一种基于图像技术的色彩板色块自动定位方法与流程

本发明涉及数字图像技术领域，具体涉及一种基于图像技术的色彩板色块自动定位方法。

背景技术：

随着计算机和光电技术的快速发展，数字图像设备已经广泛的应用于工业、科研和生活等各种环境中，数字图像设备主要包括数字成像设备(如：数码相机、彩色扫描仪等)和颜色再现设备(如：显示器和彩色打印机等)。由于各种图像设备的颜色呈现机理不同，如显示器的rgb、打印机的rgb各不相同，因此，如何在各种设备之间实现准确的颜色传递和颜色再现已经成为该领域的研究热点。

在进行颜色传递和再现的过程中，特别是利用图像进行测量颜色时，采用标准色彩板进行颜色的校正是必不可少的一环。然而，如何在校正时准确且自动地提取出标准色彩板中各个色块的颜色直接影响着颜色再现的结果和效率，其中，色块位置的准确定位是颜色提取的首要步骤，也是利用色彩板进行颜色校正的关键步骤。目前，利用色彩板进行颜色校正时一般是根据标准色板中各个色块既定的物理距离进行色块定位，这种方法需要物理距离与像素之间的准确转换，由于图像采集色彩板时，色彩板非常容易产生倾斜，因此直接利用既定的物理距离不能准确地对色块进行定位，进而影响颜色测量或再现结果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于图像技术的色彩板色块自动定位方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案来实现的：

一种基于图像技术的色彩板色块自动定位方法，包括如下步骤：a、获取色彩板的灰度图像，采用傅里叶变换确定色彩板图像倾斜的角度；b、根据倾斜角度对灰度图像进行倾斜矫正，获取中间部分子图像的水平和垂直方向投影得到投影曲线；c、投影曲线差分处理，提取出局部最大值和最小值，推导出子图像的每个色块的中心所在位置，继而推出整幅色彩板色块的中心位置

作为优选，步骤a的具体步骤包括：a1、利用相机拍摄用于色彩校正的标准色彩板，拍摄的视野应涵盖所有的色块且色彩板应尽可能放正；

a2、根据式(1)对获取的彩色色彩板图像进行灰度转换得灰度图像i0；

i0＝0.30r+0.59g+0.11b(1)

a3、根据式(2)对灰度图像i0进行傅里叶变换获得频率图像f，其中h为i0图像高度，w为i0图像宽度；

a4、频率图像f进行中心移频处理得到频率图f1，查找频率图f1中最大值的位置，设为(x0，y0)，其中x0为横坐标，y0为纵坐标，根据式(3)在此位置提取部分频率图f2；

f2＝f1(x0-w1:x0+w1,y0-w1:y0+w1)(3)

w1满足：50<w1<min(h1/2，w1/2)，其中h1为f1图像高度，w1为f1图像宽度；

a5、从0度到360度以步长为1度对部分频率图像f2进行旋转，每旋转一个角度则查找旋转后的图像中最大值的横坐标的位置，设为x1，然后根据式(4)求取该横坐标线上的所有频率值的和s，其中w1为f2图像宽度；

a6、对获得的s，在[90°，180°]和[180°，270°]范围内分别查找最大值，两个范围内查找到的最大值对应的角度的平均值则为色彩板图像的倾斜角度。

步骤b的具体步骤包括：b1、根据步骤a6中获得的倾斜角度将灰度图像i0进行反向旋转，得到图像i1；

b2、设旋转后的图像i1的中心为(x1，y1)，根据式(5)在该位置从i1提取子图像i2，再根据式(6)和(7)对子图像i2进行水平(vi)和垂直(vj)方向投影，获得两个方向的投影曲线，其中h2为i2的图像高度，w2为i2的图像宽度；

i2＝i1(x1-w2:x1+w2,y1-w2:y2+w2)(5)

