CN112798108A - 一种瓷砖自适应分色方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种瓷砖自适应分色方法及装置。对于采集的瓷砖图像进行预处理、分版和分色，分色包括开色和分色两个流程。预处理包括根据标定区域三通道值对图像进行灰度值校正的过程。分版包括正交旋转模板并对应提取纹理特征，基于模板的特征空间进行时空约束的相关滤波及相似度评估的过程。开色包括初始色号的特征中心及特征分布范围确定的过程，以及新色号的特征中心及特征分布范围确定的过程，在已统计色号中匹配瓷砖颜色特征的过程。本发明无需提前配置标准模板，依据瓷砖生产过程的特点，自动完成对各批次瓷砖的分版。本发明无需配置标准色号，能够自适应地完成对各色号的开色，并且随着检测数量的增加，使开色和分色结果越趋向准确。
Description
技术领域
本发明涉及计算机视觉处理技术领域，尤其是一种瓷砖自适应分色方法及装置。
背景技术
瓷砖的生产过程为将颜色、花纹和图案通过喷墨机喷印在毛坯，然后毛坯依次经过窑炉烧结及抛光处理为最终瓷砖。目前市场上的瓷砖主要有固定板纹、连纹、无限连纹等类型，其中，连纹砖因其能完整呈现天然石材的纹理，具有连贯、大气、简约的装饰特点，近年来受到市场消费者的欢迎。
连纹瓷砖单块瓷砖的尺寸在600×1200mm至2400×1200mm，拼接后的尺寸已经远超过窑炉能够一次生产的尺寸。因而连纹砖在生产过程中往往切割为多个子板生产，每个子板的图案都较为复杂且不重复，给后续的分拣打包带来了不少困难。此外，瓷砖由于各个生产环节中不确定因素的影响，例如材料配比、窑炉温度等多种因素影响，即便同一图案的瓷砖也会有颜色偏差，陶瓷厂在最终打包之前需要按照瓷砖的图案进行分版，并且按照瓷砖的偏色情况进行分色。
目前，瓷砖生产线中的分版分色主要依靠工人目视区分及手动标记，然后分拣设备通过识别人工标记实现瓷砖的分拣打包。但人工检测方式存在极限，一般不会超过6个板面图案，否则检测的准确性无法保证。此外，工人在长时间工作后难免发生疲劳和注意力分散，导致检测效率低、准确率不稳定。而且现有方式无法兼顾分版和分色，只能作为两个独立工序来完成，花费了大量的人工劳动。
现有分版过程是由工人实时将流水线上的瓷砖与模板瓷砖对比，找出当前瓷砖在模板瓷砖中对应的子版位置并标记版号。但由于人工识别的速度有限，一般无法区分纹理过于复杂或子板数量过多的连纹砖。
现有分色过程包括线下开色与线上分色两个步骤。线下开色是将随机抽样出的瓷砖平铺在光线充足的房间中，从而确定该批次瓷砖的色号总数。线上分色则是根据开色结果，将流水线上的瓷砖与模板进行实时比对并标记色号。
现有检测方法要求检测人员具备丰富的工作经验、灵活应变和长时间工作的能力。但即使如此，由于人工检测主观性强，在长时间疲劳后以及图案、颜色较多的情况下极易出现分版、分色错误的情况，造成生产和销售上的损失。
现有通过机器进行分版/分色的方案，例如采用基于深度学习模型的瓷砖分版方法，其需要样本进行预训练，其首先，利用相机采集不同图案瓷砖的图像，建立起一定规模的数据库；然后，根据图像与图案标签之间的对应关系对模型进行训练；最后，利用训练好的模型对瓷砖进行在线分版检测。这种方法的问题是需要预先训练模型，而且训练好的模型无法直接用于不同批次的瓷砖图案，因而难以在实际生产过程中进行部署。
又或者现有的瓷砖自动分色方法是首先利用相机采集图像，然后提取出瓷砖图像的颜色特征，与预先采集的模板图像的颜色特征进行比对，当小于预设阈值时则确定为当前色号，否则确定为新色号。这类方法的问题是需要各个色号的标准板，而色号在生产开始前是无法预知的，因此在实施过程中存在困难。而且预设固定阈值的做法针对不同图案、不同生产批次的适应性较差，而产业工人显然缺乏调节***工作的专业知识，给实际部署造成了困难。
上述的现有方案记载于部分现有文献中，例如“CN204116238U-一种瓷砖纹理在线检测分类装置”给出了一种陶瓷纹理检测分类装置，但是未说明具体分类方法。“CN103324759B-一种瓷砖智能识别设备”给出了一种用于相似瓷砖的搜索和比较设备，用于在智能平台上快速检索相似瓷砖图案，无法用于生产线上的在线检测分类。“CN109614994A-一种瓷砖分类识别方法及装置”给出了一种利用计算机视觉和深度学习对瓷砖进行分类的方法及装置，但是该方案需要预训练模型以达到较好的分类效果，在实际生产过程中难以部署。“CN202010275495-一种用于瓷砖分级分色的检测装置-申请公开”给出了一种陶瓷分色装置，但是未说明其分色方法。“CN201911403603-一种瓷砖分拣***-申请公开”给出了一种用于瓷砖分色的分拣***，但未说明具体分色方法和流程。“CN201911403922-一种生成色差检测模型、瓷砖分色方法及装置-申请公开”给出了一种利用深度残差网络提取颜色特征并实现分色的方法，但是该方法要求预先采集大规模的训练数据集，在实际生产过程中难以部署。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种瓷砖自适应分色方法及装置，不依赖于预先给出的瓷砖图案模板及标准色号模板，自动完成对瓷砖的分版，以及自适应地完成对各版型瓷砖的分色。
本发明采用的技术方案如下：
一种瓷砖自适应分色方法，包括：
