CN104143199A - 一种用于激光彩色打标的图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光打标技术以及模糊数学领域，特别涉及一种用于激光多彩打标的图像处理方法。该方法包括如下步骤：首先读取图像，将图像的颜色值从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间；然后对图像进行降噪处理：对图像的饱和度分量S和亮度分量V采用中值滤波和基于边缘提取的降噪算法；根据图像的色调信息H进行局部阀值分割与区域合并；再将图像由HSV颜色空间转换到RGB空间，得到最终的彩色分割图像；根据分割后的图像进行分区域激光扫描，得到标刻图像。本发明的方法能够很好的识别图像或者照片的色彩信息，并对图像进行分割以及区域划分，使得激光彩色打标在图像上的应用更加广泛，更容易实现，具有很好的鲁棒性。

Description

一种用于激光彩色打标的图像处理方法

技术领域

本发明涉及激光打标技术以及模糊数学领域，特别是涉及一种用于激光多彩打标的基于模糊数学理论的图像处理方法。

背景技术

激光打标技术是激光加工中的重要组成部分，激光打标的许多独特优点是其它标刻技术所不能企及的。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记、商标的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。

激光多彩打标是一种新型的激光打标技术，可以标刻出至少6种不同的颜色；这样使得标刻出的图形或文字更加美观、漂亮。

现有的激光多彩打标思想是对一副多彩的图像根据不同的颜色划分区域，每个区域都被囊括在一条封闭的曲线内，针对各个区域采用不同的工艺参数来实现，即对每个区域进行激光扫描，扫描所用到的参数根据区域的颜色来确定。因此，彩色图像的研究也成为激光多彩打标领域的一项重要的技术同时也是一项艰难的技术。

在对图像的研究和应用中，人们往往只对图像中的某部分感兴趣。这些部分常被称作目标或前景(其它部分称为背景)。它们一般对应图像中特定的具有独特性质的区域。为了辨识和分析目标，需要将这些区域分离提取出来。图像分割是指把图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程。彩色图像分割是按照彩色图像的色彩规则将一副图像分成若干个部分或子集，将图像中有意义的特征或需要应用的特征提取出来。在图像工程中，无论是中层的图像分析，还是高层的图像理解，都需要先对原彩色图像进行分割，将原始图像分割为不同的部分，再对不同的部分提取特征，最后进行处理分析。所以图像分割的是否合适以及分割的质量对后续的工作均有直接的影响，因此彩色图像分割在彩色图像工程中具有重要的意义。

然而由于设备、工艺以及软件算法等多方面的限制，目前的激光多彩打标只能对由简单线条简单色彩组成的图像有较好的分区及标刻效果。对于一副256色真彩图像或者照片的激光多彩打标还不能实现，原因有二：一是因为目前的彩色打标工艺还不能实现这么多色彩的标刻；二是因为打标软件也不能较好的对真彩图像进行识别及分区操作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种用于激光多彩打标的真彩图像处理方法。该方法具有更加优良的彩色图像分割效果，并且易于实时性的实现。

本发明的方法通过以下技术方案实现：一种用于激光彩色打标的图像处理方法，包括以下步骤：

(一)读取图像，将图像的颜色值从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间；

(二)对图像进行降噪处理：对图像的饱和度分量S和亮度分量V采用中值滤波和基于边缘提取的降噪算法；

(三)根据图像的色调信息H进行局部阀值分割与区域合并；

(四)再将图像由HSV颜色空间转换到RGB空间，得到最终的彩色分割图像；

(五)根据分割后的图像进行分区域激光扫描，得到标刻图像。

具体的，所述步骤(一)中，将降噪后的图像的颜色值从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间的具体步骤是：

HSV色彩空间的色调(Hue)、饱和度(Saturation)和亮度(Value)可以由RGB色彩空间的R、G、B值根据下述公式得到：

$S=\frac{\max (R,G,B)-\min (R,G,B)}{\max (R,G,B)}$

$V=\frac{\max (R,G,B)}{255}$

色调信息H的范围为0°～360°，饱和度S和亮度V的范围为0～1；然后对色调信息H进行量化(即除以360°)，使其范围也在0～1之间。色调信息经过量化后，可以有效减少图像受光照强度的影响。

