本發(fā)明涉及圖像處理中特征檢測及測量領(lǐng)域，特別是數(shù)字圖像中基于視覺技術(shù)的手鐲圈口自動測量方法。

背景技術(shù)：

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，珠寶信息管理系統(tǒng)在珠寶商業(yè)領(lǐng)域迅速普及，手鐲圈口等珠寶參數(shù)的測量及輸入是進(jìn)行珠寶管理的重要環(huán)節(jié)。目前采用的手工測量及輸入方式不僅耗時耗工，還非常容易出錯。計算機(jī)視覺及圖像處理技術(shù)的發(fā)展為這些參數(shù)的自動測量提供了技術(shù)支持，對于手鐲的圈口尺寸測量，可通過采集圖像后對圖像中的目標(biāo)進(jìn)行算法識別的方式來實現(xiàn)。目前手鐲主要有三大類：第一類是圓形手鐲，其特點是手鐲是一個圓環(huán)；第二類是貴妃手鐲等具有橢圓環(huán)形狀的手鐲，第三類是其它形狀的手鐲，三類手鐲的共同特點是它們都是中心對稱的。在圖像上，第一類手鐲可以通過Hough變換或其它圓檢測算法（如使用文獻(xiàn)Hongmin Liu, Zhiheng Wang，PLDD: Point-lines distance distribution for detection of arbitrary triangles, regular polygons and circles. Journal of Visual Communication and Image Representation. 2014,25(2),273-284提供的圓檢測算法）進(jìn)行目標(biāo)檢測并實現(xiàn)自動尺寸測量，第二類橢圓形手鐲可利用已有橢圓檢測算法（如使用文獻(xiàn)H.M. Liu and Z.H. Wang. Geometric Property Based Ellipse Eetection Method, Journal of Visual Communication and Image Representation, 2013, 24:1075-1086提供的方法）進(jìn)行目標(biāo)檢測并實現(xiàn)自動尺寸測量，但是，對第三類具有其它形狀的手鐲，目前沒有合適的圖像處理或檢測算法方法能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的檢測及后續(xù)尺寸測量。具體而言，目前缺乏一種能夠?qū)Ω鞣N手鐲目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一檢測及測量的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對手鐲圈口的檢測及測量問題，為解決已有算法不能統(tǒng)一檢測圓形手鐲、橢圓形手鐲及其它形狀手鐲的問題，基于視覺技術(shù)提出一種能夠統(tǒng)一檢測各種中心對稱性手鐲的圈口自動測量方法，主要包括以下步驟：

步驟S1： 采集模板圖像并計算圖像尺寸與實際物理尺寸的比例系數(shù)；

步驟S2：采集手鐲圖像并輸入計算機(jī)；

步驟S3：基于前景背景比對進(jìn)行手鐲目標(biāo)二值化；

步驟S4：利用對稱性確定手鐲中心的水平方向初始位置；

步驟S5：利用對稱性確定手鐲中心的垂直方向初始位置；

步驟S6：利用對稱性進(jìn)行手鐲中心位置的精確優(yōu)化；

步驟S7：計算手鐲的圖像圈口尺寸；

步驟S8：根據(jù)圖像圈口尺寸和比例系數(shù)計算手鐲的實際圈口尺寸。

本發(fā)明提供的基于視覺技術(shù)的手鐲圈口自動測量方法，主要基于各種手鐲具有的對稱性，不局限于圓型、橢圓形或其它特定形狀，與利用圓檢測算法只能進(jìn)行圓形手鐲測量或利用橢圓檢測算法只能進(jìn)行橢圓形手鐲測量相比，本發(fā)明提供的方法能夠統(tǒng)一進(jìn)行各種中心對稱性的手鐲圈口尺寸測量。并且，本發(fā)明提供的方法首先利用單維對稱性進(jìn)行手鐲中心初始定位，然后在小范圍內(nèi)進(jìn)行中心位置優(yōu)化，計算效率很高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的基于視覺技術(shù)的手鐲圈口自動測量方法流程圖。

具體實施方式

如圖1所示為基于視覺技術(shù)的手鐲圈口自動測量方法流程圖，主要包括以下步驟：采集模板圖像并計算圖像尺寸與實際物理尺寸的比例系數(shù)、采集手鐲圖像并輸入計算機(jī)、基于前景背景比對的進(jìn)行手鐲目標(biāo)二值化、利用對稱性確定手鐲中心的水平方向初始位置、利用對稱性確定手鐲中心的垂直方向初始位置、用對稱性進(jìn)行手鐲中心位置的精確優(yōu)化、計算手鐲的圖像圈口尺寸、根據(jù)圖像圈口尺寸和比例系數(shù)計算手鐲的實際圈口尺寸。各步驟的具體實施細(xì)節(jié)如下：

步驟S1：采集模板圖像并計算圖像尺寸與實際物理尺寸的比例系數(shù)，具體方式為，模板上以順時針方向印刷構(gòu)成正方形頂點的四個標(biāo)記點P₁、P₂、P₃、P₄，攝像頭采用金屬架固定在模板的正上方，采集模板圖像I_B并輸入計算機(jī)，記四條線段P₁P₂、P₂P₃、P₃P₄、P₄P₁的實際長度均為a ，它們在圖像上的像素距離分別為d₁、d₂、d₃、d₄，利用公式R_a= 4a/(d₁+d₂+d₃+d₄)計算圖像尺寸與實際物理尺寸之間的比例系數(shù)R_a。

