專利名稱：一種基于聚類分析的顏色分類方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種基于聚類分析的顏色分類方法，屬于計算機圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)光三維測量方法主要分為兩個部分，第一部分是投影結(jié)構(gòu)光并拍攝獲得結(jié)構(gòu)光圖像，然后進行結(jié)構(gòu)光解碼得到結(jié)構(gòu)光的圖像二維信息；第二部分是根據(jù)投影儀、攝像機和目標(biāo)物體的相對位置把結(jié)構(gòu)光的圖像二維信息轉(zhuǎn)化為目標(biāo)物體的三維信息。從本質(zhì)上說，基于結(jié)構(gòu)光的三維重構(gòu)系統(tǒng)是傳統(tǒng)立體視覺系統(tǒng)的一種改進與延伸。它使用一個投射編碼圖像的設(shè)備來代替立體視覺系統(tǒng)中的一個攝像機，解決了特征點設(shè)置和特征點搜尋的難題?；诮Y(jié)構(gòu)光的三維重構(gòu)系統(tǒng)具有非接觸、精度高、速度快、適用范圍廣等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于自動化加工、高速在線檢測、質(zhì)量控制、航空航天、汽車制造、實物仿型、服裝加工、投影系統(tǒng)等領(lǐng)域，是反向工程和計算機視覺中的重要組成部分。在基于結(jié)構(gòu)光的三維重建中，解決攝像機觀測條紋與投影儀投射模式條紋之間的匹配問題最有效的方法是對結(jié)構(gòu)光進行編碼，利用各種編碼策略使像素本身帶有先驗編碼信息，通過解碼，實現(xiàn)光條或點的精確定位。合肥工業(yè)大學(xué)張勇斌等人提出了一種偽隨機編碼方案，該方案根據(jù)偽隨機彩色編碼原理，代數(shù)攝影幾何中的交比不變性質(zhì)，將一副偽隨機編碼圖案與投影系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)造了一種新的視覺投影系統(tǒng)。浙江大學(xué)黃紅強等人提出了一種顏色編碼方案，用膠片拍攝調(diào)值分布具有一定規(guī)律的條紋狀圖案，然后利用該膠片投影得到彩色結(jié)構(gòu)光。由于在圖像攝取時黑色對彩色條紋的影響不大，又考慮到邊緣提取的需要，選取黑色作為底色。對于解碼方法來說，張超等人提出一系列圖像預(yù)處理方法，可以更加準確地提取較細格雷碼的條紋；于曉洋等人采用一種基于邊緣導(dǎo)向的亞像素定位技術(shù)提取格雷碼條紋邊緣；Philipp Fechteler等人提出了自適應(yīng)彩色分類方法和捕獲3D模型的方法，解決了環(huán)境光、顏色、人臉特征對重構(gòu)質(zhì)量的影響，提高了系統(tǒng)的魯棒性。Willie Brink等人根據(jù)圖中已記錄條紋的潛在關(guān)聯(lián)性和鄰接性，提出了最大生成樹算法，使用該算法可以得到比以往方法更精確、更可靠的重構(gòu)結(jié)果?？琢罡坏热死眯蛄械拇翱谔匦院涂臻g鄰域編碼思想對各條紋邊界進行標(biāo)識，采用全局優(yōu)化思想對條紋邊界進行最優(yōu)鄰域匹配，不需要假定物體全表面單調(diào)，對其連續(xù)性也不做嚴格要求。Liaiang等人引入了多通道動態(tài)規(guī)劃思想， 來克服圖像中的條紋遮擋問題，但常會出現(xiàn)對局部單調(diào)區(qū)域之間的邊界集的解碼誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了精確地對彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片中特征點的顏色進行分類，本發(fā)明提出一種基于聚類分析的顏色分類方法。—種基于聚類分析的顏色分類方法，其特征在于，該方法所需設(shè)備和實現(xiàn)步驟如下所需設(shè)備如

圖1所示，所需設(shè)備包括投影機1，投影屏幕2，攝像機3，計算機4，待測物體5 ；其中投影機1和攝像機3都通過電纜與計算機4連接。實現(xiàn)步驟步驟1、計算機4通過投影機1將一幅每個像素點的RGB值都分別為255，0，0的紅色圖像經(jīng)過待測物體5調(diào)制后投影到投影屏幕2上，生成調(diào)制后的紅色投影圖像。步驟2、計算機4通過攝像機3拍攝步驟1生成的調(diào)制后的紅色投影圖像，得到紅色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由紅色結(jié)構(gòu)光編碼圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣R1，設(shè)矩陣Rl有m行，η列；構(gòu)造m行η列矩陣R，矩陣R的第i行第j列元素為 R(i，j) = (RR(i，j)，RG(i，j)，RB(i，j))，其中 RR(i，j)、RG(i，j)、RB(i，j)分別為 Rl (i， j)的RGB值。步驟3、保持投影機1位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機4通過投影機1將一幅和紅色圖像的大小相同且每個像素點的RGB值都分別為0，255，0的綠色圖像經(jīng)過待測物體5 調(diào)制后投影到投影屏幕2上，生成調(diào)制后的綠色投影圖像。