A.对输入的瓷砖图像进行预处理，得到瓷砖区域图像的步骤；
B.对瓷砖区域图像基于其纹理进行分版的步骤；
C.分别对于每一版式的瓷砖进行分色的步骤，包括开色和分色两个流程：
开色流程：
从输入的第一幅瓷砖区域图像开始，统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出当前色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例范围的颜色特征作为当前色号的特征分布范围；
分色流程：
在对应版式的颜色特征空间中，判断当前瓷砖区域图像的颜色特征是否落入已记录的色号的特征分布范围内，若是，则以所落入的特征分布范围所对应的色号作为当前瓷砖区域图像对应的色号，否则，将当前瓷砖区域图像的颜色特征添加为新色号，并以下方法确定该新色号的特征中心及特征分布范围：
统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出新色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例的颜色特征作为该新色号的特征分布范围。
进一步的，所述步骤B包括：将第一幅瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加进模板库，包括将瓷砖区域图像保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度四个角度，并分别提取对应的纹理特征。对后续的瓷砖区域图像，提取其纹理特征，将所提取的纹理特征在所述模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算，并寻找响应值最大的位置；再对所检测的瓷砖区域图像与匹配的模板库中的模板进行相似度评估，若评估的相似度在给定的阈值之上，则以匹配的模板对应的版号作为当前瓷砖区域图像对应的版号，否则，将当前瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加到模板库。
进一步的，所述模板库设定有模板数量上限。若当前的瓷砖区域图像的纹理特征与所述模板库中各模板的纹理特征间的相似度均小于给定阈值，而所述模板库中的模板已达到数量上限，则对于当前的瓷砖区域图像，将其与所述模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算时响应值最大位置对应的版号作为当前的瓷砖区域图像对应的版号。
进一步的，所述步骤A中的预处理包括灰度值校正、前景分割和几何变换的过程；其中，所述灰度值校正的过程包括：根据瓷砖图像中标定区域三通道值对瓷砖图像整体进行灰度值校正。
进一步的，所述瓷砖图像通过瓷砖图像采集装置采集得到，所述瓷砖图像采集装置包括瓷砖传输装置、图像采集装置和机架，所述瓷砖传输装置安装于所述机架上，所述图像采集装置设置于所述瓷砖传输装置的传输路径上；所述瓷砖传输装置包括导正装置和传送带，所述导正装置设置于所述传送带前端；所述图像采集装置包括暗室、线光源、旋转编码器、光电开关和线阵工业相机；所述暗室罩设于所述传送带上；所述线光源和线阵工业相机均安装于所述暗室内、所述传送带上方，所述线光源的光照区域和所述线阵工业相机的成像区域重合；所述暗室内、所述传送带侧边设置有标定物；所述旋转编码器与传送带保持同步运动，所述光电开关安装在所述暗室内，所述旋转编码器和所述光电开关分别连接所述线阵工业相机。
为解决上述全部或部分问题，本发明还提供了一种瓷砖自适应分色装置，包括图像处理装置，所述图像处理装置包括依次连接的图像预处理单元、瓷砖分版单元、瓷砖分色单元和结果输出单元。其中：
所述图像预处理单元被配置为：对输入的瓷砖图像进行预处理，输出瓷砖区域图像；
所述瓷砖分版单元被配置为：对所述瓷砖区域图像基于其纹理进行分版；
所述瓷砖分色单元被配置为：分别对各版式的瓷砖区域图像进行分色，包括开色和分色两个流程；其中：
开色流程：从输入的第一幅瓷砖区域图像开始，统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出当前色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例范围的颜色特征作为当前色号的特征分布范围；
分色流程：在对应版式的颜色特征空间中，判断当前瓷砖区域图像的颜色特征是否落入已记录的色号的特征分布范围内，若是，则以所落入的特征分布范围所对应的色号作为当前瓷砖区域图像对应的色号，否则，将当前瓷砖区域图像的颜色特征添加为新色号，并以下方法确定该新色号的特征中心及特征分布范围：统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出新色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例的颜色特征作为该新色号的特征分布范围。
