一种基于特征分类的麻将图像光照不均校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字图像处理技术在麻将包装过程中麻将排版视觉检测方面的应用， 尤其设及一种基于特征分类的麻将图像光照不均校正方法。
【背景技术】
[0002] 麻将是中国发明的一种博弈游戏，在中国城乡十分普及，是中国最具规模和影响 力的文体活动之一，国内每年生产的麻将数量高达上亿副。麻将是由塑料制成的小长方块， 其正面刻有花纹或字样，每副麻将具有144张麻将牌，它在包装时分为两版进行包装。每版 麻将均具有72张麻将牌，按8排9列的矩形形状排列在一起，形成麻将半成品。目前基本采用 人工检测的方式来检查麻将半成品排版的正确性。但在长时间工作情况下，通过人工检查 麻将排版容易因人眼疲劳而出现错检和漏检的问题，同时人工检测也存在人力成本高和检 测速度慢等问题。在运种现状下，麻将包装过程中的检测方式正在发生转变，新一代的麻将 排版视觉检测装置正在兴起。然而，在视觉检测过程中，麻将本身对光线的吸收和反射性不 同，并且由于受到拍摄设备本身和拍摄环境的影响，采集图像中常出现光源照射不均的现 象。运种光照不均现象将会影响图像特征的提取精度，在麻将图像特征提取过程中引起信 息缺失，导致最终识别失败。因此，为了解决麻将排版视觉检测过程中由于光照不均现象而 产生的一系列问题，必须对采集到的图像进行必要的校正处理，增强图像的有效信息，消减 或者消除对检测应用来说无效的信息，提高后续识别的精度。
[0003] 目前处理图像光照不均的图像增强技术主要分空域增强和频域增强，其中空域增 强包括直方图均衡化和梯度增强等方法，频域增强方法包括基于照明-反射模型的同态滤 波和基于光照补偿的Retinex等方法。直方图均衡化在拉伸对比度方面的效果非常显著，但 是无法控制增强的区域，存在灰度级合并现象，容易引起有用细节的丢失，且处理高光和反 光区域的效果不佳。基于照明-反射模型的同态滤波法不太适用于光照强度变化剧烈的场 合，且滤波器参数较难设置，难W估计照射分量和反射分量。基于光照补偿的Retinex方法 能够很好的保持图像的细节，但是处理后的图像容易出现光晕现象，且计算量很大。
[0004] 目前公开的论文和专利主要是对特定应用图像的光照不均现象进行处理，尚无对 麻将图像进行光照不均校正。
[0005] 曾凡锋等人提出了一种基于区域的光照不均文本图像校正方法，该方法使用投影 算法对文本图像进行区域分类，采用全局校正处理区域分类后的页白区域和均匀区域，并 结合评定图像质量的特征参数，对阴影区进行局部校正处理，实现背景与目标的分离(见曾 凡锋，付亚南，李良旭.基于区域的光照不均文本图像校正方法[J].计算机工程与设计， 2014,35(12) :4233-4237)。林天圆等人提出了一种光照不均匀图像的灰度校正方法，该方 法利用一种基于卷积变换和方差归一化相结合的图像光照均衡算法，使均衡后的图像有良 好的视觉效果(见林天圆，王杰，李金屏.一种光照不均匀图像的灰度校正方法[J].济南大 学学报，2015,6:001)。
[0006] 申请号为201110316982.1的专利公开了一种高反光柱面金属上的二维条码图像 识别方法。该发明首先采集多副图像并融合，接着利用六次多项式插值公式模拟横向像素 的渐变曲线，并利用等距节点的牛顿插值法计算横向像素的插值公式，从而校正柱面的光 照不均。该发明需要采集多幅图像，且只适用于校正二维码等简单图像，对于光照不均复杂 图像的处理效果不佳。申请号为201210246114.5的专利公开了一种处理矿工人脸图像与煤 面光照不均的图像预处理方法，该发明运用同态滤波运力，将彩色图像转化为灰度图像并 取对数，再进行中屯、傅立叶变换，提取低频分量并分段，再对各段进行不同程度处理，抑制 光照不均匀现象。经该发明处理得到的最终图像的亮度较低，图像质量也不高。申请号为 201410598979.7的专利公开了一种基于压缩感知的二维码光照均衡方法。该发明首先获取 两张二维码图像，并进行稀疏性分析，接着分别对两张二维码图像进行傅立叶变换，然后采 样融合得到新的傅立叶频谱，使用基于快速迭代收缩阔值算法对该频谱进行快速软阔值迭 代，再进行逆傅里叶变换得到恢复后的图像，最后进行二值化。该发明需要进行时域和频域 的变换和逆变换，空间复杂度较高，消耗的处理时间长。
【发明内容】
[0007] 为了在保留麻将图案信息的基础上有效解决采集图像中麻将光照不均现象，本发 明提供了一种基于特征分类的麻将图像光照不均校正方法。
[0008] 为了解决上述技术问题采用的技术方案为：
[0009] -种基于特征分类的麻将图像光照不均校正方法，包括W下步骤：
[0010] (1)输入待检测整体排版麻将的麻将行列数，并采集一副背景图像：
