專利名稱：機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種圖象處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地說，是一種機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法。
背景技術(shù)：
近些年，通過計(jì)算機(jī)圖象處理的方法實(shí)現(xiàn)人的面部特征的提取，已經(jīng)做過一些研究，但是關(guān)于如何用機(jī)器人來把計(jì)算機(jī)中的圖像畫在畫紙上的發(fā)明卻沒有。此發(fā)明的關(guān)鍵在于圖像處理后，如何將處理后的離散點(diǎn)連接起來。也就是說需要好的方法找出有相聯(lián)系的計(jì)算機(jī)圖像上的離散點(diǎn)，最后用機(jī)器人末端畫筆實(shí)現(xiàn)這些點(diǎn)的連接?，F(xiàn)有的圖像處理方法主要是通過找出人面部的特征點(diǎn)而后實(shí)現(xiàn)連接，這樣的方法運(yùn)算量大，而且可能尋找失敗，從而使得機(jī)器人繪畫出的人臉嚴(yán)重變形。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，顧明亮在“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉特征提取”(東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1995.9)一文中提到應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法提取人臉特征，該方法實(shí)現(xiàn)了人臉的特征提取，但是并沒有涉及到如何將這些點(diǎn)通過有效的矢量化的方法連接起來的問題；當(dāng)然，也就不能實(shí)現(xiàn)在紙上用機(jī)器人將人臉繪出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法，使其應(yīng)用去背景，去噪聲，邊緣提取得到二值圖像，然后用一種模板連線的方法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)點(diǎn)的連接，這種方法運(yùn)算量少，而且繪出人臉圖像比較真實(shí)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明通過CCD(數(shù)碼攝像頭)得到人面部圖像照片，應(yīng)用圖像處理的方法通過去背景、去噪聲、去黑色、灰度變換、輪廓提取的圖象處理方法，提取人的面部特征；將這些線條肖像特征以點(diǎn)陣的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；將無序的點(diǎn)陣集合進(jìn)行矢量化，將相鄰的點(diǎn)以矢量的形式描述出來；對(duì)矢量進(jìn)行二次整形、簡(jiǎn)化，得到足夠少的線，并確認(rèn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的繪圖筆畫順序，使得機(jī)器人可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)繪出肖像。
本發(fā)明具體步驟如下(1)人坐在一塊藍(lán)色背景布前，調(diào)整其位置，使得其面部在CCD攝像圖像中部；(2)用CCD拍攝一幀該人的面部圖象，拍攝后將其存為BMP格式文件；(3)將此圖片中的藍(lán)色背景去掉，剩下人的面部頭發(fā)和衣服圖像，然后去掉黑色部分，黑色部分包括頭發(fā)、眼睛、鼻孔和陰影，這樣有利于輪廓檢測(cè)。
(4)將圖像進(jìn)行灰度變換和輪廓檢測(cè)處理，找到照片的點(diǎn)陣肖像特征。
所述的輪廓檢測(cè)是指對(duì)得到的灰度圖象，檢測(cè)某像素點(diǎn)兩側(cè)的灰度變化大小。這里可以使用Sobel邊緣檢測(cè)算法，即檢測(cè)每個(gè)像素點(diǎn)兩側(cè)的梯度值，當(dāng)梯度值大于一個(gè)域值時(shí)，就認(rèn)為這個(gè)像素點(diǎn)是邊緣點(diǎn)。得到圖象中的輪廓，這樣可以有效提取人的臉部、眼睛、鼻子、嘴巴的輪廓。
(5)應(yīng)用模板連接方法，將這些無序點(diǎn)矢量化，將相鄰點(diǎn)互連簡(jiǎn)化。
所述的模板連接方法是指用一個(gè)正方形的模板在圖象中移動(dòng)。將這個(gè)模板內(nèi)的特征點(diǎn)的最上點(diǎn)和最下點(diǎn)相連接，最左點(diǎn)和最右點(diǎn)相連。這個(gè)模板從圖象的左上角按從左到右，從上到下的順序移動(dòng)。每次移動(dòng)都按以上方法連線。當(dāng)移動(dòng)完畢后，連線也就完成。就將這些特征點(diǎn)，矢量化為相互關(guān)聯(lián)的直線。
(6)由于肖像的眼睛鼻子嘴巴部分最能體現(xiàn)人物特征，于是通過面部檢測(cè)，眼睛定位，找到眼睛位置，鼻子和嘴巴位置，在此位置范圍內(nèi)用小模板連線，實(shí)現(xiàn)細(xì)化，這樣可以得到更加真實(shí)的圖畫，除此之外的部分為人物的輪廓，用大模板連線，這樣既可以不損失太多特征，也可以簡(jiǎn)化線段，得到較少的線，讓機(jī)器人在短時(shí)間內(nèi)繪出肖像。
