CN107045551B - 一种湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化处理方法，步骤为：(1)建立湘绣图案原始图案库；(2)构建湘绣图案基因；对湘绣图像进行识别，提取基本图案，并对A系列数据库中的图案元素进行特征分析、技术处理，获得各类图案基因，从而在图案基因的基础上再生成各种图案，并进一步组合成各种需要的图像；(3)设计并生成湘绣图案；(4)建立湘绣图案基因和图案数据库；(5)探索分析图案生成新方法和分析比较图案生成的不同方法；(6)对生成的图片文件进行“减肥”处理；(7)制作湘绣图案、基因展示软件系统。本发明的优点是：创新的运用图形图像处理技术于湘绣图案的数字化处理中，并将二维动画处理技术作用到平面静态图案中，提出利用Flash技术生图案变异基因图。

Description

一种湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化处理方法

技术领域

本发明涉及一种图像基因构建以及图像数字化处理方法，具体为一种湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化处理方法。

背景技术

湘绣生产受图像基因以及图像数据库等方面的影响，挑战性极大，其中图案数字化生成技术是研究中的难点和热点问题。目前的研究大多集中在历史、政治制度、经济水平等方面，而对湘绣图案数字化以及图像识别方面少之又少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化处理方法，在研究处理大量湘绣图案的基础上，建立湘绣图案基因库，在此基础上，利用计算机图形图像的多种数字化与信息化处理技术，生成湘绣图案，建立出含三类基因的湘绣图案数据库；制作一个展示湘绣图案的多媒体系统。

本发明的采用的技术方案如下：一种湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化处理方法，其特征在于：

步骤一：建立湘绣图案原始图案库(即A系统列图案库)；根据湖南湘绣的分布现状，深入长沙、湘西等地收集湘绣图案；对收集的湘绣图案进行预处理(包括图像识别)，建立湘绣图案原始案数据库，称为A系列图案库；

图像识别指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。一般工业使用中，采用工业相机拍摄图片，然后再利用软件根据图片灰阶差做进一步识别处理，图像识别软件国外代表的有康耐视等，国内代表的有图智能等。另外在地理学中指将遥感图像进行分类的技术。

图案指对某种器物的造型结构、色彩、纹饰进行工艺处理而事先设计的施工方案，制成图样，通称图案，图像是各种图形和影像的总称。

步骤二：构建湘绣图案基因；对湘绣图像进行识别，提取基本图案(图案基因)，并对A系列数据库中的图案元素进行特征分析、技术处理，获得各类图案基因，从而在图案基因的基础上再生成各种图案，并进一步组合成各种需要的图像；如图2所示；

步骤三：设计并生成湘绣图案；

步骤四：建立湘绣图案基因和图案数据库；

(1)建立基因库；以一类、二类、三类基因，即“图案元素基因”、“矢量基因”、“变异矢量基因”为数据元素，建立湘绣图案基因数据库；

(2)建立图案库；以A系列、B系列、C系列、D系列、E系列图案为元素，利用VisualFoxPro软件或SQL Server技术，在链接、筛选、优化后，建立湘绣图案数据库；最终的图案数据库中元素个数不少于500个；

步骤五：探索分析图案生成新方法和分析比较图案生成的不同方法；

通过对湘绣图案基因和湘绣图案的研究，将探索出新的图形处理技术，得出新的湘绣图案处理或生成方法，并对图案的不同生成方法进行对比、分析。我们采用的是这种图像生成方法：图案生成图像时分为两个部分，即编辑区和复制区，只需要在编辑区内编辑图案。在编辑区内，可以有多个图案同时进行编辑，图案个数没有限制，由于采用分层结构，在上一层的图案将会覆盖在下面的图案上。我们可以根据自己的需要自由组合图案，然后编辑修改生成图像。

步骤六：对生成的图片文件进行“减肥”处理；由于生成的图案数量较大，会占据大量存储空间，而不同图案差异性很大。需要视不同图片的情况，在对图片质量影响不大的情况下，对图案进行“减肥”处理，以减少图文件所占空间。

