CN113470020B

CN113470020B - 一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法及系统

Info

Publication number: CN113470020B
Application number: CN202111022015.4A
Authority: CN
Inventors: 张慧剑; 张丛森
Original assignee: Nanjing Milson Technology Co ltd; Nantong Metering Detecting Test
Current assignee: Nanjing Milson Technology Co ltd; Nantong Metering Detecting Test
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2041-09-01
Also published as: CN113470020A

Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法及系统。该方法通过初始排列图像中钻石边缘的曲率信息获得每个钻石的边缘椭圆曲线。通过边缘椭圆曲线获得钻石自身影响因素和邻近范围钻石的影响因素获得每个钻石的位置不合理程度。通过分析两个钻石互相在对方位置周围的合适程度获得填充程度和置换程度。通过填充程度和置换程度重新排列钻石分布。本发明通过填充程度和置换程度可获得整齐有序的钻石排列方式。

Description

一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法及系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法及系统。

背景技术

钻石是现实生活中常见价格不菲的装饰品。钻石在经过加工后经过有序的排列的可以方便钻石定位监测、钻石筛查、钻石交易等应用场景。为了获得有序整齐的钻石排列，现有技术中采用各式的机械装置将无序钻石推扫进放置槽内，放置槽多采用分布清晰的条形槽。钻石形状复杂，不同钻石之间存在大小差异，因此仅利用机械推扫装置无法使得钻石整齐有序的排列到放置槽中，不便于后续钻石交易等操作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法及系统，所采用的技术方案具体如下：

本发明提出了一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法，所述方法包括：

获取初始排列图像；所述初始排列图像包含在一个条形槽内排列的钻石；提取所述初始排列图像中的钻石边缘图像；

根据所述钻石边缘图像中像素点的曲率信息获得多个像素类别；根据所述像素类别拟合出边缘椭圆曲线；

根据所述边缘椭圆曲线获得每个钻石的钻石倾斜程度和钻石放置偏移程度；以目标钻石在预设邻近范围内的其他钻石作为邻近范围钻石；根据所述边缘椭圆曲线获得所述目标钻石与所述邻近范围钻石的钻石堆叠程度和第一尺寸差异；根据所述钻石倾斜程度、所述钻石堆叠程度、所述第一尺寸差异和所述钻石放置偏移程度获得每个钻石的位置不合理程度；

获得每个钻石与相邻钻石之间的最大间隙，根据所述目标钻石的最大间隙和其他钻石的尺寸的第一差异获得填充合理性；当所述填充合理性大于预设合理性阈值时，根据所述其他钻石和所述目标钻石的相邻钻石的第二尺寸差异、所述目标钻石和所述其他钻石的所述位置不合理程度和所述填充合理性获得填充程度；当所述填充合理性不大于预设合理性阈值时，根据所述其他钻石的最大间隙和所述目标钻石的尺寸的第二差异获得第二填充合理性，根据所述目标钻石和所述其他钻石的相邻钻石的第三尺寸差异、所述目标钻石和所述其他钻石的所述位置不合理程度、所述第二填充合理性获得第二填充程度，根据所述填充程度和所述第二填充程度获得置换程度；

根据所述填充程度和所述置换程度重新排列钻石分布。

进一步地，所述根据所述钻石边缘图像中像素点的曲率信息获得多个像素类别包括：

获得所述钻石边缘图像中每个边缘像素点的海森矩阵；根据所述海森矩阵的特征向量和边缘像素点位置构建曲率信息特征；根据所述曲率信息特征对所述钻石边缘图像中的像素点进行聚类，获得多个像素类别。

进一步地，所述根据所述像素类别拟合出边缘椭圆曲线包括：

根据所述像素类别中的像素点进行拟合获得初始边缘椭圆曲线；将每个所述初始边缘椭圆曲线的参数构成椭圆特征向量；根据所述椭圆特征向量对所述钻石边缘图像中的像素点进行聚类，获得曲线像素类别；分别拟合每个所述曲线像素类别内的像素点，获得边缘椭圆曲线。

进一步地，所述根据所述边缘椭圆曲线获得每个钻石的钻石倾斜程度和钻石放置偏移程度包括：

以所述边缘椭圆曲线的扁平程度作为所述倾斜程度；

获得所述其他钻石的边缘椭圆曲线中心点到所述目标钻石的所述边缘椭圆曲线中心点的位移向量；获取每个位移向量在参考单位向量上的内积；所述参考单位向量的方向为所述条形槽的竖直方向；以所述内机的均值的绝对值作为所述钻石放置偏移程度。