(7)對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行藝術(shù)處理，在定位眼睛、鼻子、嘴巴的地方用標(biāo)準(zhǔn)的模板在原始圖象上匹配，得到人的眼睛、鼻子、嘴巴的大小與標(biāo)準(zhǔn)模板的大小的比例，比模板大的部分，放大該部分的比例，比如大眼睛，可以將眼睛畫得更大，而比模板小的部分，可以縮小該部分的比例，相應(yīng)根據(jù)每個(gè)部分的放大縮小比例，調(diào)整輪廓部分線條的比例，使之與眼睛、鼻子、嘴巴的大小相協(xié)調(diào)，生成漫畫矢量文件。
(8)將這些矢量線段，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，此后同過串口將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)器人控制器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端畫筆的繪畫。
本發(fā)明對(duì)于提取的特征點(diǎn)做了矢量化處理，這是其他相關(guān)文獻(xiàn)沒有提及的。矢量化是機(jī)器人繪畫的一個(gè)關(guān)鍵步驟，而且在矢量化后，進(jìn)行了漫畫處理。所以，本發(fā)明即對(duì)特征點(diǎn)做了矢量化處理，也進(jìn)行了后期漫畫處理。而且這些數(shù)據(jù)可以通過傳口傳輸?shù)綑C(jī)器人，用機(jī)器人繪出。繪出的肖像或者漫畫可以和真實(shí)照片非常接近，而且方法簡(jiǎn)單，速度快，穩(wěn)定性好。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例本發(fā)明具體步驟如下1.人坐在一塊藍(lán)色背景布前。調(diào)整其位置，使得其面部在CCD攝像圖像中部。
2.用CCD拍攝一幀該人的面部圖象，拍攝時(shí)的人及其背景亮度，應(yīng)為200-300流明之間。這個(gè)值也可以改變，但與之相對(duì)的后續(xù)的處理參數(shù)將發(fā)生一定變化。拍攝后，將其存為BMP格式文件。
3.將此圖片中的藍(lán)色背景去掉，剩下人的面部頭發(fā)和衣服圖像。然后去掉黑色部分。黑色部分包括頭發(fā)，眼睛，鼻孔和一些陰影，這樣有利于輪廓檢測(cè)。
4.將圖像進(jìn)行灰度變換和輪廓檢測(cè)處理，找到照片的點(diǎn)陣肖像特征。
5.應(yīng)用模板連接方法，將這些無序點(diǎn)矢量化。將相鄰點(diǎn)互連簡(jiǎn)化后，一般點(diǎn)數(shù)為1000-2000，線數(shù)為500-700。
6.大模板連線可以得到更少的線段，減少繪畫時(shí)間，大體上符合人面部輪廓。但是在眼睛鼻子嘴巴部分不夠有表現(xiàn)力。于是用小模板連線，這樣畫得更像，但是卻得到了更多的線數(shù)，這樣無疑增加了繪畫時(shí)間。為了在短時(shí)間繪出較為逼真的肖像，可以采用折中的方法，結(jié)合兩種方法相結(jié)合?？紤]到需要在人物眼睛嘴巴鼻子部分點(diǎn)密集，而且線段短。因此，可以用面部識(shí)別，和眼睛定位的方法得到眼睛嘴巴鼻子的位置。在此范圍內(nèi)用小模板細(xì)化。而頭發(fā)輪廓和衣服部分可以用大模板進(jìn)行簡(jiǎn)化。而且這樣也不會(huì)丟失人物的面部特征。一般點(diǎn)數(shù)為500-1500，線數(shù)為150-350。這樣可以讓機(jī)器人在3-5分鐘內(nèi)繪出。
7.對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行藝術(shù)處理，在定位眼睛、鼻子、嘴巴的地方用標(biāo)準(zhǔn)的模板在原始圖象上匹配。得到人的眼睛、鼻子、嘴巴的大小與標(biāo)準(zhǔn)模板的大小的比例，比模板大的部分，放大該部分的比例。比如大眼睛，可以將眼睛畫得更大。而比模板小的部分，可以縮小該部分的比例。相應(yīng)根據(jù)每個(gè)部分的放大縮小比例，調(diào)整輪廓部分線條的比例，使之與眼睛、鼻子、嘴巴的大小相協(xié)調(diào)。這樣就可以生成漫畫矢量文件。
8.將這些矢量線段，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。此后通過串口將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)器人控制器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端畫筆的繪畫。