基于图像处理的褶皱衣片局部面积的测量校正方法

罗　彪，万贤福，汪　军,1b，王　宏，赵　波，宗　斌

(1.东华大学 a.纺织学院; b.纺织面料技术教育部重点实验室,上海 201620;2.泰安东升服装有限公司，山东 泰安 271000)

基于图像处理的褶皱衣片局部面积的测量校正方法

罗彪1a，万贤福1a，汪军1a,1b，王宏2，赵波2，宗斌2

(1.东华大学 a.纺织学院; b.纺织面料技术教育部重点实验室,上海 201620;2.泰安东升服装有限公司，山东 泰安 271000)

在服装防水检测系统的开发过程中，可以通过获取吸湿性内衣表面吸收水的面积来评价服装的防水性能.然而在实际采集吸湿衣片湿润区域图像的过程中，衣片表面本身存在的褶皱将导致采集的图像发生几何变形，从而影响测量结果.为此，提出了一种基于三角形面积分割的面积测量校正方法，该方法将透水区域分割成若干个独立的小区域，再对每个独立的水渍区域进行面积测量，最后汇总获得总透水面积.试验结果表明，采用该方法相比于未校正算法，能有效地将测量面积相对误差从10%左右减少到7%左右.

面积测量；几何变形；褶皱衣片；图像处理；面积分割

在服装性能评价领域，服装的防水性能与其舒适性、耐久性等常用评价指标同等重要[1]，尤其是对于一些防护类服装，防水性能的好坏直接关系到作业人员的人身健康安全，因此，测试服装防水性能显得尤为重要.建立方便、准确的透水面积测量方法，对于服装防水性能的评价具有重要的意义.欧洲标准EN 14360—2004提出了一种通过测量服装在淋水环境中淋浴一段时间后的透水面积和透水位置的方法来表征服装防水性能，该方法能够全面有效地评价服装的防水性能.

根据EN 14360—2004标准提出的方法，假人模型上使用一件特制的吸湿性内衣，贴附在待测服装内部，待测试服装发生透水后透过的水将被吸湿性内衣吸收，通过测量吸湿性内衣上的湿润面积可反映待测服装的防水性能.具体实施方法：先在假人模型上穿上一件特制的吸湿性内衣，然后再穿上待测服装，按照标准程序喷淋一定的时间后取出；将内衣拆分若干衣片后平铺(内衣由各衣片通过拉链齿接而成)，通过相机采集图像后，识别各衣片水渍区域，并计算其面积，以此来反映该待测服装的防水性能.但由于平铺的内衣衣片表面通常存在一定的褶皱，褶皱会导致采集图像几何畸变，使得从采集的图像中直接获取的润湿区域面积并不能真实地反映湿润面积.因此，在测量吸湿内衣表面上透水的区域面积时需要采取一定的校正方法才能获取相对精确的结果.

对于图像几何畸变的校正国内外已有较多的研究，文献[2-4]对非线性的几何畸变进行了研究,文献[5-9]提出了可以同时对镜头径向畸变和图像倾斜变形进行校正的方法.上述研究中大多采用空间坐标多项式变换算法[10]，该算法通过最小二乘法对畸变前、后相应点的坐标进行关系匹配，以期寻找到一个能反映图像畸变前后的对应关系，最后运用此对应关系来还原图像.但空间坐标多项式变换算法的运算量大，需要提取大量的控制点来进行关系匹配，而且针对服装褶皱这类没有明显规律的几何变形，较难找到一种能很好地描述局部变形的几何关系，因此，该算法并不适合用来还原校正吸湿衣片表面图像.

本文提出一种基于三角形面积分割的面积测量校正方法，该方法能较好地适应吸湿性内衣表面褶皱或整体倾斜所导致的局部和整体形变，同时可减少运算量.

1　基于三角形分割的衣片面积测量校正原理

基于三角形面积分割的衣片局部面积测量校正算法的核心思想：将一块平整衣片通过标记点分割成若干个等边三角形的平面区域，发生褶皱后，平面区域将变成空间曲面.若三角形大小选择适当，局部区域内部的各处变形程度可以认为基本接近.因此，褶皱变形前、后各三角形内的水渍面积的变形系数可以认为与三角形的变形系数相近似，通过获得各三角形的变形系数就可以实现对水渍面积的测量校正.

1.1测量校正模型的建立

首先，内衣制作时(即褶皱变形前)在衣片的一侧打印上如图1所示的一系列标记点，在这些标记点中每相邻的3个标记点可以组成一个边长为l的正三角形，整个衣片表面的相邻标记点相连可以形成如图2所示的网格图.