进一步地，所述根据所述边缘椭圆曲线获得所述目标钻石与所述邻近范围钻石的钻石堆叠程度和第一尺寸差异包括：

以所述目标钻石的所述边缘椭圆曲线上的交集在所述目标钻石上的面积占比作为堆叠程度；以所述边缘椭圆曲线的长轴大小作为钻石的尺寸，以所述目标钻石与所述邻近范围钻石的所述边缘椭圆曲线的长轴差异作为第一尺寸差异。

进一步地，所述根据所述钻石倾斜程度、所述钻石堆叠程度、所述第一尺寸差异和所述钻石放置偏移程度获得每个钻石的位置不合理程度包括：通过位置不合理程度公式计算所述位置不合理程度；所述位置不合理程度公式包括：

其中，

为所述位置不合理程度，

为所述钻石倾斜程度，

为所述钻石放置偏移程度，

为所述目标钻石与第

个所述邻近范围钻石的所述第一尺寸差异，

为所述邻近范围钻石的数量，

为所述目标钻石与第

个所述邻近范围钻石的所述钻石堆叠程度。

进一步地，所述根据所述目标钻石的最大间隙和其他钻石的尺寸的第一差异获得填充合理性包括：

当所述第一差异小于预设第一差异阈值时，所述填充合理性为零；当所述第一差异大于等于所述第一差异阈值小于预设第二差异阈值时，所述填充合理性为所述第一差异；当所述第一差异大于等于所述第二差异阈值时，所述填充合理性为所述其他钻石的尺寸；

所述根据所述其他钻石的最大间隙和所述目标钻石的尺寸的第二差异获得第二填充合理性包括：

当所述第二差异小于预设第三差异阈值时，所述第二填充合理性为零；当所述第二差异大于等于所述第三差异阈值小于预设第四差异阈值时，所述第二填充合理性为所述第二差异；当所述第二差异大于等于所述第四差异阈值时，所述第二填充合理性为所述目标钻石的尺寸。

进一步地，所述根据所述其他钻石和所述目标钻石的相邻钻石的第二尺寸差异、所述目标钻石和所述其他钻石的所述位置不合理程度和所述填充合理性获得填充程度包括：根据填充程度计算公式获得所述填充程度；所述填充程度计算公式包括：

其中，

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的所述填充程度，

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的所述位置不合理程度均值，

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的第二尺寸差异，

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的填充合理性。

所述根据所述目标钻石和所述其他钻石的相邻钻石的第三尺寸差异、所述目标钻石和所述其他钻石的所述位置不合理程度、所述第二填充合理性获得第二填充程度包括：根据第二填充程度计算公式获得所述第二填充程度；所述第二填充程度计算公式包括：

其中，

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的所述第二填充程度，

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的所述位置不合理程度均值；

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的第三尺寸差异

为所述目标钻石与第

个所述其他钻石的第二填充合理性。

进一步地，所述根据所述填充程度和所述第二填充程度获得置换程度包括：

以所述填充程度和所述第二填充程度的均值作为所述置换程度。

本发明还提出了一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任意一项所述一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法的步骤。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明实施例分析钻石之间的填充合理性，首先获得其他钻石填充至目标钻石周围的填充程度，然后获得目标钻石填充至其他钻石周围的第二填充程度，利用两个钻石互相的填充关系获得置换程度。有效的反映出为了获得有序且整齐的排列方式钻石之间需要执行某个操作的依据，根据填充程度和置换程度排列钻石，使得钻石之间的排列更加整齐合理。

2.本发明实施例通过边缘椭圆曲线表示每个钻石，通过钻石自身和邻近范围钻石的大小和位置完整的分析了每个钻石的位置不合理程度，使得位置不合理程度表征的更准确，为钻石之间的排列提供了合理准确的参考指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法流程图；

图2为本发明一个实施例所提供的一个钻石初始排列图像。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法及系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法及系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法流程图，该方法包括：

步骤S1：获取初始排列图像；提取初始排列图像中的钻石边缘图像。

为了使得钻石排列的更整齐有序，钻石经过推扫装置或放置装置处理后会分布在条形槽内。经过初步放置后，钻石会分布在带有序号的多个条形槽内，在本发明实施例中，以一个条形槽内的钻石进行分析说明。

