一种英文logo的设计技术的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种英文LOGO的设计技术，包括如下步骤：给出一个英文单词L和一个2D轮廓形状；确定英文字母的锚定部分；检测出2D轮廓形状的突出部分；英文字母布局路径的生成；通过位置、类型和方向兼容性函数使英文字母锚定部分与2D轮廓形状突出部分相对应匹配；英文字母与2D轮廓形状的对齐以及字母的摆放；英文字母的细化优化和初步变形；保持可识别性的英文字母变形和后处理。本发明通过对英文字母进行变形，排名函数的可识别性度量，使字母变形符合输入形状的同时保证字母可识别性和艺术感染力，从而得到一种全自动并能保证字母可读性的英文LOGO的设计技术。
【专利说明】
-种英文LOGO的设计技术
技术领域
[0001] 本发明设及图像诗的设计领域，具体设及一种英文LOGO的设计技术。
【背景技术】
[0002] 图象诗（calligram)是指通过排版单词或字母来创造图案，用视觉表达单词或短 语的意思的同时反映它们所代表的含义，具有极高的智能和艺术感染力。好的设计既要保 证易读性又要有足够的艺术魅力。
[0003] 目前，将文本沿着用户指定的路径摆放，在许多商业软件中都可W实现，如Adobe Illus化ator软件等;运些方法适用于长文本的布局设计，但并不能要求文字符合图像形状 轮廓。Xu等人在2010年通过对线结构的细致的分析，提出的基于结构的ASCII(美国信息交 换标准代码，是基于拉下字母的一套电脑编码系统)艺术，只能用有限的符号在刚性原则下 的对齐和定位来近似形状。因此，图象诗的生成是对运种方法的补充，它允许更自由的改变 字母的形状和设置其摆放位置来符合输入的形状。
[0004] 目前常用的图象诗生成方法主要是针对长图象诗，如Adobe Illustrator 2010软 件等，长文本图象诗是通过将文本行与形状轮廓对齐来表达输入的形状。所W长图像诗的 生成方法不要求文字符合图像形状轮廓，而对由一个或几个单词生成的短图象诗，为了表 达输入形状就要求布局和变形单个字母来符合形状轮廓，允许更大的艺术自由度，运也将 直接影响到单词或单个字母的可读性；因此长图像诗的生成方法不适用于生成更高自由度 的短图象诗艺术。
[0005] Xu和Kaplan在2007年虽给出了一种短图象诗的生成方法，但由于其方法的半自 动性和可识别性度量的说服力不足，还不能达到满意的效果。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术中短图像诗生成方法的不足，提供一种全自动并能 保证字母可读性的英文LOGO的设计技术。
[0007] 本发明采用的技术方案如下:一种英文LOGO的设计技术，包括如下步骤： (1) 给出一个英文单词L和一个2D轮廓形状;英文单词L含有N个字母，2D轮廓形状的面 积为山'紛过； (2) 确定英文字母错定部分； (3) 检测出2D轮廓形状的突出部分； (4) 英文字母布局路径的生成； 巧)通过位置、类型和方向兼容性函数使英文字母错定部分与2D轮廓形状突出部分相 对应匹配； (6) 英文字母与2D轮廓形状的对齐W及字母的摆放； (7) 英文字母的细化优化和初步变形； (8) 保持可识别性的英文字母变形和后处理。
[0008] 依据字母中各笔画的相对位置把英文字母错定部分(anchors)手动分为上升部分 (ascenders)和下降部分(descenders);同时手动标注左向、直向和右向S种定位属性。字 母错定部分和字母其他部分相交的边界称为切割线（cutting edge)。因为只有26个小写拉 下字母，所W运些字母的错定部分可W直接手动初始化在字母模板中。
[0009] 采用Luo等2015年发表的文章中的方法把2D轮廓形状分解为几部分，选取深的和 相对窄的区域作为突出部分。检测2D轮廓形状突出部分的具体步骤如下:把2D轮廓形状的 面积壤ITg誘益;分解为几个区域，预设的字母平均尺寸为澡掩之;i，N表示字母数量;首先排 除掉面积大于2聋餘游I和面积小于辑苗敏巧《游的区域，W及过窄的区域(对每个突 出部分，找到与之对应的包围盒，如果絳7'社> 3/4 .H和W分别是盒子的高度和宽度，对于 运样的部分也排除掉），剩余区域部分则为2D轮廓形状的突出部分。