进一步的，所述瓷砖分版单元被配置为：将第一幅瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加进模板库，包括将瓷砖区域图像保留度、旋转度、旋转和旋转度四个角度，并分别提取对应的纹理特征；对后续的瓷砖区域图像，提取其纹理特征，将所提取的纹理特征在所述模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算，并寻找响应值最大的位置；再对所检测的瓷砖区域图像与匹配的模板库中的模板进行相似度评估，若评估的相似度在给定的阈值之上，则以匹配的模板对应的版号作为当前瓷砖区域图像对应的版号，否则，将当前瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加到模板库。
进一步的，所述模板库设置有模板数量的上限；若当前的瓷砖区域图像的纹理特征与模板库中各模板的纹理特征间的相似度均小于给定阈值，而模板库中的模板已达到数量上限，则将当前的瓷砖区域图像与模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算时响应值最大位置对应的版号作为当前的瓷砖区域图像对应的版号。
进一步的，所述图像预处理单元对输入的瓷砖图像的预处理包括灰度值校正、前景分割和几何变换的过程；所述灰度值校正的过程包括：根据瓷砖图像中标定区域三通道值对瓷砖图像整体进行灰度值校正。
进一步的，装置还包括瓷砖图像采集装置，所述瓷砖图像采集装置包括瓷砖传输装置、图像采集装置和机架，所述瓷砖传输装置安装于所述机架上，所述图像采集装置设置于所述瓷砖传输装置的传输路径上；所述瓷砖传输装置包括导正装置和传送带，所述导正装置设置于所述传送带前端；所述图像采集装置包括暗室、线光源、旋转编码器、光电开关和线阵工业相机；所述暗室罩设于所述传送带上；所述线光源和线阵工业相机均安装于所述暗室内、所述传送带上方，所述线光源的光照区域和所述线阵工业相机的成像区域重合；所述暗室内、所述传送带侧边设置有标定物；所述旋转编码器与传送带保持同步运动，所述光电开关安装在所述暗室内，所述旋转编码器和所述光电开关分别连接所述线阵工业相机；所述线阵工业相机连接所述图像处理装置。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明无需提前配置标准模板，依据瓷砖生产过程的特点，自动完成对各批次瓷砖的分版。
2、本发明在分版环节配置了模板库，分别存储模板4个角度的图像和特征，便于与模板间的匹配运算，能够提高特征匹配的准确性和便捷性。同时，设置了模糊匹配的过程而不需要逐一计算相似度，大幅提高了匹配效率。
3、本发明能够适应于瓷砖图案的数量对瓷砖进行分版，并且能够保障分版的准确性。
4、本发明无需配置标准色号，能够自适应地完成对各色号的开色，并且随着检测数量的增加，使开色和分色结果越趋向准确。
5、本发明装置能够完成对同版型、同色号瓷砖的分区、同向分拣。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是瓷砖自适应分色方法流程图。
图2是瓷砖分色环节的流程图。
图3是瓷砖分版环节一个实施例的流程图。
图4是瓷砖分版环节另一实施例的流程图。
图5是瓷砖图像预处理环节的流程图。
图6是瓷砖图像采集装置的俯视图。
图7是瓷砖图像采集装置的侧视图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例一
一种瓷砖自适应分色方法，如图1所示，包括：
A.对输入的瓷砖图像进行预处理，得到瓷砖区域图像的步骤。
对于瓷砖图像的预处理步骤，如图5所示，流程包括灰度值校正、前景分割和几何变换的过程。首先根据瓷砖图像中标定区域三通道值对瓷砖图像整体进行灰度值校正，以消除光源亮度、相机响应造成的图像灰度值变化。然后通过前景分割确定瓷砖区域的位置，并利用形态学处理去除干扰区域。最后定位瓷砖区域的四个角点并通过几何变换对方位进行修正，消除偏角，提取出瓷砖区域图像。
上述的标定区域，为在瓷砖图像中设计的参照区域，在一些实施例中，为在瓷砖图像采集环节，在瓷砖附近设置的标定物对应于瓷砖图像中的区域。标定区域三通道值作为参考值，对瓷砖图像进行颜色校正，以将各瓷砖图像的图像灰度校正到最真实的状态，以消除外界环境带来的噪声对分版结果的影响。
上述瓷砖图像利用瓷砖图像采集装置采集。在一些实施例中，如图6、7所示，瓷砖图像采集装置包括机架201，机架201上安装有瓷砖传输装置101，在瓷砖传输装置101的传输路径上设置有图像采集装置102，瓷砖传输装置101包括导正装置203和传送带202，导正装置203设置于传送带202前端；图像采集装置102包括暗室204、线光源205、旋转编码器206、光电开关207和线阵工业相机210。其中，暗室204罩设于瓷砖传输装置101的传送带202上，用于遮挡环境光，以保持图像采集亮度一致，以及遮挡粉尘，保证内部设备清洁。线光源205和线阵工业相机210均安装于所述暗室204内、传送带202上方，线光源205的光照区域和线阵工业相机210的成像区域重合(例如成像区域对准光照区域)；优选线阵工业相机210的视场垂直于传送带202的前进方向。在暗室204内、传送带202侧边，设置有标定物208(对应图像中的标定区域)。线光源205可以常亮，也可以在拍摄瓷砖图像时被点亮。旋转编码器206与传送带202保持同步运动，可以安装在机架201上、传送带202下方与传送带202接触的地方，或者安装在传送带202电机转动轴上。光电开关207安装在暗室204内，根据选型可安装于传送带202侧边、上方或下方。旋转编码器206和光电开关207分别连接线阵工业相机210。将瓷砖放置到传送带202前端，传送带202带动瓷砖运动，瓷砖在导正装置203的作用下导正位姿；旋转编码器206随传送带202的带动下旋转以输出行触发信号，光电开关207在感应到瓷砖到达线阵工业相机210的视场时输出帧触发信号，从而实现对瓷砖图像的采集。线阵工业相机210采集的图像传输到图像处理装置103进行存储、处理，例如进行分版、分色的处理。
