問題(Lv Jixin 等，Straight line segments extraction and EKF-slam in indoor environment, Journal of Automation and Control Engineering,2014,2(3):270-276；Zhang,Lijun 等，A straight line detection method based on edge following and line segments integration,IEEE International Conference on 2015 6th Software Engineering and Service Science(ICSESS), 2015: 297-300)。在相機標定經(jīng)典文獻中通常需要借助棋 盤模板中的格點來估計相機的參數(shù)，但是相機標定文獻不涉及格點排列問題本身，而是令 其默認已知，也即在檢測出格點之后，他們之間的相對位置關(guān)系默認已知，這對于十字繡 模板并不現(xiàn)實:一是十字繡模板上格點的數(shù)量眾多，人工干預坐標排列不現(xiàn)實;二是模板的 姿態(tài)可能會傾斜或旋轉(zhuǎn)，增加排列難度;三是織物本身存在一定程度的形變，如波紋狀變 形，進一步增加排列難度；四是織物本身織線粗細可能存在誤差，也會增加排列的難度。從 而十字繡模板中格點的排列是一個值得關(guān)注的問題。
[0004] 本發(fā)明針對十字繡模板，對模板中針孔進行排列，對其坐標相對位置進行識別，是 計算機視覺應用于十字繡智能化機繡的一項基礎(chǔ)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種基于格點排列 的十字繡模板識別方法，通過采集十字繡圖像，通過圖像處理技術(shù)得到十字繡上的繡孔坐 標點集之后，對點集進行排列，解決了十字繡模板中格點的排列問題，具有自動排列格點的 優(yōu)點，以便實現(xiàn)十字繡機繡的智能化。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于格點排列的十字繡 模板識別方法，對十字繡模板拍照得到格點圖像，檢測格點坐標，對圖像中的繡孔格點進行 識別排列。所述識別方法步驟包括:步驟一、設(shè)繡孔格點坐標提取后，為點集D，移除點集D的 內(nèi)點，得到邊界格點，將邊界格點加入邊界格點集;步驟二、在邊界格點集中檢測4個角落格 點;步驟三、在求出4個角落格點之后，具有較小橫坐標的2個格點為左下、左上角落格點，其 中縱坐標較小的為左下角落格點，另一個則為左上角落格點；步驟四、從下向上、從左向右 排列點集D中的格點，完成點集中的格點排列。
[0007] 上述方法中，所述方法步驟一中的移除方法為:遍歷點集D中所有點，對于點集D中 的某格點，將圖像坐標系的坐標原點平移到該格點處，如果平移后坐標系的某個象限內(nèi)不 包含點集的任何格點，則判定該格點是邊界格點。所述方法步驟二中角落格點的檢測方法 為:對于每一個邊界格點，將其與格點集D中的4-鄰域相鄰格點相連，連線兩兩之間的夾角 中邊界鄰邊構(gòu)成的夾角最大，記為格點處的夾角，將所有邊界格點處的夾角從小到大排序， 最小的4個夾角對應的格點即為4個角落格點。所述方法步驟四中的格點排列方法為:從左 下角落格點開始從下向上搜索排列格點陣的第1列，并將其從待排列點集中移除;重復步驟 一，在更新后的排列點集中檢測邊界格點集，左下角落格點更新為新邊界格點集中與原左 下角落格點距離最近的格點，左上角落格點更新為新邊界格點集中與原左上角落格點距 離最近的格點；從新的左下角落點開始從下向上搜索排列格點陣的第2列;循環(huán)執(zhí)行，逐列 排列點集中的格點。
[0008] 所述方法步驟四中的從左下角落點開始從下向上搜索排列格點陣的排列，包括非 最后列上格點的排列方式與最后列上格點的排列方式。所述非最后列上格點的排列方式 為:步驟1、將已排列的左下角落格點從點集D中移除形成待排列點集，在待排列點集中，從 當前格點出發(fā)，求其最近的3個或4個相連格點，其中位于當前格點的上部且橫坐標最小的 格點為當前格點的下一格點；步驟2、重復上述步驟二中角落格點搜索過程，直到當前格點 更新為左上角落格點；如果當前格點首次更新為左上角落格點，搜索域更新次數(shù)m即為點集 (點陣）的行數(shù)。所述最后列上格點的排列方式為:步驟1:在搜索域中，與當前格點距離最近 的格點即為當前格點的下一格點；步驟2:更新當前格點；重復上述步驟1、步驟2,直到最后 一個格點被排列完畢。
