基于BMP位圖的簇絨機(jī)花型圖像處理技術(shù)初探

李文博,強(qiáng)少衛(wèi)

(西安工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710048)

基于BMP位圖的簇絨機(jī)花型圖像處理技術(shù)初探

李文博,強(qiáng)少衛(wèi)

(西安工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710048)

對(duì)基于BMP位圖的簇絨機(jī)花型圖像處理技術(shù)進(jìn)行了初步研究，探討了簇絨機(jī)控制系統(tǒng)花型文件的去噪處理、減色等相關(guān)問(wèn)題，詳述了使用中值濾波算法去噪及用改進(jìn)的K-means算法對(duì)顏色過(guò)多的BMP位圖進(jìn)行減色的設(shè)想。

簇絨機(jī)；BMP；花型；圖像處理；技術(shù)設(shè)想

地毯是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫募徔棶a(chǎn)品，近年來(lái)隨著地毯制造工藝和設(shè)備的快速發(fā)展，為地毯產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了巨大動(dòng)力，不僅全球地毯生產(chǎn)發(fā)展很快，而且地毯的質(zhì)量也不斷提高。隨著簇絨機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)地毯花色的要求也越來(lái)越高，由于對(duì)花型圖像的處理結(jié)果直接影響到地毯的質(zhì)量，從而使得對(duì)地毯花形圖像的處理變得越來(lái)越重要。為此，本文就簇絨機(jī)花型的圖像處理進(jìn)行了初探。

1 花型文件處理流程

在簇絨系統(tǒng)中首先要將花型位圖解析，將相應(yīng)的像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的控制命令，以此來(lái)控制簇絨機(jī)運(yùn)作生產(chǎn)地毯。但是數(shù)字圖像在數(shù)字化和傳輸過(guò)程中常受到成像設(shè)備與外部環(huán)境噪聲干擾等影響，成為含噪圖像；而且一般圖像含色豐富，簇絨機(jī)無(wú)法直接處理這些圖像生成的控制文件，因?yàn)榇亟q機(jī)所用線的顏色是有限的。故必須對(duì)花型圖像進(jìn)行處理之后再使用，其處理流程如圖1所示。

圖1 花型文件處理流程圖

2 花型文件格式

簇絨CAD系統(tǒng)通常使用自己獨(dú)有的、自定義的花型文件格式，需要系統(tǒng)自帶花型數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶既可以調(diào)用庫(kù)中的花型，也可以通過(guò)該系統(tǒng)自己設(shè)計(jì)其他滿足需求的花型。但是這種花型文件格式只有在本系統(tǒng)中才能被識(shí)別和打開(kāi)，這就給實(shí)際操作帶來(lái)了許多的不方便[1]。

隨著科技的發(fā)展通用花型文件格式的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，BMP格式就是其中之一。它是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，其位圖文件也可利用一些通用的圖像處理軟件來(lái)進(jìn)行一些設(shè)計(jì)和修改，通用性大大增強(qiáng)。這在商業(yè)活動(dòng)中就不需要用戶在客戶端安裝專用系統(tǒng)，不僅節(jié)省了空間，降低了成本，還提高了效率。

2.1 利用中值濾波對(duì)BMP位圖去噪

在花型圖案處理過(guò)程中噪聲對(duì)圖像的輸入、采集和輸出整個(gè)過(guò)程有巨大的影響。而且對(duì)提花地毯的花型圖案來(lái)說(shuō)，地毯圖像的細(xì)節(jié)、邊緣是否清晰明了等都對(duì)地毯的生產(chǎn)質(zhì)量有著極為重要的影響。中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，其基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一個(gè)點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周圍的像素值接近真實(shí)值，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)[2]。