在实际应用中，旋转编码器206和光电开关207因装置的抖动等原因，输出信号存在噪声，因此，优选的，旋转编码器206和光电开关207分别经消抖电路209连接到线阵工业相机210，以分别对行触发信号和帧触发信号进行消抖处理。消抖电路209在一些实施例中，可以制作为接口电路板的结构，即配置有接口，以方便插拔式连接，消抖电路209在一些实施例中，安装于机架201上(如传送带202下方)，或者安装于暗室204内。
上述瓷砖图像采集装置还可进一步扩展为瓷砖分拣***，在传送带202的后端设置分拣装置105,该分拣装置105连接到图像处理装置103，根据图像处理装置103的分版/分色结果将对应瓷砖分拣到相应的位置。为了便于对瓷砖类别进行区分，可以选择对瓷砖进行标记，基于此考虑，可选的，在瓷砖图像采集装置和分拣装置105之间，设置有标记装置104，该标记装置104设置于传送带202侧边。标记装置104连接图像处理装置103，根据图像处理装置的分版/分色结果，将对应标记的内容标记到运行于传送带上的瓷砖的侧面，例如通过喷印的方式，将标记(如色号、版号、次序等)喷印在瓷砖的侧面。
B.对瓷砖区域图像基于其纹理进行分版的步骤。
在从瓷砖图像中获取瓷砖区域图像后，根据瓷砖区域图像的纹理特征对瓷砖区域图像进行归类。如图3所示，首先构建模板库，在起始时，模板库中尚无模板，对于第一幅瓷砖区域图像，默认作为第一个模板被添加到模板库中，并生成对应的纹理特征，设定第一幅瓷砖区域图像对应的版号(如以在模板库的特征空间中的序号作为版号)。由于瓷砖的方向不同，纹理特征也不同，因此添加到模板库时，会保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度四个角度的纹理特征，即分别将瓷砖区域图像保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度，并分别提取对应的纹理特征。
对于后续检测的瓷砖区域图像，均提取其纹理特征，将所提取的纹理特征在模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算，并寻找响应值最大的位置。根据响应值最大的位置对应得到当前瓷砖区域图像的疑似版号和旋转位置。再对所检测的瓷砖区域图像与匹配的模板库中的模板进行相似度评估，通常为纹理特征间的相似度评估，若评估的相似度小于给定的阈值(或者相似距离大于对应给定的阈值)，则说明当前瓷砖区域图像不在模板库中，将当前瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加到模板库，若评估的相似度在给定的阈值之上，则说明当前瓷砖区域图像在模板库中存在相同的版型，以匹配的模板对应的版号作为当前瓷砖区域图像对应的版号。优选在输出所检测瓷砖(即当前的瓷砖)的版号时，还输出瓷砖相对于模板的旋转角度，以便于分拣排列。
在一些实施方式中，上述过程包括：
构建模板库的过程：将第一幅瓷砖区域图像分别保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度四个角度，得到4副图像，分别提取各幅图像的纹理特征，将各幅图像对应的纹理特征添加到模板库中，得到序号分别为1、2、3、4的模板。
对于新输入的瓷砖区域图像，提取其纹理特征，将所提取的纹理特征与模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算，并寻找响应值最大的位置，以此初步确定瓷砖区域图像的版号和旋转角度。再计算新输入的瓷砖区域图像的纹理特征和响应值最大位置的纹理特征间的相似度。在相似度小于给定阈值时，将新输入的瓷砖区域图像在4个角度(保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270)下的图像及对应的纹理特征(4个特征向量)添加到模板库中，作为新的模板，例如第二幅瓷砖区域图像在作为新的模板时，得到序号分别为5、6、7、8的模板。在相似度位于给定阈值之上时，则将所匹配的模板对应的版号作为新输入的瓷砖区域图像对应的版号。
所谓的模板对应的版号，可以是模板的序号，也可以是对应同一瓷砖的各模板设定同一个版号，例如上述的序号1、2、3、4的模板对应版号一，序号5、6、7、8的模板对应版号二。
