坭興陶的圖像特征提取和展示平臺方案設計

黃瑜??

摘要：將物體從圖像中分割出來，并對其進行幾何特征的測量與分析，便于在此基礎上識別物體特性，對物體進行分類或標準符合判別，實現質量監控。坭興陶具有形狀不一的特點，隨著種類的多樣化，對其進行圖像特征提取便于實現對坭興陶的合理分類。本文首先對坭興陶圖像進行預處理，再利用閾值分割的圖像特征提取法來提取坭興陶圖像參數特征，包括坭興陶的面積、周長、圓形度、伸長度與矩形度參數，并提出坭興陶展示平臺的設計方案，以期為坭興陶的分類展示提供有效的理論依據。

關鍵詞：坭興陶 圖像處理技術 特征參數提取 展示平臺設計

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2017）09-0032-03

圖像處理技術是利用計算機對采集的圖像進行除噪、增強、識別與特征提取等技術，包括圖像分割、邊緣檢測技術等。近幾年，圖像處理技術被廣泛應用于農業、建筑業、海洋、醫學等領域，并取得了顯著的成效，圖像特征提取是圖像處理技術的關鍵部分，特征提取效果決定了識別效果，因為在模式識別與計算機視覺中如何形象表達具有重要意義。[1]廣西欽州坭興陶燒制技藝是我國非物質文化遺產，利用可塑性較強的泥質制成器皿坯體并雕刻詩文與畫作，透露著淳樸濃厚的人文氣息，是一種雅致的工藝品，具有較高的實用價值與展示觀賞價值。本文對坭興陶采用圖像處理技術提取特征參數，為了增加坭興陶圖像特征參數的準確性，進行了坭興陶圖像的預處理，再進行計算，獲得相應的目標參數，并設計科學合理的坭興陶展示平臺。

一、坭興陶圖像的預處理

坭興陶具有透氣不透水的天然雙重氣孔結構，在進行CCD圖像拍攝時會產生較多的噪聲，所以先對坭興陶圖像進行預處理，隨后提取圖像的二值化與輪廓。

1.圖像的灰度化

在坭興陶的圖像采集過程中，所有圖像都是彩色RGB格式的，像素點24位，在進行圖像的保存與處理上消耗的儲存空間較大，因此要進行灰度化處理，以縮小圖像，減少數據量存儲。圖像灰度化常用方式有分量法、最大值法、平均值法、加權平均法，本文采用的圖像灰度化轉換公式為：

G=0299R+0587G+0144B

通過灰度化公式的轉換，能夠保證圖像的質量與效果不缺失，同時圖像與實際物體也沒有顯著的差別，灰度化轉換前后圖像的各點一致性較好，說明灰度化處理不會對特征提取造成影響。

2.圖像的二值化

二值化將圖像像素點灰度值設置為0或255，即讓圖像呈現黑白的效果，常用方法是設定全局閾值，比如設定閾值T，大于T的像素群則設定為白色，小于T則為黑色。對坭興陶的圖像特征提取如果主要是針對壺或是花瓶，則可以將坭興陶整體圖像中的提取目標圖像與背景圖像進行分割，以便于對目標圖像特征參數進行準確地提取。二值化公式中，首先假設一個原圖像中的像素點為f（i，j），而g（i，j）是輸出后的圖像對應該像素點，那么二值化公式就有：

該公式中T為閾值，并將1作為目標圖像區域的符號。

3.圖像噪聲去除

一般進行二值化處理后，目標圖像會出現部分噪聲點，此外坭興陶在燒制過程中，由于其材質的特性，會有許多雙重透氣不透水的小孔，在圖像采集過程中會受到噪聲的影響，降低坭興陶圖像的質量，進而影響圖像特征參數的提取。因此，在特征參數提取之前，必須進行噪聲去除，才能夠確保獲得更為精準的特征參數。圖像濾波處理技術能夠在盡可能保存圖像細節特征的前提下，對目標圖像的噪聲進行有效的抑制，對后續的圖像處理與分析具有高效性作用，本文采用形態學法與中值濾波對圖像的噪聲進行抑制處理，主要依據的是形態學能夠將目標圖像中的小孔去除，中值濾波則能夠去除圖像噪聲點，兩種方法的運用能夠有效保存圖像的邊緣與細節特征。此外，為防止中值濾波的不平均作用造成信號高頻信息的損失，本文采用標準中值濾波算法，即將濾波窗口內的最大值與最小值均視為噪聲，實現有效濾除噪聲，并保留圖像細節特征。