中值濾波可以在信號(hào)邊緣不被模糊的情況下較好地濾除脈沖噪聲，其優(yōu)良的特性是線性濾波方法所不具備的；中值濾波的算法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，易于用硬件實(shí)現(xiàn)。中值濾波是一種非線性濾波技術(shù)，常常應(yīng)用在圖像信號(hào)處理中，具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先在實(shí)際運(yùn)算過(guò)程中，它不需要圖像的統(tǒng)計(jì)特性，操作起來(lái)很方便。其次在一定條下，它可以克服線性濾波器所造成的圖像細(xì)節(jié)模糊，尤其能夠有效地濾除圖像掃描噪聲及脈沖干擾。但對(duì)于那些點(diǎn)、線、尖頂細(xì)節(jié)較多的圖像則不適合使用中值濾波方法[3]。在實(shí)際使用中值濾波方法時(shí)，濾波窗口的尺寸一般先用3×3的，再取5×5的，逐步增大直到濾波效果達(dá)到要求為止。對(duì)于那些有較長(zhǎng)輪廓線的圖形圖像，比較適合采用方形或圓形窗口；對(duì)于包含尖頂角的圖形圖像，用十字形窗口比較適宜。在使用二維中值濾波時(shí)，必須注意保持圖像中有效的細(xì)線狀物體。總體而言，相較于均值濾波器，中值濾波器能夠較好地保留原來(lái)圖像中的躍變部分。中值濾波算法如下：

假設(shè)有一個(gè)序列s1，s2，…，sm，取濾波窗口長(zhǎng)度為n(n為奇數(shù))，對(duì)此一維序列進(jìn)行中值濾波。首先從輸入序列中依次抽出n個(gè)數(shù)，si-v，…si-1，…,s1,…si+v，其中i為窗口的中心位置，再將這n個(gè)點(diǎn)按數(shù)值大小排列，取其序號(hào)為v=(n-1)/2(正中間的序號(hào))的數(shù)值作為輸出。

yi=Med{si-v，…si-1，…,s1,…si+v}i∈z，v= (n-1)/2

二維序列{xij}進(jìn)行中值濾波時(shí)，濾波窗口也必須是二維的，但濾波窗口的形狀可以不同。二維數(shù)據(jù)的中值濾波可表示為

Yi,j=Med{xij}，A為濾波窗口

用這個(gè)算法對(duì)BMP位圖數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，為其后工作做好準(zhǔn)備。

2.2 利用K-means聚類算法進(jìn)行位圖減色

通常在簇絨工藝中地毯只能含有少量的顏色，而一般的BMP位圖顏色卻很豐富，尤其是真彩色圖像顏色就更多了。過(guò)多顏色在簇絨工藝上很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇亟q機(jī)用線的顏色是有限的，所用地毯花型圖案只能含有較少的顏色。即在使用BMP圖像生成控制文件之前必須對(duì)其進(jìn)行處理，把顏色較多的原圖進(jìn)行減色處理，從而轉(zhuǎn)化為含有少量顏色的新位圖，并利用新的位圖生成控制文件。這就要求新的位圖與原圖形狀盡量相似，在此條件下從BMP圖像的許多顏色中提取工藝所要求的幾種主要顏色，也就是簇絨機(jī)要使用的線的顏色。

K-means算法自1967年由J.B.MacQueen提出后，已經(jīng)成為數(shù)理統(tǒng)計(jì)、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)和數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域應(yīng)用最普遍的聚類算法之一，并衍生出了多種變形算法，共同組成了K-means算法家族；該類算法聚類速度快易于實(shí)現(xiàn)，且適用于文本、圖像特征等多種數(shù)據(jù)的聚類分析[1]。

K-means算法以距離作為相似性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即兩個(gè)對(duì)象距離越近相似性就越高，其目的是得到獨(dú)立的簇。所以要將距離靠近的所有對(duì)象看成一個(gè)簇，最終得到所需要的獨(dú)立簇。其主要操作是：首先將得到的數(shù)據(jù)劃分成若干組數(shù)據(jù)群，然后找出這些數(shù)據(jù)群的中心點(diǎn)，再計(jì)算每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到各個(gè)數(shù)據(jù)群中心點(diǎn)的歐幾里得距離；數(shù)據(jù)點(diǎn)距離哪個(gè)數(shù)據(jù)群中心最近，就將這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)劃分到該數(shù)據(jù)群中心所在的數(shù)據(jù)群。

