专利名称：基于图像处理及图形学技术的戒指在线试戴系统实现方法
技术领域：
本发明涉及一种基于计算机图像处理和图形学技术的戒指在线试戴系统实现方法。
背景技术：
网上购物已经成为大众喜闻乐见的一种消费方式。目前，互联网上已经出现了一些在线购买戒指的网站，这种销售模式正逐渐被消费者接受。但是，该类网络销售模式存在着一个共性的问题消费者体验不够直接。用户无法获知网络上选定的一款戒指戴在自己的手上的特定效果。专利《图形用户界面》(专利号200680056095. 2)是一个和本发明最接近的实现方案。在该专利提出的技术方案如下一种图形用户界面，它接收第一对象的三维表示，提供用以指定第二对象的控件，并连同第二对象一起显示第一对象的三维表示。第一对象可以是人手，而第二对象可以是要根据该指定规格制成的珠宝戒指。专利《图形用户界面》可以显示出指定规格的戒指佩戴在人手上的效果图。但其在实现上，它是基于对象的三维表示。其中的关键步骤，对齐和合成算法均是在三维空间进行实现。该专利存在着显然的缺陷即在实际网络销售的环境下，要得到用户手型三维表示是非常困难、不切实际的。因此，该专利适用于离线应用，对于实时网络销售并无实际意义。
发明内容
本发明的目的是用户输入一张二维的人手图像，并指定一款戒指，系统将这两个信息提交到服务器，生成合成图像。运算均在二维空间中进行。目前，数码相机大量普及， 而且市场上大量手机均带拍摄功能。因此，这样的输入要求对用户来说比较友好。本发明的技术方案为一种基于计算机图像处理和图形学技术的戒指在线试戴系统实现方法，包括以下步骤步骤1 用户从系统终端从存储于系统服务器上的戒指数据库中选定所需戒指， 并从系统终端输入其手形图形；步骤2 系统服务器通过网络接收用户输入手形图形和戒指选定信息，从存储于硬件存储器上的戒指库中提取相应图像，将手形图形进行二值化，并提取手形轮廓线；步骤3 系统服务器对手形轮廓线进行拐点提取，获得输入手形特征点矩阵，将其同存储于系统服务器上的典型手形数据库进行比对，计算变换矩阵，取误差最小的单应变换矩阵，其中P = HQ，矩阵H为变换矩阵，P为输入手形的特征点矩阵，Q为数据库中某一个手形的特征点矩阵；步骤4 系统服务器将步骤3所获取的变换矩阵作用于步骤2所述选取的戒指图形，即R = HR'，矩阵H为变换矩阵，R'为所选定戒指图形，R为调整后的戒指图形，并将输入的人手图形和调整后的戒指图形叠加，获得最终合成图形，并将其发送到终端显示。步骤2所述的二值化，是通过肤色颜色分类模型获取图形像素肤色/非肤色概率，并设定一肤色/非肤色概率阈值，进行判断并实现图像二值化的。所述采用肤色分类模型判断图像像素肤色/非肤色的概率，分类模型包括BP神经网络、或决策树、或支持向量机模式识别常用的分类技术。所述二值化过程是在对图像像素概率进行灰度近似并进行滤波的基础上进行的。所述经典手形/戒指数据库，选取单色为图形背景。术语解释计算机图像处理是指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对其进行处理的过程。其内容十分丰富包括有数字图像变形技术、图像的傅立叶分析技术、图像分割、边缘提取、形状描述、形态学分析、图像压缩编码、彩色图像处理、修复与区域分割等。计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。是近30年来发展迅速、应用广泛的新兴学科，是计算机科学最活跃的分支之一。模式识别指对表征事物或现象的各种形式的(数值的、文字的和逻辑关系的)信息进行处理和分析，以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和人工智能的重要组成部分。模式识别又常称作模式分类。