[0011] 在对麻将图像进行校正之前，固定摄像头拍摄位置和焦距，输入W单个麻将为单 位的待检测整体排版麻将的麻将行数whole_;row和麻将列数whole_col，并采集一副无麻将 且色度空间格式为YUV的背景图像，保存该背景图像的Y分量图像作为背景图像灰度图；该 背景图像灰度图将用于步骤（2)中整体排版麻将灰度图的分割，单个麻将的麻将行数 whole_row和麻将列数whole_col则将用于步骤(2)单个麻将的划分。本发明中，输入的图像 色度空间格式都采用YUV格式，该格式能够很好地将图像亮度信息和色度信息分离开来。在 YUV色度空间中，Y代表亮度分量，U代表蓝色色度分量，V代表红色色度分量。本发明直接提 取的Y分量图像作为灰度图像，有效降低了灰度图提取的计算复杂度，同时直接提取的V分 量图像也可W用于后续步骤(7)中基于色度信息的麻将图案增强。
[0012] (2)输入一副包含整体排版麻将的采集图像，并从中分割得到整体排版麻将灰度 图：
[0013] 输入一副色度空间格式为YUV的采集图像，取其Y分量图像作为采集图像灰度图。 该灰度图完全包含整体排版麻将，但也包含光源、视觉检测装置的金属挡板和线材等信息， 图像背景部分十分复杂，常用的前景提取方法效果不佳。本发明利用拍摄背景不会发生显 著变化的图像特征，采用灰度图背景差分法和差分图像二值化法，将采集图像灰度图和步 骤（1)中保存的背景图像灰度图做差取绝对值并进行二值化，得到背景为纯黑色差值图像 二值图Amxn，m为像素行数、η为像素列数，m和η为大于等于1的正整数，再提取处于前景的整 体排版麻将的位置坐标，从采集图像灰度图中分割得到整体排版麻将灰度图，具体子步骤 如下：
[0014] (2-1)输入一副包含待检测整体排版麻将的采集图像，取其亮度分量Υ得到采集图 像灰度图，并将采集图像灰度图与步骤（1)已保存的背景图像灰度图进行对应位置相减并 取绝对值，得到一副麻将灰度差值绝对值图像下简称差值图像）。该差值图像的背景部 分较黑，灰度值较低，而麻将部分较白，灰度值较高。
[0015] (2-2)由于背景部分的灰度值和麻将部分的灰度值相差较大，容易将经排版呈矩 形形状的整体排版麻将从背景中分割出来。为提高处理效率，本发明使用阔值Tinit遍历该 差值图像的所有像素点W划分图像的背景部分下简称图像背景)和图像的前景部分(即 整体排版麻将）：若像素点的灰度值大于等于Tinit，则该像素点的灰度值置为纯白色对应的 灰度值255，若像素点灰度值小于Tinit，则该像素点的灰度值置为纯黑色对应的灰度值0，阔 值Tinit的取值范围为[20,160]。经过遍历后得到差值图像的二值图Amxn，该二值图将用于计 算整体排版麻将在采集图像中的位置。
[0016] (2-3)由于整体排版麻将排列为矩形，本发明通过投影方式得到整体排版麻将上 下左右边界的坐标:首先利用式（1)对差值图像的二值图进行水平投影，利用式(2)对差值 图像的二值图进行竖直投影：
[0019] 式中册Rmxl和V邸Ixn分别为水平投影矩阵和竖直投影矩阵，Cnxl和Rb?分别为元素全 为1的列向量和元素全为1的行向量。接着在水平投影矩阵册Rmx冲，查找从上到下第一次出 现连续Num个均大于Tc的投影值，将运些投影值中最上方投影值的位置作为整体排版麻将 上边界的竖直坐标;在水平投影矩阵册Rmxi中，查找从下到上第一次出现连续Num个均大于 Tc的投影值，将运些投影值中最下方投影值的位置作为下边界的竖直坐标。然后在竖直投 影矩阵vm?ixn中，查找从左到右第一次出现连续Num个均大于Tc的投影值，将运些投影值中 最左边投影值的位置作为左边界的水平坐标;在竖直投影矩阵vm?ixn中，查找从右到左第一 次出现连续Num个均大于T。的投影值，将运些投影值中最右边投影值的位置作为右边界的 水平坐标。Num的取值范围为[10,100]，Tc选取范围为[0.05,0.45]。最后利用运四个坐标， 从采集图像灰度图中分割得到整体排版麻将灰度图，若检测不到上述四个坐标中的任意一 个，则返回步骤(2)，重新输入一副采集图像，继续分割整体排版麻将。
[0020] (3)单个麻将的划分：
[0021] 对于一副整齐排列的光照不均麻将图像，将处理单元细化到单个麻将，不仅能降 低处理难度，也能增加校正精度。由于单个麻将尺寸和整体排版模式固定，整体排版麻将的 麻将行列数也是固定不变的，且已在步骤(1)中输入，因此本发明采用等间距法将整体排版 麻将划分为whole_;row行whole_col列的单个麻将：
[0022] 将步骤(2)中得到的整体排版麻将左右边界水平坐标作差、上下边界竖直坐标作 差，分别计算得到整体排版麻将的像素宽度whole_width和像素高度wholejieight;将 who 1 e_width与步骤（1)中输入的整体排版麻将的麻将列数who 1 e_co 1作商，即得到单个麻 将的像素宽度〇ne_width，将wholejiei曲t与步骤（1)中输入的整体排版麻将的麻将行数 whole_;row作商，即得