[0010] 采用Kovesi在2006年文章中提供的开源的细化代码来提取2D轮廓形状骨架，取 最长的没被突出部分覆盖的分支作为种子点，按照W下原则延拓该分支，使之成为字母布 局路径:如果在交叉点与当前路径的切线方向的角度接小于5?r/6,并且没被突出部分覆盖 就增加一个分支。2D轮廓形状的突出部分和其他部分相接触的边界称为分界线 (sep曰r曰trix)。
[0011] 把字母的错定部分与之前检测到的2D轮廓形状的突出部分相对应匹配，通过运个 对应形成一个初步的文本布局。在匹配的过程中，要求满足两方面的目标，一是最小化局部 字母变形，二是最小化路径上的字母间距的改变，即代价函数取决于相对位置的兼容性和 类型方向的兼容性运两个函数。
[0012] 位置兼容性:轮廓突出部分萊和字母错定部分發的相对位置的兼容性定义为第j个 字母的位置每个字母只有一个错定部分，因此可W用符号挺来表示第j个字母的 位置)和第i个轮廓突出部分的位置耗^勞i的函数，具体步骤如下：输入英文单词L有N个字 母，把路径N等分，指定第j个字母的位置为第j份的中点位置。对于轮廓的突出部分楽 ，投影它的两个端点到字母布局路径上，然后把两个投影点的中点作为1?譯参;通过W下公 式计算位置兼容性：
其中W为字母布局路径长度。
[0013] 类型和方向的兼容性：用离散函数璋施计算类型和方向的兼容性。根据相对布局 路径的上下位置把2D轮廓形状的突出部分分为上升部分（ascending)和下降部分 (descending)。用PCA的方法计算每个突出部分的主轴(PCA是机器学习和计算机视觉等诸 多领域的最基本算法），依据主轴与布局路径的方向之间的角度疫，把突出部分定向分为右 向、直向和左向：当蘇窜養:，是右向;5 <:擇逆學，是直向;某埃梦起齊是左向。当2D轮廓形 立. 状突出部分％和字母错定部分辑中一个为上升部分，另一个为下降部分时，毯g。,=稱，两者 方向不匹配；当两者均为上升部分或均为下降部分，则方向匹配;方向匹配时，当或郝發同 时为左向、右向或直向时，= ，二者匹配度高；当梁和環其中一个为直向，另一个为左 向或右向的，弦to =狹寡琵；当％和辑其中一个为左右，另一个为右向的，=錢点两者 匹配度低。 「00141 輕体化价巧#:计貸乘m部分举巧辛母错定部分餐的整体的兼容性代价函数为：
[0015] 给定一组图像突出部巧
和一组字母的错定部分
,通过最小化无逆约束的联合代价函数，计算与每个突出部分对应 匹配的铺巧部分：
其中，MI藻I是与突出部分藥对应的字母错定部分，可W为空，允许突出部分没有对应 的字母错定部分。定义空的字母错定部分与突出部分的位置兼容性稽cef錢，環菜与方向和 类型兼容性都为0。最后，应用马尔可夫链优化来获得最优解。
[0016] 为了最小化字母的重叠，设置每个字母的初始尺寸为輿r控酱。首先摆放字母 错定部分与2D轮廓形状突出部分相对应匹配的字母:对于每一个有与突出部分对应错定部 分的字母，通过对齐错定部分的切割线（cutting edge)和2D轮廓突出部分的分界线 (separatriX)的中屯、和方向来摆放字母;对于余下的字母，W路径的法线方向，等间距的摆 入，并设定字母间最小间距值。
[0017] 实现了初始的对齐后，由于字母边界与图像轮廓还相对较远，需要通过调整位置， 方向，字母大小来提升符合度。细化过程包括=个关键性的标准，首先计算每个字母的变换 优化符合程度，第二保持可读性和艺术性，寻找光滑的字母流。最后要求字母有相似的大小 和方向，并且重叠最小。运些标准由W下公式实现： ① 保障字母长宽比：
馬繰)和親媒！是英文字母L中第i 个字母^细化前后的长宽比； ② 保障符合度：
為打钱15&是输入的2D轮廓形状的面积； 辣f泻揉^是两个区域的面积差
B是英文单词L和2D轮廓形状面积 相交集的面积，A是2D轮廓形状没被英文单词L覆盖住的面积；用漱赏鶴;来最大化英文 单词的字母和2D轮廓形状的交集，同时最小化2D轮廓形状没被覆盖的部分。
[001引③保障光滑流：
