基于機(jī)器人的肖像繪制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)器人視覺技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于機(jī)器人的肖像繪制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)器人繪制人臉肖像過程為：待繪畫者站立或端坐在相機(jī)前方，相機(jī) 完成對待繪畫者人臉圖象的獲取，獲取的圖象經(jīng)過處理提取人臉輪廓，提取后的輪廓經(jīng)過 軌跡規(guī)劃發(fā)送給機(jī)器人控制器，完成工業(yè)機(jī)器人人臉肖像的繪制。
[0003] 在歐洲，德國機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室使用六軸工業(yè)機(jī)器人做肖像自動繪制的表演。而他們 所采用的技術(shù)，主要是運(yùn)用圖象處理中的邊緣提取效果來取得人臉的輪廓線，再轉(zhuǎn)成矢量 點(diǎn)供機(jī)器人繪畫，此方法對光線的要求很高，并且系統(tǒng)在繪畫過程中并不穩(wěn)定。
[0004] 在中國，新松機(jī)器人自動化股份有限公司的機(jī)器人視覺實(shí)驗(yàn)室使用近紅外技術(shù)獲 取人臉輪廓，并應(yīng)用六軸工業(yè)機(jī)器人成功繪制出肖像畫。但由于人的頭發(fā)對近紅外光線不 敏感，繪制的人臉肖像圖缺少頭發(fā)的細(xì)節(jié)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于機(jī)器人的肖像繪制系統(tǒng)，其可克服現(xiàn)有技術(shù) 的缺陷，彩色圖象處理算法與近紅外圖象處理算法相結(jié)合的六軸工業(yè)機(jī)器人肖像繪畫系統(tǒng) 來代替只采用近紅外圖象處理算法的肖像繪畫系統(tǒng)，新的系統(tǒng)具有更高的安全性、穩(wěn)定性、 可靠性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 包括一機(jī)器人本體、一光源、一拍攝機(jī)構(gòu)，第一圖像處理機(jī)構(gòu)、第二圖像處理機(jī)構(gòu)、 一矢量處理機(jī)構(gòu)、一控制機(jī)構(gòu)；
[0008] 光源，用于向人臉發(fā)送電磁波；
[0009] 拍攝機(jī)構(gòu)，為近紅外和彩色一體的工業(yè)相機(jī)，用于獲取人體的近紅外圖像和彩色 圖像，并將彩色圖像發(fā)送給第一圖像處理機(jī)構(gòu)，將近紅外圖像發(fā)送給第二處理機(jī)構(gòu)；
[0010] 第一圖像處理機(jī)構(gòu)，用于獲取拍攝機(jī)構(gòu)發(fā)送的彩色圖像，獲取人臉的二值圖像；
[0011] 第二圖像處理機(jī)構(gòu)，用于獲取拍攝機(jī)構(gòu)發(fā)送的近紅外圖像，獲取人臉五官的二值 圖像；
[0012] 矢量處理機(jī)構(gòu)，用于合并彩色圖片的二值圖像及近紅外圖片的二值圖像，提取人 臉輪廓線，并對輪廓線進(jìn)行點(diǎn)的矢量處理；
[0013] 控制機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)點(diǎn)的矢量化把機(jī)器人本體要繪制的運(yùn)動點(diǎn)規(guī)劃出，并控制機(jī) 器人的運(yùn)動，完成肖像的繪畫。
[0014] 優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括：
[0015] 遠(yuǎn)程管理機(jī)構(gòu)，用于完成整個系統(tǒng)的配電管理及與外界的PLC通訊，輔助外界總 控PLC管理整個系統(tǒng)；
[0016] 畫架拆紙機(jī)構(gòu)，用于完成繪圖紙的自動裁剪功能；
[0017] 氣壓供應(yīng)機(jī)構(gòu)，用于給畫架拆紙機(jī)構(gòu)內(nèi)的氣缸提供氣源。
