CN104044352A - 一种基于图像分割的自动着色方法与着色装置 - Google Patents

Abstract

一种基于图像分割的自动着色方法与着色装置，属于物体着色技术领域。本发明把摄像系统和喷笔装置置于载物台的上端，光照系统置于生产环境中，并分别连接于主控计算机，将物体放置于载物台并按下开始按钮装置即开始工作，主控计算机对摄像系统得到的图像进行处理，并将得到的结果传输给喷笔装置进行自动着色，整个过程只需人为把物体放置于载物台由计算机控制进行自动着色，为全自动过程，减少了用户的交互操作，实施起来相当简便，大大减少了图像处理的时间，提高了着色准确性和着色的效率，该方法属于自动选择性上色，大大减轻了劳动强度，节省了大量的工本费，效率高、精度高、操作简单、又能嵌入到主控系统中使用，适于推广应用。

Description

一种基于图像分割的自动着色方法与着色装置

技术领域

本发明属于物体着色技术领域，具体涉及一种集自动控制、数字设备制造及图像处理与一体的用于标识、标牌、徽章、纪念币等物体的基于图像分割的自动着色方法与着色装置。

背景技术

工业生产中物体的着色一直是一个重要的环节。像标识、标牌、徽章、纪念币等物体的着色需要耗费大量的人力物力。低效率高成本的着色装置不仅会影响企业的生产效率，也严重影响到企业的生产成本与利润。

传统的着色方法大都基于用户交互实现，主要靠人用工具来实现物体的上色，也有一些自动着色的装置但是需要大量的人为操作，对物体的放置位置有很高的要求，其着色精度低，效率十分低下。如何设计一个速度快，省漆料，精度高的自动着色装置成为一个技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提出一种集自动控制、数字设备制造及图像处理与一体的用于标识、标牌、徽章、纪念币等物体的基于图像分割的自动着色方法与着色装置。

所述的一种基于图像分割的自动着色方法，其特征在于包含如下步骤：

1）把需要着色物体放置于生产环境中的载物台上；

2）在生产环境中安装摄像系统、光照装置及喷笔装置，并将摄像系统、光照装置及喷笔装置分别连接于主控计算机； 

3）把需要着色物体彩色图像模板输入主控计算机保存；

4）根据生产环境的情况调整光照装置的光照亮度，使需要着色物体拍摄图像具有良好的辨识度，用摄像系统拍摄需要着色物体的照片；

5）将步骤4）摄像系统拍摄的照片输入主控计算机内，主控计算机根据联动机制，与步骤3）的彩色图像模板对比，开始对摄像系统拍摄的照片进行图像处理并输出坐标及颜色参数；

6）喷笔装置根据步骤5）中主控计算机输出的坐标及颜色参数选择对应的颜色对需要着色物体的相应部位进行自动着色；

7）着色完成后反馈给主控计算机，完成着色；

8）重复步骤1）-7），进行下一个物体的着色，着色完成后关闭各装置。

所述的一种基于图像分割的自动着色方法，其特征在于

步骤4）中所述的光照装置的光照强度有3档，分别为低、中、高3档，白天室内光照度足够，设置为1档；阴天光照度不足，设置为2档；黑夜，则设置为3档。

所述的一种基于图像分割的自动着色方法，其特征在于步骤5）中对照片进行图像处理方式如下：

1）先将步骤4）拍摄得到的图像进行灰度化处理得到灰色图像，然后利用均值漂移算法，对灰色图像依照彩色图像模板进行分割，得到需要进行着色的区块；

2）将灰色图像T（T_R，T_G，T_B）和彩色模板图像K（K_R，K_G，K_B）分别从RGB色彩空间转换至lαβ色彩空间，转换后的灰色图像为T（T_l，T_α，T_β），转换后的彩色模板图像为K（K_l，K_α，K_β），T_l 、K_l分量按计算公式（1）计算，T_α，K_α分量按计算公式（2）计算，T_β，K_β分量按公式（3）计算：

                                                                              (1)

                              (2)

                                (3)

其中，l表示亮度，它的值域是0到100，α表示从洋红色至绿色的范围，β表示从黄色至蓝色的范围，值域都是+127至-128，其中+127 α是红色， -128 α是绿色，+127 β是黄色，-128 β是蓝色，所有颜色就以这三个值交互变化所表示；

由于本研究方法是用亮度来进行匹配，为避免匹配上的错误，必须对彩色图像进行亮度重映射，调整其亮度，公式为：

                     (4) 