步骤七：制作湘绣图案、基因展示软件系统，使用Phtoshop，Authorware(或者Dreamweaver)及Audition完成。

本发明所述步骤二构建湘绣图案基因具体内容为：

(1)构建“图案元素基因”，即一类基因；对经过预处理的湘绣图案进行特征提取，利用图像分割、剪裁、聚类分析、灰度处理等方法，结合CAD、PhotoShop技术进行图像处理，提取出各种图案元素，称为一类基因；

(2)构建“矢量基因”，即二类基因。矢量基因即是由矢量图生成的基因，根据湘绣图案特征，图案元素基因进行拓扑构型处理，结合CAD、PhotoShop，生成各种矢量基因图，称为二类基因；

(3)构建“变异矢量基因”，即三类基因；对二类基因库中的图案元素进行变形处理，结合Photoshop与Flash技术(这是首次将计算机二维动画技术应用于静态处理)，生成变异矢量基因图，称为三类基因。

本发明所述步骤三设计并生成湘绣图案，具体为：

(1)生成B系列图案(图案元素基因生成的图案)；以一类基因为核心元素，利用图像的拼接、变换、迭代合成等算法，生成由“图案元素基因”衍生、合成的湘绣图案，称为B系列图案；

(2)生成C系列图案(矢量基因生成的图案)；以二类基因为核心元素，除利用上步技术外，还需加入纹理特征组合、色彩变换等技术，配以底纹，生成由“矢量基因”衍生、合成的湘绣图案，称为C系列图案；

(3)生成D系列图案(变异矢量基因生成的图案)；以二类基因为核心元素，生成由“变异矢量基因”衍生、合成的湘绣图案，称为D系列图案。该系列图案生成时，因变异因素有很多，需要考虑湘绣图案自身的特点，有所取舍；

(4)生成E系列图案(跨类基因组合生成的图案)；以一类、二类、三类基因组合后生成的跨类组合基因为元素，生成由这种“复合基因”衍生、合成的湘绣图案，称为E系列图案；该系列图案生成时，可取一、二、三类基因中的任两种或三种进行组合，再利用图像的拼接、变换、迭代合成等算法，加上随机“重构”，“突变”、或“重组”。生成由跨类基因组合生成的图案，称为E系列图案。该系列图案在生成时，会有大量较为复杂的图案，其中会出现“变异失真严重”的现象，即出现让富有湖南地方特色的图像特征失真现象；此时需对生成的图案进行筛选，保留那些既有变异又保留湖南地方特色的图案。

本发明要解决的主要问题；

1、即图形图像处理与生成技术，该内容是本发明的主要内容；

2、数据库技术；

3、多媒体作品制作技术。特别是用图形图像技术处理与生成湘绣图案技术，包括图案特征的提取及图案基因的生成、图案生成、矢量图的生成、变异矢量图的生成等技术最为关键，必须将传统技术与现代科学技术相结合，才能将湘绣的特点完全表现出来。此外还有利用数据库技术建立基因库与图案库，利用多媒体或网页制作技术建立图案展示系统。

本发明能够达到的目的有：

(1)对湘绣中基本图案的收集与获取将不少于200种；

(2)对收集的湘绣图像与图案进行识别与特征提取，再进行各种数字与信息技术处理，提取、建立各种图案基因，生成图案基因库，预计图案基因个数将不低于100个；

(3)经过计算机图形图像技术处理、生成、组合、筛选、优化后生成湘绣图案数据库，预计库中图案个数将不低于500个；

(4)对研究出的湘绣图案基因、湘绣图案制作一个多媒体软件展示系统。

本发明的优点是：(一)创新的运用图形图像处理技术于湘绣图案的数字化处理中，并将二维动画处理技术作用到平面静态图案中，提出利用Flash技术生图案变异基因图。(二)建立一个以展示湘绣图案为主要内容的软件系统，为传播湘绣文化提供帮助。建立原始图案库、构建图案基因、设计并生成图案、建立图案基因数据库和图案数据库、探索分析图案生成新方法、分析比较图案生成的不同方法、制作展示图案的软件系统。(三)通过建立湘绣图案数据库，为湘绣的产业化生产提供帮助。降低人工设计图案成本，能带来经济效益，为湖南旅游建设添砖加瓦，为保护湘绣技艺这一国家级非物质文化保护遗产助一臂之力。