[0009] 本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明給出了一種基于格點排列的十字繡模板識別方法，本 發(fā)明將十字繡模板的識別歸結(jié)為刺繡針孔格點的排列，對模板中繡孔坐標的相對位置進行 識別。該排列方法首先移除內(nèi)點得到邊界點；其次在邊界點集中檢測四個角落點;再次，在4 個角落點中定位出左下和左上角落點；最后，從左下角落點開始從下向上、從左至右進行搜 索，對格點進行逐步排列，完成十字繡模板的格點排列工作，以便實現(xiàn)十字繡機繡的智能 化。
【附圖說明】
[0010] 下面對本說明書附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明：
[0011] 圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】的十字繡模板圖像的邊界提取圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的內(nèi)點濾除示意圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的角落格點的檢測示意圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的左下角落格點和左上角落格點示意圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的格點排列檢測方向示意圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的格點排列方法示意圖
【具體實施方式】
[0017] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技 術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。
[0018] -種基于格點排列的十字繡模板識別方法，將十字繡模板平置于黑色背景上，經(jīng) 正面拍攝成像，圖像中格點的坐標經(jīng)由Harris角點檢測得到。設(shè)十字繡上的繡孔坐標已經(jīng) 通過圖像處理技術(shù)提取出來，設(shè)為點集D={cU}，本發(fā)明所要解決的問題是對所有的cU的坐 標進行排列，識別它們之間的相鄰關(guān)系，以便實現(xiàn)十字繡機繡的智能化。
[0019] 本發(fā)明將十字繡繡孔的識別問題歸結(jié)為格點排列問題，在雜亂無序的格點中搜索 感興趣點，并逐一填入排列矩陣，方法如下:假設(shè)模板上待排列的格點已經(jīng)排列完畢，它們 Pn Pn Pin 從上到下、從左至右的排列矩陣為P:尸_=. A21 1"" 其中Pij = (Xij，yij)，（i = l, Pmi '** Pmn-_ 2,…，m，j = l，2,…，n)是格點在模板中第i行第j列的坐標。對于所有位于第i行的格點，它 們位于同一水平線上。類似地，對于所有位于第j列的格點，它們位于同一垂直線上。在檢測 了模板中所有格點的坐標之后，格點的排列等價于模板中擬合線的提取，也即：格點被正確 排列后，根據(jù)排列矩陣P可以得出所有水平和垂直擬合線。
[0020] 該排列方法的梗概如圖1-5所示。首先，移除內(nèi)點，得到邊界點，如圖1、2所示;其次 在邊界點集中檢測四個角落點，如圖3中4個黑色點所示;再次，在4個角落點中定位出左下 和左上角落點，如圖4所示；最后，從左下角落點開始從下向上、從左至右進行搜索，對格點 進行排列，如圖5所示。
[0021] 格點排列算法：