[0018] 優(yōu)選的，所述第一圖像處理機(jī)構(gòu)，包括：色彩空間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、第一閾值獲取機(jī)構(gòu)、二 值圖像獲取機(jī)構(gòu)；
[0019] 色彩空間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，用于將彩色圖像RGB色彩空間轉(zhuǎn)換為YCrCb色彩空間，分離Y、 Cb、Cr分量；
[0020] 第一閾值獲取機(jī)構(gòu)，用于獲取圖像的最佳閾值；
[0021] 二值圖像獲取機(jī)構(gòu)，根據(jù)最佳閾值T獲取人臉區(qū)域的二值圖像。
[0022] 優(yōu)選的，第二圖像處理機(jī)構(gòu)包括：第二閾值獲取機(jī)構(gòu)、五官投影機(jī)構(gòu)、輪廓線獲取 機(jī)構(gòu)；
[0023] 第二閾值獲取機(jī)構(gòu)，用于獲取近紅外圖像的最佳閾值；
[0024] 五官投影機(jī)構(gòu)，采用水平和垂直積分投影提取五官位置和五官的二值圖像；
[0025] 輪廓線獲取機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)由人臉的垂直投影積分和水平投影積分得到的圖象上 下左右關(guān)鍵點(diǎn)定位出人臉輪廊；
[0026] 優(yōu)選的，所述電磁波的波長為830nm~870nm。
[0027] 采用上述技術(shù)方案后，該發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 本發(fā)明提供一種基于近紅外和彩色相機(jī)相結(jié)合的肖像繪畫機(jī)器人系統(tǒng)，能很好的 適用外界環(huán)境光線的變化，在光線變化的時候本系統(tǒng)也能很好的提取出人臉的輪廓，使六 軸工業(yè)機(jī)器人完成繪制任務(wù)。另外，該系統(tǒng)利用離線編程技術(shù)來完成機(jī)器人繪制人臉輪廓 的軌跡規(guī)劃，可以簡化機(jī)器人編程過程，提高編程的效率。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例第一圖像處理機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例第二圖像處理機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0033] 請參考圖1所示，基于機(jī)器人的肖像繪制系統(tǒng)，包括一機(jī)器人本體10、一光源20、 一拍攝機(jī)構(gòu)30,第一圖像處理機(jī)構(gòu)40、第二圖像處理機(jī)構(gòu)50、一矢量處理機(jī)構(gòu)60、一控制機(jī) 構(gòu)70、一遠(yuǎn)程管理機(jī)構(gòu)80、一畫架拆紙機(jī)構(gòu)90及一氣壓供應(yīng)機(jī)構(gòu)100。
[0034] 光源20為一近紅外光源，用于向人臉發(fā)送電磁波，該電磁波的波長為830nm至 870nm，當(dāng)波長為850nm時效果最佳。光源20可以根據(jù)人體的形狀大小調(diào)整位置。
[0035] 拍攝機(jī)構(gòu)30為近紅外和彩色一體的工業(yè)相機(jī)，用于獲取人體的近紅外圖像和彩 色圖像，并將彩色圖像發(fā)送給第一圖像處理機(jī)構(gòu)40,將近紅外圖像發(fā)送給第二處理機(jī)構(gòu) 50 〇
[0036] 第一圖像處理機(jī)構(gòu)40,用于獲取拍攝機(jī)構(gòu)30發(fā)送的彩色圖像，獲取人臉的二值圖 像。
[0037] 參考附圖2,第一圖像處理機(jī)構(gòu)40,包括：色彩空間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)41、第一閾值獲取機(jī) 構(gòu)42、二值圖像獲取機(jī)構(gòu)43。