P璋複叛)劝英文单词帥所有字母面积的变化;Pt琼I窃是英文单词帥所有字母方向的变 化;g紐为两个相邻字母的重叠面积;燃和m是组合权重，觸固定为1; ④联合布局能量函数为：
[0019]采用爬山算法(一种标准的优化算法)来最小化运个能量函数，找到每个字母的位 置，方向，水平竖直尺寸。
[0020] 对每个字母I，可得到一个排名函数巧扮a。首先收集一组包含同一字母不同变形 的训练图像。然后获取运些字母上的两组众包成对视觉比较:第一组鷄吉;絞潑里的图 像第一个掛比第二个(P可读性强;第二组蘇二毅，爲中两个图像可读性一致。
[0021] 我们期望学到一个排名函i
其中終齊为系数向量，X为字母的特征 向量;字母的特征向量X满足
通过收集的已知的排名分数巧秘解日字母的特征向量if,推导出系数向量然后 通过推导出的系数向量和字母的特征向量X，可通过排名函数计算出任何变形字母的排 名分数巧（U ;采用基于大间隔（large ma巧in)的方法中提供的Matlab代码来求解运个优 化问题，对每个变形字母得到一个介于[-1,1]之间的排名分数，分数越大可读性越强。
[0022] 每一个字母按笔画分割，为每个笔画根据骨架和笔画的粗细定义一个特征向量X， 通过把所有笔画的特征向量连起来表示字母的特征向量X。
[0023] -个笔画特征向量包括相对长度，方向直方图，位置直方图，相对粗细直方图，组 成一个17D的向量。长度特征是正规化后的笔画的骨架长度。对于方向特征，取笔画上的每 一个点作为采样点，计算y轴与骨架正切方向的夹角，量化到四个相等大小的直条，形成方 向直方图。位置特征也是直方图，把局部坐标平面分成八个八度，数每个八度里的骨架点数 目。笔画的粗细特征也是直方图，通过计算采样点与笔画边界的最小距离实现。
[0024] 生成英文LOGO的最后一步就是变形单个字母，实现对轮廓的最佳复合程度，同时 最小化对字母可读性的影响。将联合布局能量函数中保障字母长宽比的可读性度量函数替 换为：
其中，？1?)是英文单词L中的第i个字母的 排名分数。
[0025] 字母边界离散化。为了实现字母的小尺度变形，用Matlab(-种科学、仿真计算软 件)提供的样条函数拟合表示每个字母的边缘曲线，通过控制点来变形字母边缘。初始的控 制点集包括字母边缘曲线上的角点，因为边缘曲线在计算机中是通过离散的多边形曲线描 述的，如果该多边形中两条相邻的线段的夹角小于则它们的交点即为角点。在每一次 变形后，迭代的在两个连续的控制点中间插入一个新的控制点。
[0026] 通过变形边界控制点来最小化包含学习到的可读性度量的能量函数。假设字母轮 廓上有m个控制点，生成2m个采样点通过沿着法线方向向内或向外随机移动每一个控制点。
[0027] 后处理。到目前为止，变形的字母可能还是没有完美贴合图像轮廓，对=种情况做 后处理。一是字母的一部分突出到轮廓线的外面，直接移除运些突出来的区域;二是变形的 字母没准确的贴合轮廓，直接增加绿色的区域到对应的字母;=是两个字母间距太近或相 互重叠的，之前设定有字母间最小间距值，一旦检测到重叠，各缩小字母键最小间距值的一 半。
[0028] 本发明的有益效果是:提出了一种全自动的短图象诗生成方法，通过对英文字母 进行变形，排名函数的可识别性度量，使字母变形符合输入形状的同时保证字母可识别性 和艺术感染力，从而得到一种英文LOGO的设计技术。
【附图说明】
[0029] 图1是英文字母错定部分示意图。
[0030] 图2是2D轮廓形状突出部分和字母布局路径示意图。
[0031] 图3是英文字母错定部分和2D轮廓形状突出部分的对应示意图。
[0032] 图4是字母"h"和V'的变形字母的排名分数示意图。
[0033] 图5是对字母轮廓的变形示意图。
[0034] 图6是英文LOGO的生成过程示意图。
[0035] 其中：1、英文字母布局路径;2、2D轮廓形状突出部分的下降部分;3、2D轮廓形状突 出部分的上升部分;4、2D轮廓形状突出部分的分界线;5、控制点。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明进行详细介绍。