在黑暗环境下，钻石经过紫外线照射会反射出荧光，使得钻石与条形槽的像素差异明显。因此在本发明实施例中，设置紫外线光源在黑暗环境下照射条形槽，利用俯视视角的相机采集包含荧光钻石的初始排列图像。请参阅图2，其示出了本发明一个实施例提供的一个钻石初始排列图像。

为了使初始排列图像中的钻石像素与背景像素的差异更加明显，将初始排列图像转换至HSV颜色空间内，提取亮度通道图。因为荧光因素的影响，在亮度通道图内钻石像素的灰度值与背景像素具有较大的差异，利用Canny算子提取出亮度通道图内的钻石边，获得钻石边缘图像。在钻石边缘图像中，边缘像素的像素值为1，其他像素的像素值为0。

需要说明是，钻石边缘图像会存在背景条形槽的直线噪声和钻石刨面边缘噪声。利用霍夫直线检测算法获取钻石边缘图像中的所有直线，将所有直线像素都设置为0，消除噪声，便于后续的分析和计算。

步骤S2：根据钻石边缘图像中像素点的曲率信息获得多个像素类别；根据像素类别拟合出边缘椭圆曲线。

因为钻石的特殊形状，在俯视视角中，钻石的边缘轮廓为弧形边缘。若钻石放置的整齐，则弧形边缘形状接近为正圆；钻石放置的歪斜，则弧形边缘接近为椭圆。因此可根据钻石边缘图像中边缘像素点的的曲率信息获取每个边缘像素点所在弧形边缘类别，具体包括：

获得钻石边缘图像中每个边缘像素点的海森矩阵。一个海森矩阵包括两个特征值和两个二维特征向量，一个特征值表示该像素点位置在一个特征向量方向上的曲率。根据海森矩阵的特征向量和边缘像素点位置构建曲率信息特征。因为曲率信息特征包含了像素点的位置和两个特征向量，将像素点位置和两个二维特征向量合并为一个六维的向量作为曲率信息特征，即一个边缘像素点对应一个六维的曲率信息特征。根据曲率信息特征对钻石边缘图像中的像素点进行聚类，获得多个像素类别。同一个像素类别内的像素具有连续的位置和连续变化的曲率信息特征，因此同一个像素类别中的像素为一个钻石的弧形边缘。

在本发明实施例中，利用密度聚类算法进行聚类获得多个像素类别，将像素数量小于10的像素类别去除，进一步消除噪声。

需要说明的是，钻石因为在条形槽内不均匀分布，存在同一个钻石的弧形边缘会被分成两个像素类别，因此需要将同一个钻石的弧形边缘合并出完整的弧形边缘，具体包括：

根据像素类别中的像素点进行拟合获得初始边缘椭圆曲线。将每个初始边缘椭圆曲线的参数构成椭圆特征向量。根据椭圆特征向量对钻石边缘图像中的像素点进行聚类，获得曲线像素类别。一个曲线像素类别中的像素点为同一个钻石的弧形边缘。分别拟合每个曲线像素类别内的像素点，获得边缘椭圆曲线。每个边缘椭圆曲线对应一个钻石，边缘椭圆曲线围成的椭圆区域为对应的钻石区域。

在本发明实施例中，利用随机抽样一致算法拟合出初始边缘椭圆曲线和边缘椭圆曲线。以初始边缘椭圆曲线的椭圆中心、长轴和短轴构成椭圆特征向量。通过均值漂移聚类算法获得曲线像素类别。

步骤S3：根据边缘椭圆曲线获得每个钻石的钻石倾斜程度和钻石放置偏移程度；以目标钻石在预设邻近范围内的其他钻石作为邻近范围钻石；根据边缘椭圆曲线获得目标钻石与邻近范围钻石的钻石堆叠程度和第一尺寸差异；根据钻石倾斜程度、钻石堆叠程度、第一尺寸差异和钻石放置偏移程度获得每个钻石的位置不合理程度。

为了获得整齐有序的钻石排列方式，首选需要获得当前条形槽内钻石初始分布的位置不合理程度，便于后续进行排列重组。

在钻石整齐放置的理想状态下，边缘椭圆曲线应该趋近与正圆。但是钻石的初始分布为机械装置进行推扫放入条形槽内，钻石存在倾斜的分布情况。因为钻石的倾斜使得钻石的椎体面对边缘椭圆曲线形状造成影响，钻石越倾斜，则边缘椭圆曲线越扁。因此可根据边缘椭圆曲线的扁平程度作为钻石的倾斜程度。