二、坭興陶圖像特征提取

在對坭興陶采集圖像進行灰度化、二值化與濾波預處理之后，即可對坭興陶目標圖像區域進行幾何特征參數的提取。圖像的特征參數包括了周長、面積、形狀因子、最小外接矩形長寬比、伸長度、重心等，本文對坭興陶圖像主要提取參數包括了周長、面積、圓形度、伸長度、矩形度。

1.面積參數

將坭興陶的目標圖像面積設為A，作為連通域中像素的總量，即邊界包圍的所有像素。圖像面積參數的提取與目標圖像大小相關，而與目標圖像中的像素點灰度值并無關聯。利用圖像標號進行處理，可以將面積參數進行統計算法算出，上文提到目標圖像區域符號為1，則提取1的面積參數通過二維數組中統計灰度值為1的像素個數計算。目標圖像面積計算公式為：

該面積公式中，s為圖像目標區域的數量，A為面積總和，f（i，j）為像素灰度值，二值圖像中，符號1就是f（i，j）的灰度值。

2.周長參數

周長參數的特征提取主要以邊界像素點數量來計算，即邊界所占的像素點數量即為周長參數。[2]對二值化處理后的目標圖像，按照一種特殊的定義法來定義邊界點，即該點對于周圍的領域來說是目標區域內的點，并且與背景緊貼，那么它的周圍領域中至少有一個像素值為0的點，即該點為邊界點。[3]通過這種對邊界點的定義來統計與計算邊界點總數，所有屬于一個區域邊界點的總和即為該目標區域的周長。周長計算公式與上文中的面積計算公式大體一致，只需按照邊界點定義進行判斷即可。

3.圓形度參數

坭興陶目標圖像圓形度參數的提取可以根據周長與面積的計算公式求得，即圓形度參數等于目標圖像面積與周長平方之比求得，這里設面積為As，周長為Ls，則圓形度ρc的計算公式為：

圓形度參數的計算公式能夠描述坭興陶的形狀，判斷坭興陶形狀特征與圓形的接近程度，如果計算ρ值越大，則表示坭興陶形狀特征越接近圓形。

4.伸長度

設伸長度為T，則伸長度的定義式：

該定義式中As為坭興陶目標圖像面積，W與L分別為包圍目標的最小矩形的寬度與長度。伸長度特征參數能夠將細長目標與近似圓形目標進行區分。

5.矩形度

矩形度與圓形度特征參數的提取目的都是為了充分描述坭興陶形狀特征，與圓形度類似，矩形度主要描述了連通域和矩形的相似程度，其計算公式為：

該公式中，As為連通域面積，Ar為該連通域面積外最小矩形面積。

三、實例驗證

同時對該三個坭興陶二值化圖像進行目標區域的特征參數提取，包括周長、面積、圓形度、矩形度以及伸長度。得出二值化圖像目標區域參數表，如表1所示。

中能夠看出，不同形狀的坭興陶目標圖像的形狀因子、最小外接矩形長寬比、伸長度、圓形度與矩形度均不同，從最小外接矩形長寬比來看，圓形目標比細長目標大。在形狀因子的方面來看，圓形目標比細長目標大，伸長度則細長目標更大。

通過科學合理地應用圖像處理技術，對坭興陶采集圖像的目標區域進行特征參數信息提取，為坭興陶的后期加工與保護提供了更可靠的理論依據，并且能夠充分利用這些參數對坭興陶進行分類與識別，同時還能創建相應的坭興陶模型，便于實現坭興陶的三維立體展示。

四、坭興陶展示平臺方案設計

1.坭興陶展示平臺設計流程

本文選用Web3D系統進行坭興陶的三維立體展示平臺設計，首先概述坭興陶展示平臺設計流程。要求首先進行展示需求的分析，再組織功能模塊，通過軟件進行模塊建立，包括人機交互理論、數據庫與虛擬現實技術的應用。[4]