公式中，是彩色模板图像处理后的亮度值；分别为图像所有像素的平均值和标准差，*为T_l 或K_l；

3）对步骤1）中得到的需要进行着色区块中的每一点，在彩色图像模板中搜索能与之匹配的点，通过下面公式进行匹配：

                                                                       (5)

（i,j）、T_l（i,j）分别为公式（4）和公式（1）计算出来的、T_l值，（i,j）为相应值所在的坐标点，如果t≤0.05，则把匹配的坐标点(i,j)和该点的K_α，K_β作为颜色参数输出。

所述的基于图像分割的自动着色方法所用的着色装置，其特征在于所述的着色装置包括摄像系统、光照装置及喷笔装置、主控计算机及载物台，所述的摄像系统及喷笔装置分别设于载物台的上端，摄像系统、光照装置及喷笔装置分别连接主控计算机，光照装置置于生产环境中并连接到主控计算机，根据环境的变化，光照装置调整不同的亮度，使拍摄的物体图像具有良好的辨识度，摄像系统拍摄物体图像后传输到主控计算机，主控计算机进行处理后输出控制信号到喷笔装置进行对要着色物体自动着色。

所述的基于图像分割的自动着色方法所用的着色装置，其特征在于所述的主控计算机通过I/O口连接摄像系统、光照装置及喷笔装置。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明通过把摄像系统和喷笔装置置于载物台的上端，光照系统置于生产环境中，并分别连接于主控计算机，将物体放置于载物台并按下开始按钮装置即开始工作。主控计算机对摄像系统得到的图像进行处理，并将得到的结果传输给喷笔装置进行自动着色，整个过程只需人为地把物体放置于载物台由计算机控制进行自动着色，为全自动过程，大大减少了用户的交互操作，实施起来相当简便，大大减少了图像处理的时间，提高了着色准确性和着色的效率；

2）本发明的方法属于自动选择性上色，它能自动地给需要上色的部位上色，不该上色的部位不会填上颜色，大大减轻了劳动强度，节省了大量的工本费，而且提高工效几十倍，上色用的连接计算机的喷笔装置精度高，错误率低；效率高、精度高、操作简单、又能嵌入到主控系统中使用；

3）本发明的着色装置简单、操作方便，适于推广应用。 

附图说明

图1为本发明着色装置的结构示意图；

图2为本发明的工作流程图。

图中：1-主控计算机，2-摄像系统，3-光照装置，4-喷笔装置， 5-载物台。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此： 

如图1-2所示，本发明基于图像分割的自动着色方法，包含如下着色步骤：

步骤一，把需要着色的物体放置于生产环境中的载物台5上；

步骤二，在生产环境中安装光照装置3、摄像系统2、喷笔装置4并连接于主控计算机1； 

步骤三，把需要着色物体的彩色图像模板输入主控计算机1保存；

步骤四，根据生产环境的情况调整光照装置3的光照亮度，使需要着色物体拍摄图像具有良好的辨识度，用摄像系统2拍摄需要着色物体的照片，所述的光照装置4的光照强度有3档，分别为低、中、高3档，白天室内光照度足够，设置为1档；阴天光照度不足，设置为2档；黑夜，则设置为3档；

步骤五，将步骤四摄像系统2拍摄的照片输入主控计算机1内，主控计算机1根据联动机制，在摄像系统拍摄物体后开始图像处理并输出坐标及颜色参数；具体图像处理方法如下：

1）先将步骤四拍摄得到的图像进行灰度化处理得到灰色图像，然后利用均值漂移算法，对灰色图像依照彩色图像模板进行分割，得到需要进行着色的区块；

2）将灰色图像T（T_R，T_G，T_B）和彩色模板图像K（K_R，K_G，K_B）分别从RGB色彩空间转换至lαβ色彩空间，转换后的灰色图像为T（T_l，T_α，T_β），转换后的彩色模板图像为K（K_l，K_α，K_β），T_l 、K_l分量按计算公式（1）计算，T_α，K_α分量按计算公式（2）计算，T_β，K_β分量按公式（3）计算：

                               (1)

                              (2)

                                (3)

其中，l表示亮度，它的值域是0到100，α表示从洋红色至绿色的范围，β表示从黄色至蓝色的范围，值域都是+127至-128，其中+127 α是红色， -128 α是绿色，+127 β是黄色，-128 β是蓝色，所有颜色就以这三个值交互变化所表示；