K-means算法的主要計(jì)算規(guī)則如下：

假設(shè)eu為歐幾里得距離(標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)到聚集中心點(diǎn)的距離)，g為聚集中心點(diǎn)的個(gè)數(shù)，s為所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。(1)首先要依據(jù)實(shí)際選擇出能夠代表g個(gè)數(shù)據(jù)集的聚集中心，以情況而定選擇的方法各有不同，在無(wú)法選擇的情況下可選擇g個(gè)相似度非常低的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為初始的聚集中心。(2)計(jì)算每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分別與g個(gè)聚集中心的距離，該數(shù)據(jù)點(diǎn)距離哪個(gè)聚集中心最近，就將該數(shù)據(jù)點(diǎn)劃分到此聚集，直到所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都劃分完畢。(3)待各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都劃分到所屬的聚集中心后，就利用每個(gè)聚集里的所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)重新計(jì)算新的數(shù)據(jù)群中心。(4)再次計(jì)算每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到所有新的數(shù)據(jù)集中心的距離，再次進(jìn)行劃分。即重復(fù)執(zhí)行(1)、(2)步驟，直到各個(gè)數(shù)據(jù)群里的數(shù)據(jù)點(diǎn)不在發(fā)生變化。

由于初始中心的選擇比較隨機(jī)，所以產(chǎn)生的結(jié)果差異比較大。為使結(jié)果比較可靠，初始聚集中心的選擇尤為重要，可選擇一種改進(jìn)的K-means算法。即在三維歐氏空間中(RGB顏色體系)，把擁有T種顏色的圖像分色為m種顏色時(shí)，先把T個(gè)顏色樣本作為初始聚類中心，事先指定的樣本點(diǎn)應(yīng)是樣本集合中頻度最高的前P個(gè)樣本點(diǎn)；然后在其余的樣本集合中再找出一個(gè)與初始類聚類中心歐氏距離最大的樣本點(diǎn)作為補(bǔ)充的類代表點(diǎn)，依此類推，直到找出m個(gè)聚類中心為止，把它們作為初始聚類中心。對(duì)于P，要根據(jù)該彩色圖像直方圖的特征選取，如果該圖像的顏色分布不均勻，則P=K/3時(shí)分色效果較理想，如果顏色分布均勻，則P=K/2時(shí)分色效果比較好[4]。

通過(guò)聚類算法減色后得到的位圖相比減色前的顏色數(shù)少了很多，且與原圖形狀相似度較高，可達(dá)到簇絨機(jī)使用要求。以此為基礎(chǔ)生成控制信息就可很好地生產(chǎn)出所需要的地毯。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)簇絨機(jī)控制系統(tǒng)中花型位圖處理過(guò)程的幾個(gè)突出問(wèn)題做了較為深入的分析探討，提出了一些合理的技術(shù)設(shè)想。受篇幅所限，只敘述了技術(shù)思路，并未進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

[1] 馮行磊. 簇絨機(jī)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)及圖像處理技術(shù)的試驗(yàn)研究[D]. 太原：太原理工大學(xué)，2009.

[2] 蔣愛(ài)如. 基于MATLAB的激光圖像背景噪聲的處理[J]. 大眾科技，2012，(11):28-29.

[3] 董福洲. 基于智能圖像處理的機(jī)庫(kù)安全監(jiān)控系統(tǒng)[D]. 南昌：南昌大學(xué)，2007.

[4] 梁道雷，黃國(guó)興，金 健. 聚類分析在彩色像景織物分色處理中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2006，33(11):154-156.

2017年紡織行業(yè)質(zhì)量品牌建設(shè)工作計(jì)劃

按照《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于做好2017年工業(yè)質(zhì)量品牌建設(shè)工作的通知》要求和中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)工作部署，2017年中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)品牌工作辦公室將會(huì)同聯(lián)合會(huì)產(chǎn)業(yè)部以及各專業(yè)協(xié)會(huì)就行業(yè)質(zhì)量品牌建設(shè)工作做出以下安排：

1 完善質(zhì)量品牌標(biāo)準(zhǔn)體系

年內(nèi)在《紡織行業(yè)品牌培育管理體系通用要求》(FZ/T 01119-2013)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，按細(xì)分行業(yè)進(jìn)一步細(xì)化通用要求，完成操作性更強(qiáng)的《品牌培育管理體系實(shí)施指南—紡織行業(yè)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)及制定。

2 繼續(xù)推進(jìn)品牌培育管理體系宣貫及人才隊(duì)伍建設(shè)

(1)在各專業(yè)協(xié)會(huì)配合下，依據(jù)《紡織行業(yè)品牌培育管理體系通用要求》(FZ/T 01119-2013)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和《品牌培育管理體系實(shí)施指南—紡織行業(yè)》，按細(xì)分行業(yè)對(duì)50家企業(yè)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)宣貫；