附图说明

图1为本发明的结构流程图。

图2为本发明的图案A提取简要过程图。

图3为本发明的图案、纹样处理与生成技术的打散图。

图4为本发明的图案、纹样处理与生成技术的构成图。

图5为本发明的图案数字化生成技术中的图像边缘提取图。

图6为本发明的湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化技术研究图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在进行大量调研与资料收集后，整理现存的、典型的湘绣图案，对其进行数字化与信息化处理、构建图案基因，通过图案基因生成图案，建立基因、图案数据库。同时还要挖掘、重构数据，扩充湘绣图案库。最后制作图案展示系统。

在研究处理大量湘绣图案的基础上，建立湘绣图案基因库，库中元素包括传统图案基因和变异图案基因；在此基础上，利用计算机图形图像的多种数字化与信息化处理技术，生成湘绣图案，建立出含三类基因(图像元素基因、矢量图基因、变异矢量图基因)的图案基因数据库和五个系列(原图系列、一类基因生成的图案系列、二类基因生成的图案系列、三类基因生成的图案系列、三类基因跨类组合生成的图案系列)建立出含三类基因的湘绣图案数据库。制作一个展示湘绣图案的多媒体软件系统。

国内外研究现状和发展动态

(一)图案特征的提取；

图案基因反映图案民族风格，对于特征的提取利用分割，引入交互分割模型提取图案中具有代表性意义的相对独立的图案基元，设计图案基元的相似变换规则，产生分形基元矩阵，引入准Arnold变换规则，对基元分形矩阵进行扰动生成新图案，变换中保留图案基元，生成图案传承了原图案的风格与特色，能快速生成大量保持民族风格的图案纹样。这一方法对于对称式连续图案纹样的生成是可取的。不足之处是利用准Arnold扰动变换生成纹理的时候，所得到的都是在视觉上纹理比较规则的织物。对于那些看上去纹理不太规则的织物，生成的效果就不能满足要求。非真正感绘制(Non-Photorealistic Rendering，NPR)是建立在人类认知的基础上，利用计算机生成不同艺术风格的图形。在NPR研究基础上，云南绝版套刻版画中采用了基于线积分卷积(Linear Integral Convolution，LIC)的刻痕纹理合成方法，但此方法的不足之处是基于多频率噪声场LIC的点块状刻痕混色效果无法显示出来。

【小结】利用准Arnold扰动变换生成纹理的方法和在NPR研究基础上基于线积分卷积LIC的刻痕的纹理合成方法均不能满足图案的信息化。

(二)民族图案中的纹样基因；

一幅湘绣图案由不同纹样基因组成，它不是基因的简单聚合体，而是更高语义层次的单位整合。通过对新疆民间图案特点分析，利用CAD中对图案分割的要求，提取纹样基因，以纹样基因和其它多边形进行堆砌形成新的图案结构。处理方法可以对每一结构内部的纹样基因进行中心对称和轴对称折叠多旋转等方法处理，得到新的图案，这些新图案是在保证原有民族织物图案风格基本不变的情况下，产生的新的纹样图案。