[0037] 图1是英文字母错定部分示意图。依据字母中各笔画的相对位置，W及相对于字母 布局路径的上下位置把英文字母错定部分(anchors)分为上升部分(ascenders)和下降部 分(descenders);同时手动分为左向、直向和右向S种。错定部分和其他部分相交的边界称 为切割线（cutting edge)，因为只有26个小写拉下字母，因此运些字母的错定部分可W直 接手动初始化在字母模板中。
[0038] 图2是2D轮廓形状突出部分和字母布局路径示意图。根据字母布局路径1的上下位 置把2D轮廓形状的突出部分分为上升部分3或者下降部分2,图中最长的没被突出部分覆盖 的分支作为种子点，如果在交叉点与当前路径的切线方向的角度P小于P楽式6,并且没被突 出部分覆盖就增加一个分支，最终形成字母布局路径。其中突出部分和其他部分相接触的 边界称为分界线（separatrix)。
[0039] 图3是英文字母错定部分和2D轮廓形状突出部分的对应匹配示意图。两者的对应 匹配取决于相对位置的兼容性和类型定向的兼容性。对于2D轮廓形状突出部分，用PCA的方 法计算每个突出部分的主轴，依据主轴与字母布局路径1的方向之间的角度爲把突出部分分 为右向、直向和左向；当貧導雷是右向;接単等，是直向;当黄錢 <巧是左向。图中给 玄... 玄 .,3.. 出的英文字母为"kangaroo"，含有8个字母，把字母布局路径8等分，第4个字母V'的位置为 第4等分的中点位置，即为L(S^)。对于2D轮廓形状的突出部分新，投影它的两个端点转湘 至時母布局路径上，得到?和P^则麵和Ps^的中点为突出部分菊的位置L(?);计算两者 位置兼容性。字母"g"的错定部分和轮廓的突出部分3;都是下降部分，因此，两者方向匹 配，同时字母"g"的错定部分为左向，轮廓的突出部分的主轴与布局路径方向之间的角 時皆;幢，所麵的突出部麵为左向，因此两者的类型和方向的兼容性的胃 散函数曰两者相匹配。
[0040] 图4是字母"h"和V'的变形字母的排名分数示意图。给出一个变形的字母，通过排 名函数，已知的系数向量和字母的特征向量，可得到一个介于[-1,1]之间排名分数，分数越 大可读性越强。
[0041] 图5是对字母轮廓的变形示意图。为了实现字母的小尺度变形，用Matlab提供的样 条函数拟合表示每个字母的边缘曲线，通过控制点5来变形字母边缘。初始的控制点集包括 字母边缘曲线上的角点（该多边形中两条相邻的线段的夹角小于^淀，则它们的交点即为角 孚 点），在每一次变形后，迭代的在两个连续的控制点中间插入一个新的控制点5。通过变形边 界控制点5来最小化包含可读性度量的联合布局能量函数。如图5中变形的字母"d"是通过 沿着边缘的法线移动控制点P生成的。
[0042] 图6是英文LOGO的生成过程示意图。（a)给出一个2D轮廓形状和英文单词"bunny"; (b)字母错定部分和轮廓突出部分的确定，W及字母布局路径的生成；（C)基于字母错定 部分和轮廓突出部分对应匹配后，字母与轮廓的对齐W及初步变形；（d)通过可读性的字母 变形得到的最终结果。
【主权项】
1. 一种英文LOGO的设计技术，其特征在于包括如下步骤： (1) 给出一个英文单词L和一个2D轮廓形状;英文单词L含有N个字母，2D轮廓形状的面 积为 (2) 确定英文字母锚定部分； (3) 检测出2D轮廓形状的突出部分； (4) 英文字母布局路径的生成； (5) 通过位置、类型和方向兼容性函数使英文字母锚定部分与2D轮廓形状突出部分相 对应匹配； (6) 英文字母与2D轮廓形状的对齐以及字母的摆放； (7) 英文字母的细化优化和初步变形； (8) 保持可识别性的英文字母变形和后处理。2. 根据权利要求1所述的一种英文LOGO的设计技术，其特征在于，根据字母中各笔画的 相对位置把所述英文字母锚定部分手动分为上升部分和下降部分;并手动把所述锚定部分 分为右向、直向和左向；字母锚定部分和字母其他部分相交的边界为切割线。3. 根据权利要求1所述的一种英文LOGO的设计技术，其特征在于，根据字母布局路径的 上下位置把2D轮廓形状的突出部分分为上升部分和下降部分，用PCA的方法计算每个突出 部分的主轴，依据主轴与字母布局路径的方向之间的角度Θ把突出部分分为右向、直向和左 向；当Θ ，为右向；左趣，为直向；_皮彩:? I!