步驟S2:采集手鐲圖像并輸入計算機(jī)，具體方式為，固定攝像頭姿態(tài)不變，將待測量的手鐲平放在模板上四個標(biāo)記點組成的正方形中心附近，采集包含手鐲的圖像I_T并輸入計算機(jī)。

步驟S3：基于前景背景比對進(jìn)行手鐲圖像目標(biāo)二值化，具體方式為，對于步驟S2采集的包含目標(biāo)手鐲的圖像I_T和步驟S1采集的模板圖像I_B，將兩幅圖像由RGB空間轉(zhuǎn)化為HSV空間，然后進(jìn)行逐個像素比對，如果圖像I_T上某像素點在H通道或S通道上的數(shù)值偏離模板圖像I_B上對應(yīng)位置數(shù)值一定比例k 以上，則將該像素點作為前景點并二值化為1，否則將該像素點作為背景點并二值化為0，其中k 一般取值3%~5%。

步驟S4：利用對稱性確定手鐲中心的水平方向初始位置，具體方式為，記圖像I_T的中心為原點，圖像上水平向右的方向為x 軸，垂直向上的方向為y 軸，圖像高度為H ，圖像寬度為W ，任意取值X ∈[-W /4，W /4]確定一條直線L₁: x =X 將圖像平面分為左、右兩個部分，利用如下公式計算直線左、右兩側(cè)前景點個數(shù)的差值作為兩側(cè)的對稱性度量：

，

其中：

，

在區(qū)間X ∈[-W /4，W /4]上將對稱性度量f (X )取得最小值的位置X₀確定為手鐲中心的水平方向初始位置。

步驟S5：利用對稱性確定手鐲中心的垂直方向初始位置，具體方式為，任意取值Y∈[-H /4，H /4]確定一條直線L₂: y =Y 將圖像平面分為上、下兩個部分，利用如下公式計算直線上、下兩側(cè)前景點個數(shù)的差值作為兩側(cè)的對稱性度量：

，

其中：

，

在區(qū)間Y ∈[-H /4，H /4]上將對稱性度量f (Y )取得最小值的位置Y₀確定為手鐲中心的垂直方向初始位置。

步驟S6：利用對稱性進(jìn)行手鐲中心位置的精確優(yōu)化，具體方式為，利用如下公式在初始位置(X₀, Y₀)附近搜索手鐲對稱中心的精確位置：

，

在區(qū)間X ∈[X₀-Δ，X₀+Δ]，Y ∈[Y₀-Δ，Y₀+Δ]上將f (X ,Y )取得最小值的位置(X_C, Y_C)確定為手鐲中心的精確位置，其中Δ一般取值5~10，公式中f₁ (X ,Y )、f₂ (X ,Y )、f₃ (X ,Y )、f₄ (X ,Y )含義及具體計算方式如下：

表示前景目標(biāo)關(guān)于直線L₁: x =X 的對稱性，其中、分別表示圖像中位于直線L₁左、右兩側(cè)前景點的個數(shù)，即：

，

表示前景目標(biāo)關(guān)于直線L₂: y =Y 的對稱性，其中、分別表示圖像中位于直線L₂上、下兩側(cè)前景點的個數(shù)，即：

，

表示前景目標(biāo)關(guān)于直線L₃: x -X =y -Y 的對稱性，其中、分別表示圖像中位于直線L₃上、下兩側(cè)前景點的個數(shù)，即：

，

表示前景目標(biāo)關(guān)于直線L₄: x -X = -(y -Y )的對稱性，其中、分別表示圖像中位于直線L₄上、下兩側(cè)前景點的個數(shù)，即：

。

步驟S7：計算手鐲的圖像圈口尺寸，具體方式為，確定手鐲中心的精確位置(X_C, Y_C)以后，計算圖像中各前景點到中心(X_C, Y_C)的距離，并用如下公式統(tǒng)計到中心距離小于r (r >0)的前景點的個數(shù)：

其中：

，

隨著參數(shù)半徑r 的增大，f (r )增大并逐步接近圖像中前景點的總數(shù)N ，將f (r )達(dá)到N ×T 的位置r₀確定為手鐲的圖像圈口半徑，并將d =2r₀確定為手鐲的圖像圈口尺寸，其中T 的取值一般為5%。

步驟S8: 根據(jù)圖像圈口尺寸和比例系數(shù)計算手鐲的實際圈口尺寸，具體方式為，利用D =d ×R_a計算手鐲的實際圈口尺寸并進(jìn)行四舍五入取整，其中d 是步驟S7獲得的手鐲圖像圈口尺寸，R_a為步驟S1獲得的比例系數(shù)。

本發(fā)明提供的基于視覺技術(shù)的手鐲圈口自動測量方法，主要基于各種手鐲具有的對稱性，不局限于圓型、橢圓形或其它特定形狀，與利用圓檢測算法只能進(jìn)行圓形手鐲測量或利用橢圓檢測算法只能進(jìn)行橢圓形手鐲測量相比，本發(fā)明提供的方法能夠?qū)Ω鞣N中心對稱性的手鐲圈口尺寸進(jìn)行統(tǒng)一測量。并且，本發(fā)明提供的方法首先利用單維對稱性進(jìn)行手鐲中心初始定位，然后在小范圍內(nèi)進(jìn)行中心位置優(yōu)化，計算效率很高。