分类模型(分类器)模式识别中用于分类的数学模型。分类器的使用包括两个过程训练和应用。在训练过程中，用户提供带有数据标签的训练数据，提供给分类器，调整分类器的参数，使其达到最佳的性能。将训练好的分类模型使用在应用过程中，模型就可以自动识别出数据的标签。它是模式识别的核心研究内容之一。神经网络用神经基础理论的研究成果，用数理方法探索功能更加完善、性能更加优越的数学模型，深入研究网络算法和性能，如稳定性、收敛性、容错性、鲁棒性等；开发新的网络数理理论，如神经网络动力学、非线性神经场等。BP神经网络的全称为基于误差反向传播算法的人工神经网络，它是一种可用于模式识别问题的分类模型。本发明的有益效果为本发明建立了一个戒指在线试戴系统，用户从系统终端输入其二维人手图像、选定一款戒指，系统即生成新的合成图像，以供用户参考。
图1是本系统拓扑图。图2是图像二值化和轮廓线的提取流程图。图3是本系统模块图。图4是BP网络结构图。附图符号说明图4中，圆形表示神经元；W表示神经元之间的连接权重，任意两个有连接的神经元之间均有权重；自左向右，分别为输入层，隐含层和输出层，实际网络可以有多个隐含层。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明的实施例中，采用客户端/服务器的硬件拓扑结构如图1所示。客户通过客户端输入二维手形图像、选定戒指类型，过广域网络将模型数据传输到服务器端，服务器端的在线试戴系统基于存储于硬件存储设备已有的典型手型/戒指的数据库和用户上传图像、通过cpu运算进行比对、重建，得到合成图像，然后通过广域网络将模型数据传输回客户终端，在客户终端将该合成图像进行显示，以供客户参考。客户端可以采用通用的PC机， 也可以是一台独立的服务器构成，其基本要求是具有一定的运算能力、输入输出功能、以及将运算结果通过网络传输出去的功能，并能够接受远程服务器运算的结果。本实施例中的客户端平台性能如下CPU 主频 Pentium D 2. 80GHz ；内存容量:512M ；运行操作系统WindowsXP/98，2000，Linux ；一个并行打印端口，配置为USB端口。本实施例中的服务器采用HP的ProLiant DL380G4 (378735-AA1)，其性能如下CPU 类型Xeon DP ；CPU 频率(MHz) :3000 ；处理器描述标准处理器数量1 ；支持CPU个数2;CPU 二级缓存2MB;运行操作系统为 Windows 2003Server。本发明的技术方案包括多个步骤，包括手形和戒指数据库的建立、用户手形图像的输入、图像的二值化和手形轮廓线提取、拐点提取和最优单应变换矩阵的计算、以及最终的图像合成，具体包括以下步骤系统初始化准备建立典型手形数据库和戒指图像数据库。所述典型手形数据库中存放各种手形轮廓线的曲线拐点。在建立数据库时，首先，我们要有代表性地采集各种手形图像。男性和女性的手形图像一般有显著的差异，可以分别建立数据库。其次，需要进行手形图轮廓线拐点提取，以得到每一个手形数据的拐点描述。该步骤是系统在线应用中重要的步骤，其实现方案在下述系统实现方法步骤2中进行描述。最后，将上述数据保存于数据库。需要注意的是，这里所有的手形图像均使用同一坐标系。另外，为了图像二值化和轮廓线拐点的顺利提取，和下述步骤1中用户手形图像输入一样，尽量选取手形图像的背景和肤色的差异大的图像。由于离线数据采集环境可控，实施时，优选单色背景。所述戒指图像数据库中存放各种规格的戒指图像，以矩阵形式存储于服务器存储器内，以供用户选择。为了正确地将戒指主体从背景中分离出来，在离线操作时使用尽量和戒指颜色不同的单色背景。这里，戒指和手形图像使用同一坐标系，且一一对应，即手同戒指匹配，可叠加合成手戴戒指的图片。