[0022] 步驟一、濾除內(nèi)點：提取繡孔格點坐標設(shè)為點集D，移除點集D的內(nèi)點，得到邊界格 點。移除方法為:遍歷點集D中所有點，將坐標原點平移至該格點cUiUuyO,如果平移后坐 標系的某個象限內(nèi)不包含點集的任何格點，如圖2所示，則判定該格點為邊界格點，將其加 入〇:，其中Di是邊界格點集。內(nèi)點處建立的坐標系其4個象限都含有格點，如圖2中P點處4個 象限中均包含十字形的格點；邊界格點處建立的坐標系下，某個象限內(nèi)無格點，如點Q處所 示第2象限內(nèi)不包含任何格點。
[0023]步驟二、檢測P的4個角落格點，即邊界格點集口:的四個角落格點。角落格點的檢 測方法為：
[0024]對于每一個邊界格點，將其與格點集D中4-鄰域相鄰格點相連(如圖6中0i處格點 所示，它有3個4-鄰域格點），連線兩兩之間的夾角中，邊界鄰邊構(gòu)成的夾角最大，記為格點 處的夾角（如圖6中0:所示），將所有邊界格點處的夾角從小到大排序，最小的4個夾角對應 的格點即為4個角落格點。
[0025]步驟（1):對于任意的di GDi，（ i = 1，2，…，nb)，求其在D中的最近的3個鄰近格點
[0026]步驟(2):求di與4 (灸=1，2,3)相連的三個向量:v% = ^
[0027]步驟(3):求出上述3個向量所成夾角的最大夾角0:，如圖6所示：
[0028] C 二 max jarccos〈v; , i';.〉，arccos〈v,.. , V''.〉"111以)5〈1:.，v,.〉j>
[0029] 步驟(4):對心卽工遍歷可得{0i}，設(shè) 0 = {' …}， 則@_4 中最小的四個元素，它們對應的4個格點即為P的4個角落點， 如圖6中所示:％對應于P中格點Pmn，也即：
[0030] ( P\ | - P\" - P："\?. P,,,,, ) = j ai i (h e ?min ( , / = 1, 2, J. 4 j = E
[0031] 步驟三、確定pn和pml:在求出4個角落格點之后，E中4個格點中橫坐標最小的2個 格點為P11和Pml，其中具有較小縱坐標的為左下角落格點P11，記為Pld;另一個即為左上角落 格點Pml，T己為Plu。
[0032] 步驟四、確定排列矩陣P:從下向上、從左向右排列點集D中的格點，完成點集中的 格點排列。具體的格點排列方法為:從左下角落格點開始從下向上搜索排列格點陣的第1 列，并將其從待排列點集中移除；重復步驟一，在更新后的排列點集中檢測邊界格點集，左 下角落格點更新為新邊界格點集中與原左下角落格點距離最近的格點，左上角落格點更新 為新邊界格點集中與原左上角落格點距離最近的格點;從新的左下角落點開始從下向上搜 索排列格點陣的第2列;循環(huán)執(zhí)行，逐列排列點集中的格點。
[0033] 從左下角落點開始從下向上搜索排列格點陣的排列，包括非最后列上格點的排 列方式與最后列上格點的排列方式。非最后列上格點的排列方式為:將已排列的左下角落 格點從點集D中移除形成待排列點集，在待排列點集中，從當前格點出發(fā)，求其最近的3個或 4個相連格點，其中位于當前格點的上部且橫坐標最小的格點為當前格點的下一格點;重復 上述過程，直到當前格點更新為左上角落格點；如果當前格點首次更新為左上角落格點，搜 索域更新次數(shù)m即為點集（點陣）的行數(shù)。最后列上格點的排列方式為:在搜索域中，與當前 格點距離最近的格點即為當前格點的下一格點；在更新當前格點之后，重復上述過程，直到 最后一個格點被排列完畢。
[0034]步驟四的具體方法：
[0035]步驟（1):將搜索域更新為D與pn的差集:Dn = D-pn，求pn在Dn中的最近的3個相 連格點，其中橫坐標最小的格點為P21，如圖6中情形1所示。接下來更新搜索域:D21 = D11-P21， 當前工作格點（即搜索格點）更新為:p21，求p21在D21中最近的4個相連格點，其中在p 21的上部 且橫坐標最小的格點為p31，如圖6中情形2所示。重復上述8-鄰域4格點搜索過程，直到當前 工作格點已更新為Pi u，如圖6中情形3所示。此時搜索域更新次數(shù)m即為矩陣P的行數(shù)，然后執(zhí) 行步驟(2)。
[0036]步驟(2):確定p12。重復步驟一和步驟二，求出搜索域Dml的4個角落點，其中最鄰近 Pld的格點即為P12。在確定P12之后，將Pld更新為P12 ;類似地，將Plu更新為Pm2。從P12開始，重復 步驟四中的步驟(1 )和步驟(2)，直到搜索域中的格點數(shù)為H1時，執(zhí)行步驟3 .