对于瓷砖的分版结果，可以限定版型的数量。例如可对该瓷砖类型进行限制，如固定版面、连纹砖、无限连纹砖。对应的分版结果中，固定板面可限定输出一种版型；含n个(n为正整数)图案(版型)的连纹砖可限定至多输出n种版型。在实际分版过程中，由于瓷砖生产时，相同版型的瓷砖也难免会有偏差，而机器分版可能会对此种情况下的瓷砖视为新的版型。对此，尤其针对连纹砖，如图4所示，在限定输出版型数量上限(可通过限定模板库中模板数量的上限实现)的前提下，若新输入的(当前的)瓷砖区域图像的纹理特征与模板库中各模板的纹理特征间的相似度均小于给定阈值，而模板库中的模板已达到数量上限，即无法再将新输入的瓷砖区域图像视为新的版型，则对于新输入的瓷砖区域图像，将其与模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算时响应值最大位置对应的版号作为该新输入瓷砖区域图像对应的版号。
C.分别对于每一版式(对应一个版号)的瓷砖进行分色的步骤。
如图2所示，上述的步骤C包括开色和分色两个流程。
开色流程：
从第一幅瓷砖区域图像开始(针对每一版式均如此)，对于输入的瓷砖区域图像，统计一定数量(可设定)的颜色特征分布，确定出当前色号的颜色特征分布中心和范围。该过程基于以下假设：制造的瓷砖靠前面一部分的颜色趋于稳定，即该部分瓷砖的颜色属于同一色号，统计该部分瓷砖的颜色特征，即可确定这个色号的特征中心及特征分布范围。
颜色特征提取为：在预设颜色空间中，统计瓷砖区域图像的颜色平均值。预设颜色空间包括：RGB(红绿蓝)、HSV(色调、饱和度、明度)、YUV(亮度、蓝色分量、红色分量)、Lab(亮度、绿红分量、蓝黄分量)。对瓷砖区域图像提取的颜色特征，可以是在某一颜色空间(如RGB)中完成，也可以是在多个颜色空间中完成，各通道的颜色特征值可赋以不同大小的权值来平衡各个通道在分色中的作用。
对于当前色号，在统计过程中，寻找靠特征中心的预定比例(如70％～95％，如80％)瓷砖区域图像的颜色特征在空间中聚集的位置，并据此过滤一定比例(即前述预定比例外的其他数据)的奇异值点，得到更为准确的当前色号的特征中心及特征分布范围。色号的特征中心和特征分布范围会随着对应版型的瓷砖区域图像输入数量的增加进行自适应的调整，特征中心和特征分布范围也更加准确。当添加新色号时，新色号的特征中心及特征分布范围按照同样的方法统计得到。这样可以避免因人工干预造成分色数目过多或过少的情况。若瓷砖区域图像的颜色特征落入某色号的特征分布范围，则将该瓷砖区域图像判定为该色号。
分色流程：
在线分色即为在对瓷砖进行分版后，对于每一个版式，在对应版式的颜色特征空间中，寻找当前瓷砖区域图像的颜色特征最接近的特征中心对应的色号作为当前瓷砖区域图像的色号(当前瓷砖区域图像的颜色特征必然在该特征中心对应色号颜色特征的特征分布范围内，即当前瓷砖区域图像的颜色特征所落入的特征分布范围对应的色号)。若当前瓷砖区域图像的颜色特征不在已统计的色号的特征分布范围内，或者当前瓷砖区域图像的颜色特征距离所有已统计的色号特征中心的距离均超过分色阈值时，则将当前瓷砖区域图像的颜色特征添加为新的色号，后续的统计进一步确定该新色号的特征中心及特征分布范围，即通过前述在线开色过程自适应得到：(从当前瓷砖区域图像开始)统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出新色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例的颜色特征作为该新色号的特征分布范围。所述的分色阈值是利用在线开色过程中自适应计算出的特征分布范围所确定。
实施例二
一种瓷砖自适应分色装置，包括图像处理装置，该图像处理装置包括依次连接的图像预处理单元、瓷砖分版单元、瓷砖分色单元和结果输出单元。其中：
图像预处理单元被配置为：对输入的瓷砖图像进行预处理，输出瓷砖区域图像。
如图5所示，预处理包括灰度值校正、前景分割和几何变换的过程。其中，灰度值校正为根据瓷砖图像中标定区域三通道值对瓷砖图像整体进行灰度值校正，以消除光源亮度、相机响应造成的图像灰度值变化。对图像进行前景分割确定出瓷砖区域的位置，并利用形态学处理去除干扰区域。几何变换过程即修正图像方位的过程，通过定位瓷砖区域的四个角点，再进行几何变换，完成对瓷砖区域方位的修正，消除其偏角，提取出瓷砖区域图像。
所述的标定区域，为在瓷砖图像中设计的参照区域，在一些实施例中，为在瓷砖图像采集环节，在瓷砖附近设置的标定物对应于瓷砖图像中的区域。标定区域三通道值作为参考值，对瓷砖图像进行颜色校正，以将各瓷砖图像的图像灰度校正到最真实的状态，以消除外界环境带来的噪声对分版结果的影响。
瓷砖分版单元，被配置为：对于输入的瓷砖区域图像，根据其纹理特征进行分版。
瓷砖分版单元配置有模板库，该模板库将输入的第一幅瓷砖区域图像及其对应的纹理特征作为模板，模板库中的模板设定有版号。具体而言，如图3所示，将瓷砖区域图像作为模板添加到模板库时，会分别将瓷砖区域图像保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度，并分别提取对应的纹理特征。例如将第一幅瓷砖区域图像分别保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度四个角度，得到4副图像，分别提取各幅图像的纹理特征，将各幅图像对应的纹理特征添加到模板库中，得到序号分别为1、2、3、4的模板。可以以模板序号作为版号，或者为对应于同一瓷砖的模板设定一个版号，例如上述的序号1、2、3、4的模板对应版号一。