具体的，所述步骤(三)中，根据图像的色调信息H进行局部阀值分割与区域合并的具体步骤是：

3.1依据激光彩色打标可以实现的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及黑、白、灰色标刻，可以将色调H划分为十个区间；

3.2设定每一个区间的色调(H)的门限值(如表1所示，基本色对应的HSV分量的一个模糊范围)，提取图像中每个区间相应颜色的像素点，从而实现分割。

表1

3.3通过选取计算图像某区域对象的特征值来进行区域对象的合并，其具体步骤如下：

(1)计算某区域D对象的均值和方差：

$\mathrm{Mean}\left(D\right)=\frac{1}{M\×N}\underset{I=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}^{i,j}$

$\mathrm{Variance}\left(D\right)={\mathrm{\σ}}_D=\frac{1}{M\×N}\underset{I=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(p^{i,j}-\mathrm{Mean}\left(D\right))}^2$

其中：p^i,j是在图像(i,j)位置上像素的色调、亮度和饱和度值；

(2)计算与该区域对象相邻的对象S的均值与方差，则对象D和对象S之间的相似程度为：

$Q=\frac{{2\mathrm{\σ}}_D{\mathrm{\σ}}_S}{{\mathrm{\σ}}_D^2+{\mathrm{\σ}}_S^2},,Q\∈\left(\mathrm{0,1}\right]$

其中：σ_D和σ_S分别为区域D对象和区域S对象的方差。

若Q大于阀值0.5，则将区域对象D和区域对象S进行合并；否则，不进行合并；

(3)计算合并后对象的均值，判断该均值在哪一块颜色区间内(参见表1)，将该颜色设为该区域对象的彩色空间分量值；

(4)重复上述过程直至图像处理完毕。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明中的彩色图像分割基于目前激光彩色打标的工艺水准，能够很好的识别图像或者照片的色彩信息，并对图像进行分割以及区域划分，使得激光彩色打标在图像上的应用更加广泛，更容易实现，具有很好的鲁棒性。

附图说明

图1——本发明方法的流程图；

图2——本发明方法的照片分割效果图：其中，图2a是原始真彩照片；图2b是经过彩色分割后的图像；图2c是最终色彩分割后的图像。

图2a中标号如下所示：

Ⅰ-背景海水部分；Ⅱ-背景山脉部分；Ⅲ-主体人物部分；O-原点；X-横轴；Y-纵轴；1、2、3分别为从左至右X向相邻的三个区域。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例所述方法的具体步骤如图1所示：

(1)输入一副256色真彩图像或者照片(如图2a所示)；

(2)将照片的颜色值从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间。

转换后的图像的色调信息H、饱和度S和亮度V按照下述公式计算：

$S=\frac{\max (R,G,B)-\min (R,G,B)}{\max (R,G,B)}$

$V=\frac{\max (R,G,B)}{255}$

其中，H为色调信息，根据上述公式并将计算所得结果进行量化，得到的色调范围主要包括三部分，分别为[0,0.06]，[0.51,0.65]和[0.9,1]；S为饱和度，根据上述公式计算所得范围为[0.04,1]，其中主要分量集中在[0.3,0.6]；V为亮度，根据上述公式计算所得范围为[0.04,1]，其中主要分量集中在[0.35,0.65]。其中，对于H计算出的三部分，[0,0.06]和[0.9,1]对应图2b中第Ⅱ、Ⅲ部分的色调范围，[0.51,0.65]对应图2b中第Ⅰ、Ⅱ部分的色调范围，因第Ⅱ部分为背景山脉部分，呈黑色，根据表1，第Ⅱ部分的色调范围与第Ⅰ、Ⅲ部分色调范围均有交叉。