【小结】处理方法可以对每一结构内部的纹样基因进行对称、折叠、多旋转等方法处理，以得到更多的新的纹样图案。

(三)图案、纹样处理与生成技术；

湖南湘绣图像中的各种图案丰富多彩，纹样中的周期性与非周期性均有。利用迭代函数可生成周期拼砌的彩色艺术图案。Chair tiling是通过迭代替换而构造出的一种二维非周期拼砌。非周期图案的生成可采用Chair Tiling非周期艺术图案的生成方法，使它原胞内部有丰富的图案结构。造迭代函数实现非周期拼砌图的方法是可行的，同时该方法也有别于传统计算机实现非周期拼砌的方法，此方法为非周期拼砌的计算机可视化方法，同时该方法也可以运用到其他由替换法构造出的非周期拼砌上。云南少数民族织绣纹样是一种图像类符号，具有相似性、约定性、依赖性以及归属性的特点。对这类图像的生成或再创造的方法是将分解转换法、打散再造法、置换构成法以及基本形态变异法。云南少数民族织绣单独纹样构成可划分为：拟形法则、适形法则、均衡均齐法则以及随意性构成法则，连续纹样构成法则划分为：二方连续、四方连续两大类。如图3和图4。

【小结】分解转换法、打散再造法、置换构成法以及基本形态变异法是对这类图像进行生成或再创造。

(四)图案数字化生成技术；

利用计算机来表现纺织品图案设计作品的研究，既要有创意，又不能失去湖南湘绣文化的精髓。通过CorelDRAW、AT-design等相关软实现对纺织品图案进行数字化创意设计，设计出不同效果和不同款式的纺织品图案，突出纺织品图案创意设计款式效果数字化实现的意义。数字化民间艺术图案就是分割抽取图案基元，构建多级图案基元库，再设计构图结构，实现图案设计和制造。以新疆民族民间织物图案的数字化设计为实例，织物图案的计算机辅助设计方案可利用PhotoShop工具，通过实验可设计出具有民族特色维吾尔族地毯、花帽等图案。分形艺术图案的创作以数学理论为基础。虽然分形图形产生于分形模型，但它并不直接规定图形的外观，只是规定了反映图形结构关系的生成规则。利用分形程序设计分形图形，如分形模型的字符重写系统、迭代函数系统、复数平面分形系统、元胞自动机、有限扩散凝聚模型等一系列生成图形方法，这些方法不仅具有生成图形分形化，而且通常可用迭代方法使复杂景物使用简单规则生成，结合CAD技术，实现了分形艺术在纺织品上的再现。由于分形图形的相似性，图案中具有许多由不同颜色的像素点所表示的精细信息，但由于这些结构太精细而无法印出来或织出来，必须对这些精细结构进行优化处理，才能获得不失分形美感的纺织图案。拓扑构型的图案自动生成方法，能生成体现织物图案的构图、元素形象和色彩的具有层次美感的图案。以新疆地毯图案为例由拓扑构型的图案自动生成方法，将交互标识出的不同感知层的图案元素作为模版，并约束模版匹配算法较准确地提取同类图案元素，生成图案拓扑构型。裁剪是一种基于图像内容的缩放算法，使用图像显著和梯度图相结合的方法来度量每个像素点的重要程度，显著图从颜色、方向和强度三个属性来计算每个像素点的视觉关注程度，能较好地保持图像视觉主体。但该算法很大程度上依赖于图像显著图和梯度图，因此利用不同的梯度计算方法和图像显著图计算方法，产生的效果是不一样的。Flash动画是基于矢量的图形制作。线条粗细起伏富有变化，色彩过渡自然柔和。矢量图更接近机械制造的图像。它的线条没有粗细的变化，但精细而平滑流畅。图像抽出，通常又叫做抠图或者图像分离，就是把图片或影像的某一部分从原始图片或影像中分离出来成为单独的图像。图像抽出方法可基于形状、色彩、通道和使用滤镜等。也可以基于形状、边缘。图形图像是多种多样的，它们形状各异，有规则的、不规则的，对象边缘有的清晰、有的模糊，Photoshop提供了各种工具，可根据不同的需要选择不同工具创建选区，然后抽出分离图像。缩放有均匀缩放与非均匀缩放，前者容易实现，后者相对复杂。非均匀缩放的主要思想的操持图像的视觉主体，让形变发生在那些不感兴趣的区域，允许视觉主体的均匀变化，其他区域非均匀的变化，让非感兴趣区域吸收更多的变形量。Liu和Gleicher、Wolf和Wang等人利用图像中不同像素点有不同的视觉关注度值来对图像进行非均匀的缩放。