对于后续输入的瓷砖区域图像，均提取其纹理特征，将所提取的纹理特征在模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算，并寻找响应值最大的位置(如模板的序号)。根据响应值最大的位置对应得到当前瓷砖区域图像的疑似版号和旋转位置(角度)。对输入的瓷砖区域图像与匹配的模板库中的模板进行相似度评估，若评估的相似度小于给定的阈值，则说明当前瓷砖区域图像不在模板库中，将当前瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加到模板库(同样是将新输入的瓷砖区域图像在4个角度(保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270)下的图像及对应的纹理特征(4个特征向量)添加到模板库中)；若评估的相似度在给定的阈值之上，则说明书当前瓷砖区域图像在模板库中存在相同的版型，以匹配的模板对应的版号作为当前瓷砖区域图像对应的版号。
通常来讲，瓷砖有较为通用的分类，如固定版面、连纹砖、无限连纹砖。对于不同的类型，可以对分版结果进行限定(可通过对模板库中模板的数量进行限定来实现)。对应的分版结果中，固定板面可限定输出一种版型；含n个(n为正整数)图案(版型)的连纹砖可限定至多输出n种版型。
在实际分版过程中，由于瓷砖生产时，相同版型的瓷砖也难免会有偏差，而机器分版可能会对此种情况下的瓷砖视为新的版型。对此，如图4所示，在限定输出版型数量上限的前提下，若新输入的瓷砖区域图像的纹理特征与模板库中各模板的纹理特征间的相似度均小于给定阈值，而模板库中的模板所对应的版号已达到输出版型数量上限，即无法再将新输入的瓷砖区域图像视为新的版型，则对于输入的瓷砖区域图像，将其与模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算时响应值最大位置对应的版号作为该新输入瓷砖区域图像对应的版号。
瓷砖分色单元，被配置为：分别对各版式的瓷砖区域图像进行分色。过程包括开色和分色两个流程，如图2所示。
开色流程：
对于输入的瓷砖区域图像，统计一定数量的颜色特征分布，确定出当前色号的颜色特征分布中心和范围。该过程基于以下假设：制造的瓷砖靠前面一部分的颜色趋于稳定，即该部分瓷砖的颜色属于同一色号，统计该部分瓷砖的颜色特征，即可确定这个色号的特征中心及特征分布范围。色号的特征中心和特征分布范围会随着对应版型的瓷砖区域图像输入数量的增加进行自适应的调整，特征中心和特征分布范围也更加准确，可以避免因人工干预造成分色数目过多或过少的情况。
颜色特征提取为：在预设颜色空间中，统计瓷砖区域图像的颜色平均值。预设颜色空间包括：RGB(红绿蓝)、HSV(色调、饱和度、明度)、YUV(亮度、蓝色分量、红色分量)、Lab(亮度、绿红分量、蓝黄分量)。对瓷砖区域图像提取的颜色特征，可以是在某一颜色空间(如RGB)中完成，也可以是在多个颜色空间中完成，各通道的颜色特征值可赋以不同大小的权值来平衡各个通道在分色中的作用。
在统计过程中，寻找预定比例(如70％～95％，如80％)瓷砖区域图像的颜色特征在空间中聚集的位置，并据此过滤一定比例(即前述预定比例外的其他数据)的奇异值点，得到更为准确的当前色号的特征中心及特征分布范围。当添加新色号时，新色号的特征中心及特征分布范围按照同样的方法统计得到。若瓷砖区域图像的颜色特征落入某色号的特征分布范围，则将该瓷砖区域图像判定为该色号。
分色流程：
在线分色即为在对瓷砖进行分版后，对于每一个版式，在对应版式的颜色特征空间中，寻找当前瓷砖区域图像的颜色特征最接近的特征中心对应的色号作为当前瓷砖区域图像的色号(当前瓷砖区域图像的颜色特征必然在该特征中心对应色号颜色特征的特征分布范围内，即当前瓷砖区域图像的颜色特征所落入的特征分布范围对应的色号)。若当前瓷砖区域图像的颜色特征不在已统计的色号的特征分布范围内，则将当前瓷砖区域图像的颜色特征添加为新的色号，后续的统计进一步确定该新色号的特征中心及特征分布范围，即通过前述在线开色过程自适应得到。
结果输出单元，被配置为：输出对应瓷砖的版号和/或色号。或者还输出瓷砖相对于模板的旋转角度，以便于分拣时的排列。
实施例三
如图6、7所示，本实施例公开了一种瓷砖图像采集装置，包括机架201，机架201上安装有瓷砖传输装置101，在瓷砖传输装置101的传输路径上设置有图像采集装置102，瓷砖传输装置101包括导正装置203和传送带202，导正装置203设置于传送带202前端；图像采集装置102包括暗室204、线光源205、旋转编码器206、光电开关207和线阵工业相机210。其中，暗室204罩设于瓷砖传输装置101的传送带202上，用于遮挡环境光，以保持图像采集亮度一致，以及遮挡粉尘，保证内部设备清洁。线光源205和线阵工业相机210均安装于所述暗室204内、传送带202上方，线光源205的光照区域和线阵工业相机210的成像区域重合(例如成像区域对准光照区域)；优选线阵工业相机210的视场垂直于传送带202的前进方向。在暗室204内、传送带202侧边，设置有标定物208(对应图像中的标定区域)。线光源205可以常亮，也可以在拍摄瓷砖图像时被点亮。旋转编码器206与传送带202保持同步运动，可以安装在机架201上、传送带202下方与传送带202接触的地方，或者安装在传送带202电机转动轴上。光电开关207安装在暗室204内，根据选型可安装于传送带202侧边、上方或下方。旋转编码器206和光电开关207分别连接线阵工业相机210。将瓷砖放置到传送带202前端，传送带202带动瓷砖运动，瓷砖在导正装置203的作用下导正位姿；旋转编码器206随传送带202的带动下旋转以输出行触发信号，光电开关207在感应到瓷砖到达线阵工业相机210的视场时输出帧触发信号，从而实现对瓷砖图像的采集。线阵工业相机210采集的图像传输到图像处理装置103进行存储、处理，例如进行上述的分版、分色的处理。