为左向。 3 3 3 ：3 ;.："4. 根据权利要求1所述的一种英文LOGO的设计技术，其特征在于，所述步骤(5)的具体 步骤为:①确定2D轮廓形状突出部分％和字母锚定部分巧的相对位置的兼容性:输入有N个 字母的单词，把字母布局路径N等分，指定第j个字母的位置Msg为第j份的中点位置;对于 2D轮廓形状的突出部分％，投影它的两个端点到字母布局路径上，把两个投影点的中点作 为第i个轮廓突出部分的位置2D轮廓形状突出部分兩和字母锚定部分今的相对位 置的兼容性计算公式为#为字母布局路径长度； ② 用离散函数计算类型和方向的兼容性：当2D轮廓形状突出部分％和字母锚定部 分％-个为上升部分，另一个为下降部分时，乾_.==錢，两者方向不匹配；当两者同时为上 升部分或同时为下降部分，则方向匹配;方向匹配时，％和％同时为左向、右向或直向时， =: 1;街和_其中一个为直向，另一个为左向或右向时，％? :=魏箱;叛和,其中一个 为左向，另一个为右向时，l^:Ss = ; ③ 计算2D轮廓形状突出部分％和字母锚定部分气的整体的兼容性代价函数为：④ 一组图像突出部分赛猶1和一组字母的锚定部分 通过最小化无逆约束的联合代价函数，计算与每个突出部分对应 匹配的锚定部分其中，M(4)是与突出部分叛对应的字母锚定部分。5. 根据权利要求4所述的一种英文LOGO的设计技术，其特征在于，所述位置兼容性 齡:与方向和类型兼容性乾―1? _都为〇。6. 根据权利要求1所述的一种英文LOGO的设计技术，其特征在于，所述步骤(6)的具体 步骤为： ① 设置每个字母的初始尺寸为釋·; ② 先摆放字母锚定部分与2D轮廓形状突出部分相对应匹配的字母:通过将字母锚定部 分的切割线和突出部分的分界线的中心和方向对齐来摆放字母； ③ 对于余下的字母，以路径的法线方向，等间距的摆入，并设定字母间最小间距值。7. 根据权利要求1所述的一种英文LOGO的设计技术，其特征在于，所述步骤(7)调整字 母的位置、方向和大小，具体公式为： ① 保障字母长宽比（????)是英文单词L中第i 个字母I细化前后的长宽比； ② 保障符合度&是输入的2D轮廓形状的面积； 是两个区域的面积差，= B:- 1，B是英文单词L和2D轮廓形状面积 相交集的面积，A是2D轮廓形状面积没被英文单词L覆盖住的面积； ③ 保障光滑流； 为英文单词L中所有字母面积的变化;· 是英文单词L中所有字母方向的变 化;》为两个相邻字母的重叠面积和辦^:是组合权重，_掘定为1; ④ 联合布局能量函数为8. 根据权利要求1所述的一种英文LOGO的设计技术，其特征在于，所述步骤(8)的具体 步骤为： ① 变形字母的排名函数为=轉|^ ;其中辑€为系数向量，X为字母的特征向量； 收集包含同一字母不同变形的训练图像I，获取两组图像:第一组_=饮:||里的图像第一 个謂I比第二个麵)可读性强;第二组％ = 中两个图像可读性一致;字母的特征向量X满 足：；通过收集的已知的排名分 数η(χ)和字母的特征向量X，推导出系数向量排名分数吟麵是介于区间[-1，1]的数 值； ② 通过步骤①中推导的系数向量uf和字母的特征向量X，可通过排名函数计算出任何 变形字母的排名分数联合布局能量函数中保障字母长宽比的可读性度量函数替换 为是英文单词的第i个字母的排名分数； ③ 字母边界离散化：用Matlab提供的样条函数拟合表示每个字母的边缘曲线，通过控 制点来变形字母边缘，在每一次变形后，在两个连续的控制点中间插入一个新的控制点，变 形的字母是通过沿着边缘的法线移动控制点生成的;通过变形边界控制点来最小化可读性 度量的能量函数，最终得到保持可读性的英文字母变形； ④后处理:把变形后字母超出2D轮廓线的部分直接移除；把变形后字母没有准确的贴 合轮廓的空白区域直接增加到对应的字母;两个字母间间距小于设定的最小间距或相互重 叠的，把两个字母各缩小设定的字母间最小间距值的一半。
【文档编号】G06T11/40GK105957122SQ201610285347
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】邹常青, 曹俊杰, 王伟明, 刘秀平, 马宁, 王杰
【申请人】衡阳师范学院