基于以上初始数据库，系统正常操作包括如下步骤1.用户图形输入，并选择戒指类型。用户通过系统终端，浏览存储于系统服务器的戒指图像数据库，选定所需戒指类型。然后，将其手形图像通过USB或其它接口，向终端输入手型图像，终端通过网络将其上传到系统服务器。为了后续步骤的顺利进行。一般要求(1)用户手形图像和其背景颜色具有显著的差异，尽量避免使用和肤色很相近的颜色作为背景。( 手的形状应该是五指自然展开的，不能使用握拳、手形侧面等特殊角度或者形态的图像。这些输入的要求，可在照片手形图像上传程序的醒目位置进行说明。2.系统服务器通过网络接收用户输入手形图形和戒指选定信息，从存储于硬件存储器上的戒指库中提取相应图像，将手形图形进行二值化，并提取手型轮廓线。图像二值化是计算机图像处理一个基本的步骤。它的目的是将输入的图像转化为 01 二值的图像。这里的0和1在不同应用中有不同的定义。在本发明中，我们需要将背景像素分类为0，而将前景像素(手形、戒指像素)分类为1。二值化过程可以形象地用下式所示。以灰度图为例。
权利要求
1.基于图像处理及图形学技术的戒指在线试戴系统实现方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1 用户从系统终端从存储于系统服务器上的戒指数据库中选定所需戒指，并从系统终端输入其手形图形；步骤2 系统服务器通过网络接收用户输入手形图形和戒指选定信息，从存储于硬件存储器上的戒指库中提取相应图像，将手形图形进行二值化，并提取手形轮廓线；步骤3 系统服务器对手形轮廓线进行拐点提取，获得输入手形特征点矩阵，将其同存储于系统服务器上的典型手形数据库进行比对，计算变换矩阵，取误差最小的单应变换矩阵，其中P = HQ，矩阵H为变换矩阵，P为输入手形的特征点矩阵，Q为数据库中某一个手形的特征点矩阵；步骤4 系统服务器将步骤3所获取的变换矩阵作用于步骤2所述选取的戒指图形，即 R = HR'，矩阵H为变换矩阵，R'为所选定戒指图形，R为调整后的戒指图形，并将输入的人手图形和调整后的戒指图形叠加，获得最终合成图形，并将其发送到终端显示。
2.根据权利要求1所述的在线试戴系统实现方法，其特征在于，步骤2所述的二值化， 是通过肤色颜色分类模型获取图形像素肤色/非肤色概率，并设定一肤色/非肤色概率阈值，进行判断并实现图像二值化的。
3.根据权利要求2所述的在线试戴系统实现方法，其特征在于，所述采用肤色分类模型判断图像像素肤色/非肤色的概率，其分类模型包括BP神经网络、或决策树、或支持向量机模式识别常用的分类技术。
4.根据权利要求2所述的在线试戴系统实现方法，其特征在于，所述二值化过程是在对图像像素概率进行灰度近似并进行滤波的基础上进行的。
5.根据权利要求1所述的在线试戴系统实现方法，其特征在于，所述经典手形/戒指数据库，选取单色为图形背景。
全文摘要
本发明公开了基于图像处理及图形学技术的戒指在线试戴系统实现方法，包括手形数据库，戒指图像数据库，以及最佳匹配计算方法，通过用户图形输入，实现戒指在线试戴。系统实现过程为，输入一张二维的人手图像和戒指图像，生成新的合成图像。运算均在二维空间中进行。用户只要拍摄一张手的照片，然后指定一款想要试戴的戒指，并提交到网站服务器即可。本发明实现了一种基于计算机图像处理技术和计算机图形学技术的二维人手图像和戒指图像的合成系统，解决了顾客网上购物体验不够直接的问题，对于网上戒指购买成交率有很大提升。
文档编号G06T1/00GK102298746SQ20101021117
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者汤成阳, 翁时锋 申请人:上海九钻电子商务有限公司