由于本研究方法是用亮度来进行匹配，为避免匹配上的错误，必须对彩色图像进行亮度重映射，调整其亮度，公式为：

                     (4) 

公式中，是彩色模板图像处理后的亮度值；分别为图像所有像素的平均值和标准差，*为T_l 或K_l；

4）对步骤1）中得到的需要进行着色区块中的每一点，在彩色图像模板中搜索能与之匹配的点，通过下面公式进行匹配：

                                                                       (5)

（i,j）、T_l（i,j）分别为公式（4）和公式（1）计算出来的、T_l值，（i,j）为相应值所在的坐标点，如果t≤0.05，则把匹配的坐标点(i,j)和由公式（2）、和公式（3）算出的该点的K_α，K_β作为颜色参数输出；

步骤五，喷笔装置4根据步骤5）中主控计算机1输出的坐标及颜色参数选择对应的颜色对需要着色物体的相应部位进行自动着色；

步骤六，着色完成后反馈给主控计算机1，完成着色；

步骤七，重复步骤1）-7），进行下一个物体的着色，着色完成后关闭各装置。

如图1所示，实现本发明的自动着色方法所用的装置，包括载物台5、主控计算机1及分别与主控计算机1连接的摄像系统2、光照装置3和喷笔装置4， 摄像系统2和喷笔装置4置于载物台5的上端，摄像系统2拍摄物体图像后传输到主控计算机1，主控计算机1进行处理后输出信号到喷笔装置4进行自动着色，光照装置3于生产环境中，连接到主控计算机1，用于根据环境的变化，调整不同的亮度，使拍摄的物体图像具有良好的辨识度，便于计算机进行处理。主控计算机1通过I/O口连接摄像系统2、喷笔装置4、光照装置3，处理拍摄到的图像，输出处理信号控制喷笔装置进行自动着色。

组成上述系统的结构单元、程序模块可单独组成系统独立运行，也可嵌入到主控系统中使用，二者通过通用串口进行数据传输。

本发明的原理是：把摄像系统和喷笔装置置于载物台的上端，光照系统置于生产环境中，并分别连接于主控计算机，将物体放置于载物台并按下开始按钮装置即开始工作。主控计算机对摄像系统得到的图像进行处理，并将得到的结果传输给喷笔装置进行自动着色。

本发明具有以下技术效果：

只需人为地把物体放置与载物台即可进行自动着色，大大减少了用户的交互操作，实施起来相当简便。

基于图像分割的自动着色方法相比与传统的直接匹配着色大大减少了图像处理的时间，使着色的效率增加。

该装置属于自动选择性上色，它能自动地给需要上色的部位上色，不该上色的部位不会填上颜色，大大减轻了劳动强度，节省了大量的工本费，而且提高工效几十倍。

连接计算机的喷笔装置精度高，错误率低。

如图1所示，物体放置于载物台上，摄像系统置于载物台的上端，用于拍摄待上色的物体，拍摄后把数据传输到主控计算机，光照系统置于生产环境中，根据环境的变化，调整不同的亮度，使拍摄的物体图像具有良好的辨识度，便于计算机进行处理。喷笔装置置于载物台上端并连接着主控计算机，计算机对图像进行处理后传输控制信号到喷笔装置，然后开始自动着色，着色完成后反馈信息到计算机，结束着色。

如图2所示，本发明自动着色的具体过程为：

主控计算机和检测装置启动后，系统进入自检程序，各装置及光照系统的工作状况，判断是否达到运行标准，包括摄像系统是否正常，喷笔装置是否能运行。

若判断出装置故障，系统给出相应装置的显示报警和灯光报警；

若装置全部正常，则判断系统正常，进入下一步。

摄像系统拍摄待着色的物体并把照片传输给主控计算机。

主控计算机进行图片处理，主要包括以下步骤: 先将拍摄得到的图像进行灰度化处理，然后利用均值漂移（Mean-Shift）算法，对目标图像和模板图像进行分割，得到我们感兴趣的区块，将灰度图像和模板彩色图像分别从RGB色彩空间转换至lαβ色彩空间，调整彩色图像的亮度后，分别计算灰色图像和彩色图像的灰度直方图然后进行直方图匹配。

输出匹配后的坐标值和对应的颜色参数到喷笔装置，开始自动着色。

着色完成后着色装置反馈给计算机结束信号，由用户选择是否结束。如果结束，则关闭所有装置，如果继续，则取出物体，再放置新的待着色物体于载物台，进行新的一轮自动着色。

本发明自动着色方法与传统的自动着色方法相比，因为运用了图像分割技术，大大缩短了图像处理的时间，增加了生产的效率。

本发明自动着色装置设备小巧，操作简单，每次上色动作只需按一下按钮。

Claims (5)