到目前为止，利用计算机图形学理论、数理方法、模型建立、计算机平面设计、数字图像合成等技术，对其他民族织物图案的研究理论已相继出台，但运用这些技术对于湖南湘绣进行的相关研究未见报导。对湘绣图案基因的构建研究呈空白。所以，湖南湘绣图案基因构建及其图案数字化技术研究，将是该方面研究的一个突破。

【小结】基于每一种民间织物图案都有其相应的特点，利用计算机图形学理论、数理方法、模型建立、计算机平面设计、数字图像合成等技术，对其他民族织物图案的研究理论已相继出现，然而利用计算机技术对湖南湘绣图案基因的构建研究呈空白，所以利用计算机技术对湖南湘绣图案基因构建及其图案数字化技术研究将非常重要。

本发明的创新点和特色：本发明综合分析了图案数字化生成技术研究现状，利用计算机来表现纺织品图案设计作品，既有创意，又不失去原有的民族韵味。通过CorelDRAW、At-design相关软件来对纺织品图案进行数字化创意设计。实现了纺织品图案设计以及款式效果的不同，突出纺织品图案创新设计款式效果数字化实现的意义。

主要创新点和特色具体如下：

(一)创新的运用图形图像处理技术于湘绣图案的数字化处理中，并将二维动画处理技术作用到平面静态图案中，提出利用Flash技术生图案变异基因图。

(二)建立一个以展示湘绣图案为主要内容的软件系统，为传播湘绣文化提供帮助。建立原始图案库、构建图案基因、设计并生成图案、建立图案基因数据库和图案数据库、探索分析图案生成新方法、分析比较图案生成的不同方法、制作展示图案的软件系统。

(三)通过建立湘绣图案数据库，为湘绣的产业化生产提供帮助。降低人工设计图案成本，能带来经济效益，为湖南旅游建设添砖加瓦，为保护湘绣技艺这一国家级非物质文化保护遗产助一臂之力。

本发明的技术路线是：由于湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化技术研究首次将图形图像处理技术应用于湘绣图案的数字化处理中，提出图案基因变异概念，将其用于湘绣图案的生成中，运用已有的图像处理技术，以及尝试使用二维动画技术到平面静态的图案处理中，提出利用Flash技术获取图案基因、图案元素，再利用各种方法生成图案。基于数据库技术，建立湘绣图案基因与图案数据库。运用多媒体或网页制作技术建立了一个以展示湘绣图案为主要内容的软件系统。通过建立湘绣图案数据库为传播湘绣文化，和湘绣的产业化生产提供帮助，与手织纺织相比湘绣图像数字化更有实用价值，并且尚无相关报道。因此，本课题提出湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化技术研究思路图如图6所示。由图6可知，湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化技术研究首先通过图像识别技术对收集的湘绣图案进行处理，生成原始图案库(A系列图案)，并运用已有的图像处理技术生成图案元素基因(一类基因)，再通过拓扑构型绘制技术生成矢量基因(二类基因)，通过形变绘制技术生成变异矢量基因(三类基因)，已上三种基因跨类组合、衍生、合成分别生成BECD系列图案，以上图案和原始图案库通过数据库技术制作湘绣图案数据库，三类基因通过数据库技术制作湘绣图案基因数据库，两个数据库通过多媒体或网页制作技术制作湖南湘绣图案展示软件系统。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种湘绣图像基因构建以及湘绣图像数字化处理方法，其特征在于：