作为优选，步骤b2中，w2满足：t2<w2<min(h/2-t2，w/2-t2)，t2的选择应尽量使子图线中包含较多的色块，但不可包含离色彩板边界较近的色块，子图像包含至少3行3列的色块。

作为优选，步骤c的具体步骤包括：c1、根据式(8)和(9)，对获得水平和垂直方向的投影曲线进行差分处理，得到两个方向的差分曲线dvi和dvi，其中i＝2，…h2，j＝2，…w2；

dvi＝vi-vi-1(8)

dvj＝vj-vj-1(9)

c2、对差分曲线的数值进行由大到小排序，取前三个值的平均值的一半作为阈值t1，后三个值的平均值的一半作为阈值t2；

c3、将差分曲线中大于t1的值变为1，小于t1的变为0，得到行向量diff1，同时将差分曲线中小于t2的值变为1，大于t2的变为0，得到行向量diff2；

c4、查找diff1和diff2中连续为1的点的起始点位置，并记录起始点位置的中心分别为center1和center2向量，此时center1内的数值代表背景变为色块的边界线的位置信息，而center2内的数值代表色块变为背景的边界线的位置信息；

c5、判断center1和center2向量中第一个数值的大小，调整center1和center2向量中元素的个数，使其内元素数目相等，并根据调整后的向量计算子图像中各个色块的中心位置，以及它们之间的平均间距；

c6、根据子图像中各个色块的中心位置以及它们之间的平均间距推导出原色彩板图像中所有色块的中心点位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：根据所拍摄色彩板图片，通过排像处理计算出各个色块的中心位置和平均间距，从而推导出原色彩板图像中所有色块中心点的位置，对倾斜的色彩板位置进行校正，使图像设备能准确地提取出色彩板中各个色块的颜色。

附图说明

图1为色彩板的灰度图像；

图2为傅里叶变换并移频后的频率图像；

图3为根据设置的w1提取出的部分频率图；

图4为各角度频率和值图；

图5为根据计算出来的倾斜角度将原灰度图像旋转后的倾斜矫正图像；

图6为根据设置的w2提取出的旋转后图像中心部分子图像；

图7为子图像的水平投影曲线图；

图8为子图像的垂直投影曲线图；

图9为子图像的水平差分曲线；

图10为子图像的垂直差分曲线；

图11为子图像的垂直方向的diff1图；

图12为子图像的垂直方向的diff2图；

图13为子图像的水平方向的diff1图；

图14为子图像的水平方向的diff2图；

图15为根据计算获得的子图像水平方向色块中心位置线；

图16为根据计算获得的子图像垂直方向色块中心位置线；

图17为根据计算推导出的标准色彩板图像水平方向所有色块中心位置线；

图18为根据计算推导出的标准色彩板图像垂直方向所有色块中心位置线。

具体实施方式

下面结合附图1-18对本发明的实施例进行详细阐述。

一种基于图像技术的色彩板色块自动定位方法，步骤a：傅里叶变换确定色彩板图像倾斜的角度

a1、利用相机拍摄用于色彩校正的标准色彩板，拍摄的视野应涵盖所有的色块且色彩板应尽可能放正；

a2、根据式(1)对获取的彩色色彩板图像进行灰度转换得灰度图像i0，如图1所示；

i0＝0.30r+0.59g+0.11b(1)

a3、根据式(2)对灰度图像i0进行傅里叶变换获得频率图像f，其中h为i0图像高度，w为i0图像宽度；

a4、频率图f进行中心移频处理得到频率图f1，如图2所示，查找频率图f1中最大值的位置，设为(x0，y0)，其中x0为横坐标，y0为纵坐标，根据式(3)在此位置提取部分频率图f2；

f2＝f1(x0-w1:x0+w1,y0-w1:y0+w1)(3)

w1满足：50<w1<min(h/2,w/2)，此实施例中w1＝500pixles，则获得的频率图f2如图3所示；

a5、从0度到360度以步长为1度对部分频率图像f2进行旋转，每旋转一个角度则查找旋转后的图像中最大值的横坐标的位置，设为x1，然后根据式(4)求取该横坐标线上的所有频率值的和s，其中w1为f2图像宽度，根据图3，求得的s值极坐标如图4所示；

a6、在利用相机采集色彩板图像时，色彩板的摆放应尽可能的不倾斜，但不可避免有倾斜较大的情况，因此，对获得的s，在[90°，180°]和[180°，270°]范围内分别查找最大值，两个范围内查找到的最大值对应的角度的平均值则为色彩板的倾斜角度。根据图4计算出的图像倾斜角度为5.5°。