1.一种基于图像分割的自动着色方法，其特征在于包含如下步骤：

1）把需要着色物体放置于生产环境中的载物台（5）上；

2）在生产环境中安装摄像系统（2）、光照装置（3）及喷笔装置（4），并将摄像系统（2）、光照装置（3）及喷笔装置（4）分别连接于主控计算机（1）； 

3）把需要着色物体彩色图像模板输入主控计算机（1）保存；

4）根据生产环境的情况调整光照装置（3）的光照亮度，使需要着色物体拍摄图像具有良好的辨识度，用摄像系统（2）拍摄需要着色物体的照片；

5）将步骤4）摄像系统（2）拍摄的照片输入主控计算机（1）内，主控计算机根据联动机制，与步骤3）的彩色图像模板对比，开始对摄像系统（2）拍摄的照片进行图像处理并输出坐标及颜色参数；

6）喷笔装置（4）根据步骤5）中主控计算机（1）输出的坐标及颜色参数选择对应的颜色对需要着色物体的相应部位进行自动着色；

7）着色完成后反馈给主控计算机（1），完成着色；

8）重复步骤1）-7），进行下一个物体的着色，着色完成后关闭各装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像分割的自动着色方法，其特征在于

步骤4）中所述的光照装置（4）的光照强度有3档，分别为低、中、高3档，白天室内光照度足够，设置为1档；阴天光照度不足，设置为2档；黑夜，则设置为3档。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像分割的自动着色方法，其特征在于

步骤5）中对照片进行图像处理方式如下： 

1）先将步骤4）拍摄得到的图像进行灰度化处理得到灰色图像，然后利用均值漂移算法，对灰色图像依照彩色图像模板进行分割，得到需要进行着色的区块；

2）将灰色图像T（T_R，T_G，T_B）和彩色模板图像K（K_R，K_G，K_B）分别从RGB色彩空间转换至lαβ色彩空间，转换后的灰色图像为T（T_l，T_α，T_β），转换后的彩色模板图像为K（K_l，K_α，K_β），T_l 、K_l分量按计算公式（1）计算，T_α，K_α分量按计算公式（2）计算，T_β，K_β分量按公式（3）计算：

                                                                              (1)

                              (2)

                                (3)

其中，l表示亮度，它的值域是0到100，α表示从洋红色至绿色的范围，β表示从黄色至蓝色的范围，值域都是+127至-128，其中+127 α是红色， -128 α是绿色，+127 β是黄色，-128 β是蓝色，所有颜色就以这三个值交互变化所表示；

由于本研究方法是用亮度来进行匹配，为避免匹配上的错误，必须对彩色图像进行亮度重映射，调整其亮度，公式为：

                     (4) 

公式中，是彩色模板图像处理后的亮度值；分别为图像所有像素的平均值和标准差，*为T_l 或K_l；

对步骤1）中得到的需要进行着色区块中的每一点，在彩色图像模板中搜索能与之匹配的点，通过下面公式进行匹配：

                                                                         (5)

（i,j）、T_l（i,j）分别为公式（4）和公式（1）计算出来的、T_l值，（i,j）为相应值所在的坐标点，如果t≤0.05，则把匹配的坐标点(i,j)和该点的K_α，K_β作为颜色参数输出。

4.一种如权利要求1所述的基于图像分割的自动着色方法所用的着色装置，其特征在于所述的着色装置包括摄像系统（2）、光照装置（3）及喷笔装置（4）、主控计算机（1）及载物台（5），所述的摄像系统（2）及喷笔装置（4）分别设于载物台（5）的上端，摄像系统（2）、光照装置（3）及喷笔装置（4）分别连接主控计算机（1），光照装置（3）置于生产环境中并连接到主控计算机（1），根据环境的变化，光照装置（3）调整不同的亮度，使拍摄的物体图像具有良好的辨识度，摄像系统（2）拍摄物体图像后传输到主控计算机（1），主控计算机（1）进行处理后输出控制信号到喷笔装置（4）进行对要着色物体自动着色。

5.如权利要求4所述的基于图像分割的自动着色方法所用的着色装置，其特征在于所述的主控计算机（1）通过I/O口连接摄像系统（2）、光照装置（3）及喷笔装置（4）。