對坭興陶的三維模型建設需要輸出成為Cult3d Designer能夠接受的文件格式，便于實現人機交互。具體設計流程圖如圖3所示。

2.坭興陶展示平臺內容設計

以欽州紫紅陶土為原料燒制為主的坭興陶種類繁多，按照形狀等特征具有不同的分類。此外，坭興陶的化學成分、礦物組織與物理性質，甚至燒制方法等也有所不同，在展示平臺的內容設計上，應當按照形狀、藝術特色等進行分類展示設計。陶瓷的總體分類包括了五大系列，即工業陶瓷、建筑陶瓷、衛生陶瓷、日用陶瓷以及藝術陶瓷。坭興陶的分類應當按照日用陶瓷與藝術陶瓷的兩大主要系列進行劃分，對藝術類坭興陶與日用坭興陶分別設計展示模塊，藝術類模塊主要展示花瓶、器皿等陳設品。除了坭興陶的介紹類模塊之外，同時設計留言板模塊，集中收集反饋信息與用戶意見。

3.坭興陶展示平臺藝術界面設計

本文對坭興陶展示平臺的設計主要注重人機交流這一部分，人機界面的設計不僅要突出坭興陶藝術主體與美感理念，同時也要具有實用的導航功能，操作上應當實現簡便操作，主要展示平臺設計方案的特性要求如下：

①自然交互性：自然交互的意義在于當視線落在感興趣的坭興陶產品上時，不用著重強調每個交互成分，操作者能夠清楚理解產品的含義。

②界面簡潔：操作界面應當設計簡潔化與操作便利化，采用直接操作的風格，設計三維圖像表示任務，每個產品展示平臺界面即為該產品本身。

③主題鮮明：展示平臺要體現坭興陶展示主題，充分利用三維模型展示坭興陶真實感與表現力。

④導航清晰：導航模塊設計必須清晰，導航應清晰指向所有展示內容，交互簡便，便于瀏覽者應用。

⑤視覺不雜亂：要求色彩搭配設計保持整體性主調，坭興陶的主色調應當以暗黃色為主，以表示陶瓷泥土原料的原始顏色，此外可以利用綠色、藍色等色調進行輔助調色。

4.多角度交互模塊設計

坭興陶網絡展示平臺的產品交互包括旋轉、放大、縮小、移動、鍵盤漫游等，以全方位展示坭興陶為主，便于游覽者對坭興陶進行內部結構與外部框架的全面觀察，通過鼠標的交互來實現不同角度的觀察。[5]在菜單中添加c3d文件，窗口彈出3Dsmax的模型對象，比如坭興陶材質、部件等。系統設計中，對交互部分的設計具備瀏覽中隨意放大、縮小與旋轉、移動的功能，單點鼠標能夠復位。

五、結語

綜合全文，通過對坭興陶采用圖像處理技術，提取了坭興陶的特征參數信息，為坭興陶的加工保護提供了有效的理論參考依據，并充分利用坭興陶的特征參數實現坭興陶的三維可視化網絡展示。在坭興陶三維立體網絡展示平臺的設計中，強調實現展示平臺的人機互動，并且操作界面的設計應當簡化、操作便利，能夠進行交互瀏覽，便于游覽者對坭興陶產品進行全方位、多角度的觀察。此外還設計留言版塊與漫游板塊，實現坭興陶展示平臺的人性化設計。

參考文獻：

[1]陽建中.基于圖像處理技術的坭興陶圖像特征參數提取[J].廣西科學院學報，2015，29（1）：17-18.

[2]翟俊海，趙文秀，王熙照.圖像特征提取研究[J].河北大學學報（自然科學版），2014，29（1）：106-112.

[3]傅明，萬勵，劉國英.一種新的圖像特征提取算法——DCDSH[J].儀器儀表學報，2014，25（z1）：538-539.

[4]林綺屏.基于Web3D技術的網絡三維展示系統的設計與實現[J].情報科學，2015（5）：692-695.

[5]詹晶晶.商品的網絡宣傳和展示設計研究——以陶瓷制品的動態三維展示設計為例[D].南昌大學，2015.

責任編輯：孫瑤