(3)根据上面计算得到的图像的色调信息H进行局部阀值分割与区域合并。

首先将图2b的最左上角顶点定为原点O，横轴为X方向，纵轴为Y方向，找出一块区域，将此区域分为X向相邻的或按一定比例，或均分，或随意大小的三部分：如图2b所示的相邻的三个部分1、2和3，此处为均分的三个部分，其中区域1的范围为X[51,60]，Y[131,140]，区域2的范围为X[61,70]，Y[131,140]，区域3的范围为X[71,80]，Y[131,140]，根据如下公式：

$\mathrm{Mean}\left(O\right)=\frac{1}{M\×N}\underset{I=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}^{i,j}$

$\mathrm{Variance}\left(O\right)={\mathrm{\σ}}_D=\frac{1}{M\×N}\underset{I=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(p^{i,j}-\mathrm{Mean}\left(O\right))}^2$

得到这三个区域的均值和方差。其中区域1的方差σ₁为6.9288e-006，区域2的方差σ₂为3.1951e-005，区域3的方差σ₃为1.9588e-005。

根据如下公式可以计算出两相邻对象之间的相似程度：

$Q_{\mathrm{OP}}=\frac{{2\mathrm{\σ}}_O{\mathrm{\σ}}_P}{{\mathrm{\σ}}_O^2+{\mathrm{\σ}}_P^2},Q_{\mathrm{OP}}\∈\left(\mathrm{0,1}\right]$

区域1与相邻区域2的相似程度为Q₁₂＝0.4142，区域2与相邻区域3的相似程度为Q₂₃＝0.8912。Q₁₂<0.5，表示区域1与相邻区域2不可以合并，而Q₂₃>0.5表示区域2与相邻区域3可以合并。

计算合并后对象的均值，判断该均值在哪一块颜色区间内(参见表1)，将该颜色设为该区域对象的彩色空间分量值；

重复上述过程直至图像处理完毕。

然后再将图像由HSV颜色空间转换到RGB空间，得到最终色彩分割后的图像，如图2c所示；最后对分割后的图像进行分区域激光扫描，最终获得标刻图像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种用于激光彩色打标的图像处理方法，包括以下步骤： 

(一)读取图像，将图像的颜色值从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间； 

(二)对图像进行降噪处理：对图像的饱和度分量S和亮度分量V采用中值滤波和基于边缘提取的降噪算法； 

(三)根据图像的色调信息H进行局部阀值分割与区域合并； 

(四)再将图像由HSV颜色空间转换到RGB空间，得到最终的彩色分割图像； 

(五)根据分割后的图像进行分区域激光扫描，得到标刻图像。 

2.根据权利要求1所述的一种用于激光彩色打标的图像处理方法，其特征在于，所述步骤(一)中将图像的颜色值从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间根据下述公式来完成： 

。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光彩色打标的图像处理方法，其特征在于，色调信息H的范围为0°～360°，饱和度S和亮度V的范围为0～1。 

4.根据权利要求1所述的一种用于激光彩色打标的图像处理方法，其特征在于，所述步骤(三)中根据H进行局部阀值分割与区 域合并的具体步骤是： 

1)依据激光彩色打标可以实现的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及黑、白、灰色标刻，将H划分为十个区间； 

2)设定每一个区间H的门限值，提取图像中每个区间相应颜色的像素点，从而实现分割； 

3)通过选取计算图像某区域对象的特征值来进行区域对象的合并，其具体步骤如下： 

(1)计算某区域D对象的均值和方差： 

其中：p^i,j是在图像(i,j)位置上像素的色调、亮度和饱和度值； 

(2)计算与该区域对象相邻的对象S的均值与方差，则对象D和对象S之间的相似程度为： 

其中：σ_D和σ_S分别为区域D对象和区域S对象的方差。若Q大于阀值0.5，则将区域对象D和区域对象S进行合并；否则，不进行合并； 

(3)计算合并后对象的均值，判断该均值在哪一块颜色区间内，将该颜色设为该区域对象的彩色空间分量值； 

(4)重复上述过程直至图像处理完毕。