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法，其特征在于，通過CCD得到人面部圖像照片，應(yīng)用圖像處理的方法通過去背景、去噪聲、去黑色、灰度變換、輪廓提取的圖象處理方法，提取人的面部特征，將這些線條肖像特征以點(diǎn)陣的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，將無序的點(diǎn)陣集合進(jìn)行矢量化，將相鄰的點(diǎn)以矢量的形式描述出來，對(duì)矢量進(jìn)行二次整形、簡(jiǎn)化，得到足夠少的線，并確認(rèn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的繪圖筆畫順序，使得機(jī)器人可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)繪出肖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法，其特征是，包括如下步驟(1)人坐在一塊藍(lán)色背景布前，調(diào)整其位置，使得其面部在CCD攝像圖像中部；(2)用CCD拍攝一幀該人的面部圖象，拍攝后將其存為BMP格式文件；(3)將此圖片中的藍(lán)色背景去掉，剩下人的面部頭發(fā)和衣服圖像，然后去掉黑色部分；(4)將圖像進(jìn)行灰度變換和輪廓檢測(cè)處理，找到照片的點(diǎn)陣肖像特征；(5)應(yīng)用模板連接方法，將這些無序點(diǎn)矢量化，將相鄰點(diǎn)互連簡(jiǎn)化；(6)通過面部檢測(cè)，眼睛定位，找到眼睛位置，鼻子和嘴巴位置，在此位置范圍內(nèi)用小模板連線，實(shí)現(xiàn)細(xì)化，這樣可以得到更加真實(shí)的圖畫，除此之外的部分為人物的輪廓，用大模板連線，讓機(jī)器人在短時(shí)間內(nèi)繪出肖像；(7)對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行藝術(shù)處理，在定位眼睛、鼻子、嘴巴的地方用標(biāo)準(zhǔn)的模板在原始圖象上匹配，得到人的眼睛、鼻子、嘴巴的大小與標(biāo)準(zhǔn)模板的大小的比例，比模板大的部分，放大該部分的比例，而比模板小的部分，縮小該部分的比例，相應(yīng)根據(jù)每個(gè)部分的放大縮小比例，調(diào)整輪廓部分線條的比例，使之與眼睛、鼻子、嘴巴的大小相協(xié)調(diào)，生成漫畫矢量文件；(8)將這些矢量線段，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，此后同過串口將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)器人控制器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端畫筆的繪畫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法，其特征是，所述的黑色部分包括頭發(fā)、眼睛、鼻孔和陰影。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法，其特征是，所述的輪廓檢測(cè)是指對(duì)得到的灰度圖象，檢測(cè)某像素點(diǎn)兩側(cè)的灰度變化大小，使用Sobel邊緣檢測(cè)算法，即檢測(cè)每個(gè)像素點(diǎn)兩側(cè)的梯度值，當(dāng)梯度值大于一個(gè)域值時(shí)，就認(rèn)為這個(gè)像素點(diǎn)是邊緣點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法，其特征是，所述的模板連接方法是指用一個(gè)正方形的模板在圖象中移動(dòng)，將這個(gè)模板內(nèi)的特征點(diǎn)的最上點(diǎn)和最下點(diǎn)相連接，最左點(diǎn)和最右點(diǎn)相連接，這個(gè)模板從圖象的左上角按從左到右，從上到下的順序移動(dòng)，每次移動(dòng)都按以上方法連線，當(dāng)移動(dòng)完畢后，連線也就完成，就將這些特征點(diǎn)，矢量化為相互關(guān)聯(lián)的直線。
全文摘要
一種屬于圖象處理和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)器人繪制人臉漫畫的圖像處理方法，本發(fā)明通過CCD(數(shù)碼攝像頭)得到人面部圖像照片，應(yīng)用圖像處理的方法通過去背景、去噪聲、去黑色、灰度變換、輪廓提取的圖象處理方法，提取人的面部特征；將這些線條肖像特征以點(diǎn)陣的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；將無序的點(diǎn)陣集合進(jìn)行矢量化，將相鄰的點(diǎn)以矢量的形式描述出來；對(duì)矢量進(jìn)行二次整形、簡(jiǎn)化，得到足夠少的線，并確認(rèn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的繪圖筆畫順序，使得機(jī)器人可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)繪出肖像。本發(fā)明應(yīng)用去背景，去噪聲，邊緣提取得到二值圖像，然后用一種模板連線的方法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)點(diǎn)的連接，這種方法運(yùn)算量少，而且繪出人臉圖像比較真實(shí)。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1710608SQ20051002756
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者付莊, 倪菲, 陳元炳, 劉仁強(qiáng), 曹其新, 趙言正, 王美齡 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)