步骤b：对倾斜矫正后中间部分子图像进行水平和垂直方向投影

b1、根据步骤a6中获得的倾斜角度将灰度图像i0进行反向旋转，得到图像i1，如图5所示；

b2、设旋转后的图像i1的中心为(x1，y1)，根据式(5)在该位置从i1提取子图像i2；

i2＝i1(x1-w2:x1+w2,y1-w2:y2+w2)(5)

w2满足：t2<w2<min(h/2-t2，w/2-t2)，t2的选择应尽量使子图像i2中包含较多的色块，但不可包含离色彩板边界相邻的色块，此实施例中，w2＝900pixels，得到的i2图像如图6所示；

再根据式(6)和(7)对图像i2进行和垂直(vj)方向投影，获得两个方向的投影曲线，如图7、8所示，其中h2为i2图像高度，w2为i2图像宽度；

步骤c：投影差分曲线局部最大值和最小值确定的方法

c1、在获得水平和垂直方向的投影曲线后，由于色彩板中色块的分布特殊性，曲线上的局部最大值为各个色块的中心位置，局部最小值则为各个色块之间的黑色背景块的中心位置。为了准确的获得各个色块的中心位置，对两个方向的投影曲线进行了差分处理得到两个方向的差分曲线，如图9、10；

c2、子图像中包含了8行8列的色块，获得差分曲线后，对差分曲线的数值进行由大到小排序，取前3个值的平均值的一半作为阈值t1，后三个值的平均值的一半作为阈值t2；此实施例垂直差分曲线中的t1＝42.3，t2＝-35.9，水平差分曲线中的t1＝33.7，t2＝-37.4；

c3、将差分曲线中大于t1的值变为1，小于t1的变为0，得到行向量diff1，同时将差分曲线中小于t2的值变为1，大于t2的变为0，得到行向量diff2，垂直投影的diff1和diff2图如图11、12所示，水平投影的diff1和diff2图如图13、14所示；

c4、查找diff1和diff2中连续为1的点的起始点位置，并记录起始点位置的中心为center1和center2向量，此时center1内的数值代表背景变为色块的边界线的位置信息，而center2内的数值代表色块变为背景的边界线的位置信息；

c5、判断center1和center2向量中第一个数值的大小，这主要是为了确定取得的子图像i2中第一列或者第一行是色块还是色块之间的黑色背景，以垂直投影为例，若center1(1)<center2(1)，则表示子图像中背景变为色块的边界线在色块变为背景的边界线的前面，此时子图像的第一列为背景信息，调整center1中的数据，使center3＝center1(1:length(center2))，保证center3中的数据个数与center2中的相同，最后计算出各个色块的中心位置location＝center2+floor((center2-center3)/2)；反之，若center1(1)>center2(1)，则表示子图像中色块变为背景的边界线在背景变为色块的边界线的前面，此时子图像的第一列为色块信息，调整center1和center2中的数据，使center3＝center1(1:length(center2)-1)，center4＝center2(2:length(center2))，保证center3中的数据个数与center4中的相同，此时各个色块的中心位置location＝center3+floor((center4-center3)/2)；

c6、根据location存储的位置信息得到子图像中各个色块的中心位置，如图15、16所示，根据取location中数值的平均值作为各个色块中心的间距推导出原色彩板图像中所有色块的中心点位置，得到的所有色块的中心位置的结果如图17、18所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。