(2)組織企業(yè)人員開(kāi)展首席品牌官和品牌經(jīng)理專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，培育人次分別為50和100人次。

3 繼續(xù)開(kāi)展企業(yè)品牌診斷及培育試點(diǎn)示范工作

(1)組織各專業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)50家企業(yè)品牌現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研和問(wèn)題診斷，提出診斷報(bào)告50份；

(2)由各專業(yè)協(xié)會(huì)推薦，對(duì)50家企業(yè)開(kāi)展年度品牌培育試點(diǎn)工作，發(fā)展15家品牌培育示范企業(yè)。

4 開(kāi)展行業(yè)品牌文化及品牌之旅形式的經(jīng)驗(yàn)交流活動(dòng)

(1)推進(jìn)企業(yè)主體的文化創(chuàng)意中心建設(shè)，鼓勵(lì)企業(yè)開(kāi)發(fā)基于地方特色和本身產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)的文化旅游線路；

(2)組織品牌培育試點(diǎn)企業(yè)走進(jìn)示范企業(yè)進(jìn)行交流互動(dòng)活動(dòng)，推廣典型案例。

5 深化區(qū)域品牌建設(shè)

(1)繼續(xù)開(kāi)展產(chǎn)業(yè)集群區(qū)域品牌試點(diǎn)建設(shè)，幫助地方進(jìn)行品牌示范區(qū)的有效規(guī)劃和實(shí)施；

(2)組織推薦產(chǎn)業(yè)集群進(jìn)行參評(píng)品牌培育示范區(qū)；

(3)組織區(qū)域品牌試點(diǎn)地區(qū)開(kāi)展交流互動(dòng)活動(dòng)。

6 繼續(xù)開(kāi)展群眾性質(zhì)量管理工作

(1)按照中國(guó)質(zhì)量協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《質(zhì)量管理小組活動(dòng)準(zhǔn)則》和《質(zhì)量信得過(guò)班組活動(dòng)準(zhǔn)則》對(duì)企業(yè)進(jìn)行質(zhì)量管理小組、質(zhì)量信得過(guò)班組工作方法的培訓(xùn)、交流工作；

(2)開(kāi)展質(zhì)量管理小組、質(zhì)量信得過(guò)班組工作成果的交流、評(píng)比、表彰工作。

7 繼續(xù)開(kāi)展卓越績(jī)效評(píng)價(jià)準(zhǔn)則對(duì)標(biāo)和行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)評(píng)比工作

(1)按照《卓越績(jī)效評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》(GB/T 19580-2012)和《卓越績(jī)效評(píng)價(jià)準(zhǔn)則實(shí)施指南》(GB/Z 19579-2012)要求，對(duì)企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)、宣貫、診斷工作；

(2)按照《全國(guó)紡織行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)評(píng)審管理辦法》的要求，對(duì)2012、2013年獲得“紡織行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)”和“紡織行業(yè)實(shí)施卓越績(jī)效模式先進(jìn)企業(yè)獎(jiǎng)”企業(yè)進(jìn)行復(fù)審。

8 支持行業(yè)企業(yè)之間建立質(zhì)量品牌培育聯(lián)盟，并納入工信部統(tǒng)一安排

按照工信部科技司部署，征求企業(yè)意見(jiàn)，鼓勵(lì)企業(yè)自發(fā)組建品牌聯(lián)盟，開(kāi)展聯(lián)盟成員互助。

(摘自：中國(guó)紡織網(wǎng))

Research on Image Processing Technology of Tufting Machine Based on BMP Bitmap

LI Wen-bo, QIANG Shao-wei

(School of Computer Science, Xi′an Engineering University, Xi′an 710048, China)

Based on BMP bitmap, the image processing technology of tufting machine was studied. About denoising processing, hypochromicity and other related problems of the tufting machine control system pattern files were discussed. The imagine of denoising by median filtering algorithm and hypochromicity of BMP bitmap for too much color by improved K-means algorithm was detailed.

tufting machine; BMP; pattern; image processing; technical assumption

2017-03-23

李文博(1990-)，男，陜西寶雞人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚怼?/p>

TS103.3

A

1673-0356(2017)06-0009-03