在实际应用中，旋转编码器206和光电开关207因装置的抖动、外界信号的干扰等原因，输出信号存在噪声，因此，优选的，旋转编码器206和光电开关207分别经消抖电路209连接到线阵工业相机210，以分别对行触发信号和帧触发信号进行消抖处理。消抖电路209在一些实施例中，可以制作为接口电路板的结构，即配置有接口，以方便插拔式连接，消抖电路209在一些实施例中，安装于机架201上(如传送带202下方)，或者安装于暗室204内。
在上述瓷砖图像采集装置基础上，本实施例还提供了一种瓷砖分拣***，其在瓷砖图像采集装置的传送带202的后端设置分拣装置105,该分拣装置105连接到图像处理装置103，根据图像处理装置103的分版/分色结果将对应瓷砖分拣到相应的位置，分拣时还根据分版时计算的旋转角度对应调整瓷砖的角度，使同一版型/色号的瓷砖角度统一。为了便于对瓷砖类别进行区分，可以选择对瓷砖进行标记，基于此考虑，可选的，在瓷砖图像采集装置和分拣装置105之间，设置有标记装置104，该标记装置104设置于传送带202侧边。标记装置104连接图像处理装置103，根据图像处理装置的分版/分色结果，将对应标记的内容标记到运行于传送带上的瓷砖的侧面，例如通过喷印的方式，将标记(如色号、版号、次序等)喷印在瓷砖的侧面。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种瓷砖自适应分色方法，其特征在于，包括：
A.对输入的瓷砖图像进行预处理，得到瓷砖区域图像的步骤；
B.对瓷砖区域图像基于其纹理进行分版的步骤；
C.分别对于每一版式的瓷砖进行分色的步骤，包括开色和分色两个流程：
开色流程：
从输入的第一幅瓷砖区域图像开始，统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出当前色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例范围的颜色特征作为当前色号的特征分布范围；
分色流程：
在对应版式的颜色特征空间中，判断当前瓷砖区域图像的颜色特征是否落入已记录的色号的特征分布范围内，若是，则以所落入的特征分布范围所对应的色号作为当前瓷砖区域图像对应的色号，否则，将当前瓷砖区域图像的颜色特征添加为新色号，并以下方法确定该新色号的特征中心及特征分布范围：
统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出新色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例的颜色特征作为该新色号的特征分布范围。
2.如权利要求1所述的瓷砖自适应分色方法，其特征在于，所述步骤B包括：
将第一幅瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加进模板库，包括将瓷砖区域图像保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度四个角度，并分别提取对应的纹理特征；
对后续的瓷砖区域图像，提取其纹理特征，将所提取的纹理特征在所述模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算，并寻找响应值最大的位置；再对所检测的瓷砖区域图像与匹配的模板库中的模板进行相似度评估，若评估的相似度在给定的阈值之上，则以匹配的模板对应的版号作为当前瓷砖区域图像对应的版号，否则，将当前瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加到模板库。
3.如权利要求2所述的瓷砖自适应分色方法，其特征在于，所述模板库设定有模板数量上限；
若当前的瓷砖区域图像的纹理特征与所述模板库中各模板的纹理特征间的相似度均小于给定阈值，而所述模板库中的模板已达到数量上限，则对于当前的瓷砖区域图像，将其与所述模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算时响应值最大位置对应的版号作为当前的瓷砖区域图像对应的版号。
4.如权利要求1～3任一所述的瓷砖自适应分色方法，其特征在于，所述步骤A中的预处理包括灰度值校正、前景分割和几何变换的过程；其中，所述灰度值校正的过程包括：根据瓷砖图像中标定区域三通道值对瓷砖图像整体进行灰度值校正。