步驟4、保持攝像機3位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機4通過攝像機3拍攝步驟 3生成的調(diào)制后的綠色投影圖像，得到綠色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由綠色結(jié)構(gòu)光編碼圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣Gl ；構(gòu)造矩陣G，矩陣G的第i行第j列元素為 G(i，j) = (GR(i，j)，GG(i，j)，GB(i，j))，其中 GR(i，j)、GG(i，j)、GB(i，j)分別為 Gl (i，j)的 RGB 值。步驟5、保持投影機1位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機4通過投影機1將一幅和紅色圖像的大小相同且每個像素點的RGB值都分別為0，0，255的藍色圖像經(jīng)過待測物體5 調(diào)制后投影到投影屏幕2上，生成調(diào)制后的藍色投影圖像。步驟6、保持攝像機3位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機4通過攝像機3拍攝步驟 5生成的調(diào)制后的藍色投影圖像，得到藍色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由藍色結(jié)構(gòu)光編碼圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣Bl ；構(gòu)造矩陣B，矩陣B的第i行第j列元素為 B(i，j) = (BR(i，j)，BG(i，j)，BB(i，j))，其中 BR(i，j)、BG(i，j)、BB(i，j)分別為 Bl (i，j)的 RGB 值。步驟7、保持投影機1位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機4通過投影機1將一幅和紅色圖像的大小相同的彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像經(jīng)過待測物體5調(diào)制后投影到投影屏幕2上， 生成調(diào)制后的彩色投影圖像。步驟8、保持攝像機3位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機4通過攝像機3拍攝步驟 7生成的調(diào)制后的彩色投影圖像，得到彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由該圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣Zl ；構(gòu)造矩陣Z，矩陣Z的第i行第j列元素為Z(i，j) =(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，其中 R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分別為 Z(i，j)的 RGB 值。步驟9、設(shè)彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像中的像素點共有k種顏色，分別用 ，...，％表示，其中顏色ax的RGB值分別用rx，gx，bx表示，χ = 1，2，. . .，k ；根據(jù)矩陣R，G，B,對這k種顏色進行修正，方法如下rx = rx/255*RR(i, j)；gx = gx/255*GG(i, j)；bx = bx/255*BB(i, j)；如果在k種顏色中有黑色，記rx = gx = bx = 0，那么根據(jù)公式rx = ((GR(i，j)+BR(i，j))/2，gx = (RG (i，j)+BG(i，j))/2，bx = (RB (i，j)+GB(i，j))/2)分別對黑色進行修正；設(shè)Mtl表示屬于第q種顏色的像素點的個數(shù)，設(shè)Mtl = 0，q = 1，2，. . .，k。步驟10、設(shè) N, = 0，q = 1，2，...，k ；構(gòu)造矩陣 D，其中 D(i，j，s)表示 Z(i，j)到點(rs，gs，bs)的距離，所述距離的定義如下
權(quán)利要求
1. 一種基于聚類分析的顏色分類方法，其特征在于，該方法所需設(shè)備和實現(xiàn)步驟如下所需設(shè)備所需設(shè)備包括投影機(1)，投影屏幕0)，攝像機(3)，計算機G)，待測物體 (5)；其中投影機(1)和攝像機C3)都通過電纜與計算機(4)連接； 實現(xiàn)步驟步驟1、計算機(4)通過投影機1將一幅每個像素點的RGB值都分別為255，0，0的紅色圖像經(jīng)過待測物體( 調(diào)制后投影到投影屏幕( 上，生成調(diào)制后的紅色投影圖像；步驟2、計算機(4)通過攝像機(3)拍攝步驟1生成的調(diào)制后的紅色投影圖像，得到紅色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由紅色結(jié)構(gòu)光編碼圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣R1，設(shè)矩陣Rl有m行，η列；構(gòu)造m行η列矩陣R，矩陣R的第i行第j列元素為 R(i，j) = (RR(i，j)，RG(i，j)，RB(i，j))，其中 RR(i, j)、RG(i，j)、RB(i，j)分別為 Rl (i， j)的RGB值；步驟3、保持投影機(1)位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機(4)通過投影機(1)將一幅和紅色圖像的大小相同且每個像素點的RGB值都分別為0，255，0的綠色圖像經(jīng)過待測物體 (5)調(diào)制后投影到投影屏幕( 上，生成調(diào)制后的綠色投影圖像；步驟4、保持攝像機C3)位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機(4)通過攝像機C3)拍攝步驟(3)生成的調(diào)制后的綠色投影圖像，得到綠色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由綠色結(jié)構(gòu)光編碼圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣Gl ；構(gòu)造矩陣G，矩陣G的第i行第 j 列元素為 G(i，j) = (GR(i，j)，GG(i，j)，GB(i，j))，其中 GR(i，j)、GG(i，j)、GB(i，j)分別為Gl(i，j)的RGB值;步驟5、保持投影機(1)位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機(4)通過投影機(1)將一幅和紅色圖像的大小相同且每個像素點的RGB值都分別為0，0，255的藍色圖像經(jīng)過待測物體 (5)調(diào)制后投影到投影屏幕( 上，生成調(diào)制后的藍色投影圖像；步驟6、保持攝像機C3)位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機(4)通過攝像機C3)拍攝步驟(5)生成的調(diào)制后的藍色投影圖像，得到藍色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由藍色結(jié)構(gòu)光編碼圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣Bl ；構(gòu)造矩陣B，矩陣B的第i行第 j 列元素為 B(i，j) = (BR(i，j)，BG(i，j)，BB(i，j))，其中 BR(i，j)、BG(i，j)、BB(i，j)分別為Bl(i，j)的RGB值;步驟7、保持投影機(1)位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機(4)通過投影機(1)將一幅和紅色圖像的大小相同的彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像經(jīng)過待測物體( 調(diào)制后投影到投影屏幕 (2)上，生成調(diào)制后的彩色投影圖像；步驟8、保持攝像機C3)位置、姿態(tài)、內(nèi)部參數(shù)不變，計算機(4)通過攝像機C3)拍攝步驟(7)生成的調(diào)制后的彩色投影圖像，得到彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；由該圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構(gòu)成矩陣Zl ；構(gòu)造矩陣Z，矩陣Z的第i行第j列元素為 Z(i, j) = (R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，其中 R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分別為 Z(i，j)的 RGB 值；步驟9、設(shè)彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像中的像素點共有k種顏色，分別用a2, . . . , ak表示， 其中顏色ax的RGB值分別用rx，gx，bx表示，χ = 1,2,... ,k ；根據(jù)矩陣R，G，B,對這k種顏色進行修正，方法如下2rx = rx/255*RR(i，j)； gx = gx/255*GG(i, j)； bx = bx/255*BB(i, j)；如果在k種顏色中有黑色，記rx = gx = bx = 0，那么根據(jù)公式rx = ((GR(i, j)+BR(i, j))/2,gx= (RG(i，j)+BG(i，j))/2，bx= (RB(i，j)+GB(i，j))/2)分別對黑色進行修正；設(shè) Mtl表示屬于第q種顏色的像素點的個數(shù)，設(shè)Mtl = 0，q = 1，2，. . .，k ；步驟 10、設(shè) Ntl = 0，q = 1，2，...，k;構(gòu)造矩陣 D，其中 D(i，j，s)表示 Z(i，j)到點(rs， gs, bs)的距離，所述距離的定義如下
全文摘要
本發(fā)明一種基于聚類分析的顏色分類方法，屬于計算機圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用聚類分析方法，能夠有效地將彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片中的每一個像素點根據(jù)其顏色進行分類。本發(fā)明適合同種顏色的像素點分布集中，不同種顏色的像素點分布比較分散的彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片，在短時間內(nèi)有效地消除像素點間的干擾，提高確定像素點顏色的正確性。
文檔編號G06K9/62GK102156877SQ20111008089
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者丁瑩, 姜會林, 李明勛, 楊華民, 范靜濤, 韓成 申請人:長春理工大學(xué)