[0037]步驟(3):從當前格點pln開始，在搜索域中，與其距離最近的格點即為p2n，如圖6中 情形4所示。更新當前節(jié)點為p2n，當前搜索域為D2n = Dln-p2n，重復上述過程直到pmn被處理完 畢。
[0038]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā) 明的保護范圍應該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種基于格點排列的十字繡模板識別方法，其特征在于，對十字繡模板拍照檢測得 到格點圖像，對圖像中的繡孔格點進行識別排列，所述識別方法步驟包括： 步驟一、提取繡孔格點坐標設(shè)為點集D，移除點集D中的內(nèi)點，得到邊界格點及邊界格點 集； 步驟二、在邊界格點集中檢測4個角落格點； 步驟三、在求出4個角落格點之后，具有較小橫坐標的2個格點為左下、左上角落格點， 其中縱坐標較小的為左下角落格點，另一個則為左上角落格點； 步驟四、從下向上、從左向右排列點集D中的格點，完成點集D中格點的排列。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格點排列的十字繡模板識別方法，其特征在于，所述方法 步驟一中的移除方法為:遍歷點集D中所有格點，對于點集D中的某格點，將圖像坐標系的坐 標原點平移到該格點處，如果平移后坐標系的某個象限內(nèi)不包含點集的任何格點，則判定 該格點是邊界格點。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格點排列的十字繡模板識別方法，其特征在于，所述方法 步驟二中角落格點的檢測方法為:對于每一個邊界格點，將其與格點集D中的4-鄰域相鄰格 點相連，連線兩兩之間的夾角中邊界鄰邊構(gòu)成的夾角最大，記為格點處的夾角，將所有邊界 格點處的夾角從小到大排序，最小的4個夾角對應的格點即為4個角落格點。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格點排列的十字繡模板識別方法，其特征在于，所述方法 步驟四中的格點排列方法為:從左下角落格點開始從下向上搜索排列格點陣的第1列，并將 其從待排列點集中移除;重復步驟一，在更新后的排列點集中檢測邊界格點集，左下角落格 點更新為新邊界格點集中與原左下角落格點距離最近的格點，左上角落格點更新為新邊界 格點集中與原左上角落格點距離最近的格點；從新的左下角落點開始從下向上搜索排列格 點陣的第2列;循環(huán)執(zhí)行，逐列排列點集中的格點。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格點排列的十字繡模板識別方法，其特征在于，所述方法 步驟四中的從左下角落點開始從下向上搜索排列格點陣的排列，包括非最后列上格點的排 列方式與最后列上格點的排列方式。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于格點排列的十字繡模板識別方法，其特征在于，所述非最 后列上格點的排列方式為:步驟1、將已排列的左下角落格點從點集D中移除形成待排列點 集，在待排列點集中，從當前格點出發(fā)，求其最近的3個或4個相連格點，其中位于當前格點 的上部且橫坐標最小的格點為當前格點的下一格點；步驟2、重復上述步驟二中角落格點搜 索過程，直到當前格點更新為左上角落格點；如果當前格點首次更新為左上角落格點，搜索 域更新次數(shù)m即為點集的行數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于格點排列的十字繡模板識別方法，其特征在于，所述最后 列上格點的排列方式為:步驟1:在搜索域中，與當前格點距離最近的格點即為當前格點的 下一格點;步驟2:更新當前格點;重復上述步驟1、步驟2，直到最后一個格點被排列完畢。
【文檔編號】G06T7/00GK105894518SQ201610256430
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】丁新濤, 胡桂銀, 羅永龍, 郭良敏, 接標, 鄭孝遙
【申請人】安徽師范大學