在本发明实施例中，倾斜程度

为：

，其中，

为边缘椭圆曲线的短轴，

为边缘椭圆曲线的长轴。

钻石在初始分布中会存在因为机械装置操作原因，导致钻石位置发生偏移，没有完整的放置在条形槽内。因此进一步考虑钻石的钻石放置偏移程度，具体包括：

获得其他钻石的边缘椭圆曲线中心点到目标钻石的边缘椭圆曲线中心点的位移向量；获取每个位移向量在参考单位向量上的内积；参考单位向量的方向为条形槽的竖直方向；以内机的均值的绝对值作为钻石放置偏移程度。偏移程度越大说明钻石相对于条形槽内其他钻石来说沿条形槽竖直方向越远。

倾斜程度和钻石放置偏移程度表示了经过初始排列后，钻石因为自身因素造成的位置不合理。

整齐有序的排列方式应该考虑钻石与邻近范围钻石之间的关系，如大小关系和位置关系。以目标钻石在预设邻近范围内的其他钻石作为邻近范围钻石。以目标钻石的边缘椭圆曲线上的交集在目标钻石上的面积占比作为堆叠程度。堆叠程度表示了目标钻石上堆叠情况，反映了目标钻石和邻近范围钻石的位置关系，在整齐有序的排列方式中，钻石之间应当整齐无堆叠。以边缘椭圆曲线的长轴大小作为钻石的尺寸，以目标钻石与邻近范围钻石的边缘椭圆曲线的长轴差异作为第一尺寸差异。第一尺寸差异表示了目标钻石和邻近范围钻石的大小关系，在整齐有序的排列方式中，钻石的大小应当是分布均匀的。因此根据堆叠程度和第一尺寸差异表示了邻近范围钻石对目标钻石的影响。

在本发明实施例中，以不同边缘椭圆曲线的像素点的最小距离表示两个钻石的距离。以与目标钻石的距离小于0.5

的钻石作为邻近范围钻石，其中

为目标钻石的长轴。

因此通过表示自身影响的倾斜程度和钻石放置偏移程度和表示邻近范围钻石对目标钻石影响的堆叠程度和第一尺寸差异可以完整的分析出每个钻石当前的的位置不合理程度。具体包括：通过数学建模方法，拟合出与钻石倾斜程度、钻石堆叠程度、第一尺寸差异和钻石放置偏移程度为正比例关系的位置不合理程度。通过位置不合理程度公式计算位置不合理程度。位置不合理程度公式包括：

其中，

为位置不合理程度，

为钻石倾斜程度，

为钻石放置偏移程度，

为目标钻石与第

个邻近范围钻石的第一尺寸差异，

为邻近范围钻石的数量，

为目标钻石与第

个邻近范围钻石的钻石堆叠程度。

步骤S4：获得每个钻石与相邻钻石之间的最大间隙，根据目标钻石的最大间隙和其他钻石的尺寸的第一差异获得填充合理性；当填充合理性大于预设合理性阈值时，获得填充程度；当填充合理性不大于预设合理性阈值时，获得置换程度。

为了在钻石的初始排列的基础上调整钻石至整齐有序的排列，需要改变初始排列中钻石的位置，具体包括两种操作，填充和置换。填充为：将一个钻石放置到另一个钻石旁边的间隙中，填充间隙保证钻石位置均匀分布。置换为：将一个钻石与另一个钻石位置互换，使得钻石与相邻钻石间的大小均匀分布。置换操作需要移动两个钻石，填充操作需要移动一个钻石，因此置换操作比填充操作的操作成本高，为了减少操作成本，需要对填充操作进行分析，具体包括：

1）根据边缘椭圆曲线间的距离获得每个钻石与相邻钻石之间的最大间隙，根据目标钻石的最大间隙和其他钻石的尺寸的第一差异获得填充合理性。当第一差异小于预设第一差异阈值时，说明目标钻石旁边的空隙填充不下其他钻石，填充合理性为零；当第一差异大于等于第一差异阈值小于预设第二差异阈值时，说明目标钻石旁边的空隙可以填充其他钻石，但是会出现堆积情况，填充合理性为第一差异；当第一差异大于等于第二差异阈值时，说明目标钻石旁边的空隙可以满足其他钻石的填充，填充合理性为其他钻石的尺寸。