步骤一：建立湘绣图案原始图案库；根据湖南湘绣的分布现状，深入长沙、湘西收集湘绣图案；对收集的湘绣图案进行预处理，建立湘绣图案原始案数据库，称为A系列图案库；

步骤二：构建湘绣图案基因；对湘绣图像进行识别，提取基本图案，并对A系列数据库中的图案元素进行特征分析、技术处理，获得各类图案基因，从而在图案基因的基础上再生成各种图案，并进一步组合成各种需要的图像；其中，获得各类图案基因具体包括：

(1)构建“图案元素基因”，即一类基因；对经过预处理的湘绣图案进行特征提取，利用图像分割、剪裁、聚类分析、灰度处理方法，结合CAD、PhotoShop技术进行图像处理，提取出各种图案元素，称为一类基因；

(2)构建“矢量基因”，即二类基因；矢量基因即是由矢量图生成的基因，根据湘绣图案特征，图案元素基因进行拓扑构型处理，结合CAD、PhotoShop，生成各种矢量基因图，称为二类基因；

(3)构建“变异矢量基因”，即三类基因；对二类基因库中的图案元素进行变形处理，结合Photoshop与Flash技术，生成变异矢量基因图，称为三类基因；

步骤三：设计并生成湘绣图案；具体为：

(1)生成B系列图案即图案元素基因生成的图案；以一类基因为核心元素，利用图像的拼接、变换、迭代合成算法，生成由“图案元素基因”衍生、合成的湘绣图案，称为B系列图案；

(2)生成C系列图案即矢量基因生成的图案；以二类基因为核心元素，除利用上步技术外，还需加入纹理特征组合、色彩变换技术，配以底纹，生成由“矢量基因”衍生、合成的湘绣图案，称为C系列图案；

(3)生成D系列图案即变异矢量基因生成的图案；以二类基因为核心元素，生成由“变异矢量基因”衍生、合成的湘绣图案，称为D系列图案；该系列图案生成时，因变异因素有很多，需要考虑湘绣图案自身的特点，有所取舍；

(4)生成E系列图案即跨类基因组合生成的图案；以一类、二类、三类基因组合后生成的跨类组合基因为元素，生成由这种“复合基因”衍生、合成的湘绣图案，称为E系列图案；该系列图案生成时，取一、二、三类基因中的任两种或三种进行组合，再利用图像的拼接、变换、迭代合成算法，加上随机“重构”，“突变”、或“重组”；生成由跨类基因组合生成的图案，称为E系列图案；该系列图案在生成时，会有大量较为复杂的图案，其中会出现“变异失真严重”的现象，即出现让富有湖南地方特色的图像特征失真现象；此时需对生成的图案进行筛选，保留那些既有变异又保留湖南地方特色的图案；

步骤四：建立湘绣图案基因和图案数据库；

(1)建立基因库；以一类、二类、三类基因，即“图案元素基因”、“矢量基因”、“变异矢量基因”为数据元素，建立湘绣图案基因数据库；

(2)建立图案库；以A系列、B系列、C系列、D系列、E系列图案为元素，利用Visual FoxPro软件或SQL Server技术，在链接、筛选、优化后，建立湘绣图案数据库；最终的图案数据库中元素个数不少于500个；

步骤五：探索分析图案生成新方法和分析比较图案生成的不同方法；图像生成方法具体为：图案生成图像时分为两个部分，即编辑区和复制区，只需要在编辑区内编辑图案；在编辑区内，有多个图案同时进行编辑，图案个数没有限制，采用分层结构，在上一层的图案将会覆盖在下面的图案上；根据需要自由组合图案，然后编辑修改生成图像；利用迭代函数生成周期拼砌的彩色艺术图案，Chair tiling是通过迭代替换而构造出的一种二维非周期拼砌，非周期图案的生成采用Chair Tiling非周期艺术图案的生成方法，所述ChairTiling非周期艺术图案的生成方法包括分解转换法、打散再造法、置换构成法以及基本形态变异法；

步骤六：对生成的图片文件进行“减肥”处理；

步骤七：制作湘绣图案、基因展示软件系统，使用Phtoshop，Authorware及Audition完成。

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