[0038] 色彩空間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)41，用于將彩色圖像RGB色彩空間轉(zhuǎn)換為YCrCb色彩空間，分離 Y、Cb、Cr 分量。
[0039] YCbCr色彩空間是從YUV空間演變出來的，其廣泛的應(yīng)用于數(shù)字視頻。在這種色彩 空間中，單個分量Y用來表示亮度的信息，用兩個色差的分量Cb、Cr來表示色彩信息，而藍(lán) 色分量用Cb表示，紅色分量用Cr表示。在YCbCr色彩空間中，樣本的分布受亮度值Y的影 響很小，而樣本數(shù)據(jù)基本集中在Cb-Cr平面上的一個較小的區(qū)域中。
[0040] 第一閾值獲取機(jī)構(gòu)42,用于獲取圖像的最佳閾值。
[0041] 使用迭代閾值法來獲取最佳閾值，其計(jì)算方法如下：S11 :選擇初始閾值T，一般可 以選擇圖像的平均灰度值當(dāng)做初始閾值；S: 12 :經(jīng)過初始閾值T，把圖像的平均灰度值分作 兩組R1和R2 ;S13 :計(jì)算出兩組的平均灰度值ul和u2 ;S14 :計(jì)算出新的閾值，公式為：
[0042] T = (ul+u2)/2 (1)
[0043] S15 :循環(huán)步驟2-步驟4,直到兩組的平均灰度值ul和u2不發(fā)生變化，則獲取到 最佳閾值T。
[0044] 二值圖像獲取機(jī)構(gòu)43,根據(jù)最佳閾值T獲取人臉區(qū)域的二值圖像。
[0045] 先進(jìn)行肖像外輪廓的分割，在YCbCr色彩空間的三個分量中，Cb、Cr分量去除了亮 度信息，外形輪廓比較明顯，選用Cb圖進(jìn)行外輪廓提取。通過迭代閾值法求出最佳閾值后， 以此閾值對Cb圖做二值化處理，算法如下：
[0047] 其中f(i，j)為像素值，因?yàn)楸尘暗南袼刂递^高，當(dāng)大于閾值時認(rèn)為是背景，將像 素值設(shè)為255即白色，當(dāng)小于閾值時認(rèn)為是人的肖像區(qū)域，像素值設(shè)為0即黑色。經(jīng)過初步 的提取之后，我們發(fā)現(xiàn)肖像區(qū)域內(nèi)存在一些噪聲，采用下面的算法可以消除噪聲：
[0050] 其中i0為每一行中肖像最左邊的像素的列坐標(biāo)，il為每一行中肖像最右邊的像 素的列坐標(biāo)，算法通過從左到中間和從右到中間兩次逐行掃描，當(dāng)沒有達(dá)到肖像的邊界時， 把像素值設(shè)為255即白色背景，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一個肖像邊界點(diǎn)時，將此行從邊界點(diǎn)到中間點(diǎn)的 所有像素都設(shè)為〇即黑色人像區(qū)域。每一行按照此算法掃描之后，就得到一幅完整的人像 區(qū)域二值圖像。
[0051] 第二圖像處理機(jī)構(gòu)50,用于獲取拍攝機(jī)構(gòu)30發(fā)送的近紅外圖像，獲取人臉五官的 二值圖像。
[0052] 參考附圖3,第二圖像處理機(jī)構(gòu)50包括：第二閾值獲取機(jī)構(gòu)51、五官投影機(jī)構(gòu)52、 輪廓線獲取機(jī)構(gòu)53。
[0053] 第二閾值獲取機(jī)構(gòu)51，用于獲取近紅外圖像的最佳閾值
[0054] 設(shè)灰度圖象灰度級是L，則灰度范圍為[0，L_1]，利用0TSU算法計(jì)算圖象的最佳閾 值為：
[0055] t = Max [w0 (t) * (uO (t) -u) 2+wl (t) * (ul (t) -u)2] (5)
[0056] 其中，當(dāng)分割的閾值為t時，wO為背景比例，uO為背景均值，wl為前景比例，ul為 前景均值，u為整幅圖象的均值。使以上表達(dá)式值最大的t，即為分割圖象的最佳閾值。 [0057] 五官投影機(jī)構(gòu)52,采用水平和垂直積分投影提取五官位置和五官的二值圖像。
[0058] 根據(jù)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理