2）当填充合理性大于预设合理性阈值时，根据其他钻石和目标钻石的相邻钻石的第二尺寸差异、目标钻石和其他钻石的位置不合理程度和填充合理性获得填充程度。目标钻石和其他钻石的位置不合理程度越大表示越需要执行位置变换操作；第二尺寸差异越小，说明其他钻石与目标钻石的相邻钻石的大小越接近，适合将其他钻石填充至目标钻石周围；填充合理性越大说明其他钻石越适合填充至目标钻石的最大间隙处，因此通过数学建模的方法拟合出各个量之间的关系，获得填充程度计算公式，根据填充程度计算公式获得其他钻石填充至目标钻石周围的填充程度；填充程度计算公式包括：

其中，

为目标钻石与第

个其他钻石的填充程度，

为目标钻石与第

个其他钻石的位置不合理程度均值；

为目标钻石与第

个其他钻石的第二尺寸差异；

为目标钻石与第

个其他钻石的填充合理性。

3）当填充合理性不大于预设合理性阈值时，和填充合理性相似地，根据其他钻石的最大间隙和目标钻石的尺寸的第二差异获得第二填充合理性。当第二差异小于预设第三差异阈值时，第二填充合理性为零；当第二差异大于等于第三差异阈值小于预设第四差异阈值时，第二填充合理性为第二差异；当第二差异大于等于第四差异阈值时，第二填充合理性为目标钻石的尺寸。

4）与填充程度相似的根据目标钻石和其他钻石的相邻钻石的第三尺寸差异、目标钻石和其他钻石的位置不合理程度、第二填充合理性和填充程度获得第二填充程度。目标钻石和其他钻石的位置不合理程度越大表示越需要执行位置变换操作；第三尺寸差异越小，说明目标钻石与其他钻石的相邻钻石的大小越接近，目标钻石适合填充至其他钻石周围；第二填充合理性越大说明其他钻石旁边的间隙越能够满足目标钻石；进一步与填充程度相似地，通过数学建模方法将拟合出第二填充程度计算公式，根据第二填充程度计算公式获得目标钻石填充至其他钻石周围的第二填充程度。第二填充程度计算公式包括：

其中，

为目标钻石与第

个其他钻石的第二填充程度，

为目标钻石与第

个其他钻石的位置不合理程度均值；

为目标钻石与第

个其他钻石的第三尺寸差异

为目标钻石与第

个其他钻石的第二填充合理性。

填充程度表示其他钻石在目标钻石周围的的合适程度，第二填充程度表示目标钻石在其他钻石周围的合适程度，结合填充程度和第二填充程度，以填充程度和第二填充程度的均值作为置换程度。置换程度表示两个钻石之间位置互换的合适程度。

经过不断遍历计算，获得任意两个钻石之间的填充程度或置换程度。

在本发明实施例中，合理性阈值为0，即当填充合理性大于0时，仅计算填充合理性；当填充合理性为0时，计算置换程度。根据钻石的尺寸动态设置第一差异阈值、第二差异阈值、第三差异阈值和第四差异阈值。即第一差异阈值为0.6

，第二差异阈值为

，其中

为其他钻石的尺寸；第一差异阈值为0.6

，第二差异阈值为

，其中

为其目标钻石的尺寸。

步骤S5：根据填充程度和所述置换程度重新排列钻石分布。

获取填充程度或置换程度最大的一对钻石进行填充或者置换操作，每经过一次位置变换操作都需要计算钻石的位置不合理程度、填充程度和置换程度。通过多次的位置变换操作，直至所有钻石的位置不合理程度均值达到预设合格阈值，完成钻石的重新排列，获得整齐有序的钻石排列方式。

在本发明实施例中，为了使得位置变换操作中，钻石整齐放置，通过计算机控制机械臂执行位置变换操作，每次机械臂进行位置变换操作时，都将钻石锥面整齐放置到条形槽内。

综上所述，本发明实施例通过初始排列图像中钻石边缘的曲率信息获得每个钻石的边缘椭圆曲线。通过边缘椭圆曲线获得钻石自身影响因素和邻近范围钻石的影响因素获得每个钻石的位置不合理程度。通过分析两个钻石互相在对方位置周围的合适程度获得填充程度和置换程度。通过填充程度和置换程度重新排列钻石分布，获得整齐有序的钻石排列方式。

本发明还提出了一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现任意一项一种基于图像处理的钻石行式排列智能生成方法的步骤。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

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