5.如权利要求4所述的瓷砖自适应分色方法，其特征在于，所述瓷砖图像通过瓷砖图像采集装置采集得到，所述瓷砖图像采集装置包括瓷砖传输装置(101)、图像采集装置(102)和机架(201)，所述瓷砖传输装置(101)安装于所述机架(201)上，所述图像采集装置(102)设置于所述瓷砖传输装置(101)的传输路径上；所述瓷砖传输装置(101)包括导正装置(203)和传送带(202)，所述导正装置(203)设置于所述传送带(203)前端；所述图像采集装置(102)包括暗室(204)、线光源(205)、旋转编码器(206)、光电开关(207)和线阵工业相机(210)；所述暗室(204)罩设于所述传送带(202)上；所述线光源(205)和线阵工业相机(210)均安装于所述暗室(204)内、所述传送带(202)上方，所述线光源(205)的光照区域和所述线阵工业相机(210)的成像区域重合；所述暗室(204)内、所述传送带(202)侧边设置有标定物(208)；所述旋转编码器(206)与传送带(202)保持同步运动，所述光电开关(207)安装在所述暗室(204)内，所述旋转编码器(206)和所述光电开关(207)分别连接所述线阵工业相机(210)。
6.一种瓷砖自适应分色装置，其特征在于，包括图像处理装置，所述图像处理装置包括依次连接的图像预处理单元、瓷砖分版单元、瓷砖分色单元和结果输出单元。其中：
所述图像预处理单元被配置为：对输入的瓷砖图像进行预处理，输出瓷砖区域图像；
所述瓷砖分版单元被配置为：对所述瓷砖区域图像基于其纹理进行分版；
所述瓷砖分色单元被配置为：分别对各版式的瓷砖区域图像进行分色，包括开色和分色两个流程；其中：
开色流程：
从输入的第一幅瓷砖区域图像开始，统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出当前色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例范围的颜色特征作为当前色号的特征分布范围；
分色流程：
在对应版式的颜色特征空间中，判断当前瓷砖区域图像的颜色特征是否落入已记录的色号的特征分布范围内，若是，则以所落入的特征分布范围所对应的色号作为当前瓷砖区域图像对应的色号，否则，将当前瓷砖区域图像的颜色特征添加为新色号，并以下方法确定该新色号的特征中心及特征分布范围：
统计预定数量瓷砖区域图像的颜色特征分布，以确定出新色号的颜色特征的特征中心和分布范围，保留靠特征中心的预定比例的颜色特征作为该新色号的特征分布范围。
7.如权利要求6所述的瓷砖自适应分色装置，其特征在于，所述瓷砖分版单元被配置为：将第一幅瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加进模板库，包括将瓷砖区域图像保留0度、旋转90度、旋转180和旋转270度四个角度，并分别提取对应的纹理特征；对后续的瓷砖区域图像，提取其纹理特征，将所提取的纹理特征在所述模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算，并寻找响应值最大的位置；再对所检测的瓷砖区域图像与匹配的模板库中的模板进行相似度评估，若评估的相似度在给定的阈值之上，则以匹配的模板对应的版号作为当前瓷砖区域图像对应的版号，否则，将当前瓷砖区域图像及其对应的纹理特征添加到模板库。
8.如权利要求7所述的瓷砖自适应分色装置，其特征在于，所述模板库设置有模板数量的上限；若当前的瓷砖区域图像的纹理特征与模板库中各模板的纹理特征间的相似度均小于给定阈值，而模板库中的模板已达到数量上限，则将当前的瓷砖区域图像与模板库的特征空间中进行时空约束的相关滤波运算时响应值最大位置对应的版号作为当前的瓷砖区域图像对应的版号。
9.如权利要求6～8任一所述的瓷砖自适应分色装置，其特征在于，所述图像预处理单元对输入的瓷砖图像的预处理包括灰度值校正、前景分割和几何变换的过程；所述灰度值校正的过程包括：根据瓷砖图像中标定区域三通道值对瓷砖图像整体进行灰度值校正。
10.如权利要求9所述的瓷砖自适应分色装置，其特征在于，还包括瓷砖图像采集装置，所述瓷砖图像采集装置包括瓷砖传输装置(101)、图像采集装置(102)和机架(201)，所述瓷砖传输装置(101)安装于所述机架(201)上，所述图像采集装置(102)设置于所述瓷砖传输装置(101)的传输路径上；所述瓷砖传输装置(101)包括导正装置(203)和传送带(202)，所述导正装置(203)设置于所述传送带(203)前端；所述图像采集装置(102)包括暗室(204)、线光源(205)、旋转编码器(206)、光电开关(207)和线阵工业相机(210)；所述暗室(204)罩设于所述传送带(202)上；所述线光源(205)和线阵工业相机(210)均安装于所述暗室(204)内、所述传送带(202)上方，所述线光源(205)的光照区域和所述线阵工业相机(210)的成像区域重合；所述暗室(204)内、所述传送带(202)侧边设置有标定物(208)；所述旋转编码器(206)与传送带(202)保持同步运动，所述光电开关(207)安装在所述暗室(204)内，所述旋转编码器(206)和所述光电开关(207)分别连接所述线阵工业相机(210)；所述线阵工业相机(201)连接所述图像处理装置。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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