图1　衣片表面标记点Fig.1　Marks on the garment pieces

图2　标记点网格图Fig.2　The mesh of mark points

为了阐述方便，图3展示了一小块水渍在衣片褶皱变形前、后的示意图，并由此进行原理的阐述.衣片褶皱变形前，衣片上灰色阴影水渍区域的总面积为At，其是分布于各个三角形区域内的水渍区域Ai之和，计算式为

(1)

其中：n为水渍所在区域的三角形数量，图3中n=6.

图3中相邻3个标记点组成的6个三角形面积相同且均为S，计算式为

(2)

(a) 衣片褶皱变形前

(b) 衣片褶皱变形后图3　衣片变形示意图Fig.3　The deformation of garment piece

(3)

由此可以获得ΔPiPjPk未变形时的水渍区域面积Ai为

(4)

最后，通过式(1)计算得到整张图片中未变形水渍区域总面积At.

1.2算法实现

基于以上原理，在算法实现上分3部分进行展开：标记点坐标的获取；三角形区域分割；水渍面积获取.1.2.1标记点位置坐标的获取

通过图像预处理，获取仅存在标记点的图像I1，通过扫描图片I1获取各标记点圆心的位置坐标.获取标记点圆心的算法步骤如下：

(1) 假设图4中的圆为图像I1中的一个标记点，遍历图像中的全部像素点，首次横向扫描到该标记点坐标为(x0,y0)，最后扫描到该标记点坐标为(x1,y0)，则可知圆心的横坐标a为

(5)

图4　获取标记点圆心位置示意图Fig.4　Capture of the point’s position

(2) 同理，首次纵向扫描到该标记点坐标为(x0,y0)，最后扫描到该标记点坐标为(x0,y1)，则可知圆心的纵坐标b为

(6)

(3) 删除已经查找到圆心的标记点像素，并重复以上步骤直到检索到所有标记点的圆心位置为止.

1.2.2分割三角形的确定及水渍区域面积的测量

通过图像预处理除去图像中的标记点，使得衣片图像仅留下水渍区域信息，该图像记为I2，I2中所有的黑像素点均可认为是水渍像素点.

(2) 判定点P是否在ΔD1D2D3内.根据D1，D2和D3坐标，得到ΔD1D2D33条边所在直线方程为

(7)

如点P在ΔD1D2D3区域内或边上，即需要满足式(8).

(8)

(3) 将步骤(2)中ΔD1D2D3中的所有水渍像素点删除，以免影响其他水渍区域面积的求取.

(4) 重复以上步骤，直到将图像I2中全部水渍像素点均删除为止.

最后由式(1)计算图像I2中的全部水渍区域面积，即可获得At.

2　算法的验证与分析

由本文算法原理可知，当标记点之间的间距选择越小时，曲面K的面积就越接近不规则多边形K′的面积，因此将会提高该算法的精度.当标记点之间的间距越小，标记点的直径就需要相应缩小，但是当标记点的直径小于一定范围时，在图像处理过程中标记点与图像背景的分离难度将加大，同时噪声点与标记点之间的差异变小，使得图像的预处理质量难以得到保证，这样会降低面积提取的精度.因此综合多方面的影响因素，经过多次试验，当选择相机与衣片距离为1.5 m时，将衣片上标记点间距和直径分别设置为1.0 cm和0.3 cm较合适.

本文根据EN 14360—2004标准设计制作相应的吸湿内衣，在制作内衣时在每件衣片表面都数码打印上相互间距为1.0 cm和直径为0.3 cm的标记点.

使用Nikon 1600万像素数码相机以及大幅面扫描仪分别对同一衣片进行图像采集，相机与衣片平面垂直距离为1.5 m，相机焦距为7 mm.共进行10次试验.使用相机采集的衣片局部区域润湿灰度图像如图5所示.

(a) 1

(b) 2

(c) 3

(d) 4

(e) 5

(f) 6

(g) 7

(h) 8

(i) 9

(j) 10图5　相机采集的图像样本Fig.5　The collected image samples

对上述的10次测试试验，使用大幅面扫描仪扫描衣片表面过程中，扫描获得的衣片图像基本不存在衣片褶皱.因此，本文将使用扫描仪获得的图像用未校正算法提取的面积作为准确值，将使用相机采集的图像分别使用校正算法和不使用校正算法提取水渍区域面积，测量结果如表1所示.

表1　试样的水渍区域面积测量结果比较Table 1　Comparison of measured wet area of the samples

由表1可以看出，使用三角形面积分割校正算法能够较好地适应由于衣片褶皱产生的几何变形，使用该校正算法测量的水渍区域面积平均相对误差为7.1%，而未使用校正算法测量的水渍区域面积平均相对误差为9.79%.对于未校正直接提取的衣片面积，其精度在很大程度上受衣片表面褶皱情况的影响，当衣片湿润区域褶皱较多时，水渍区域面积测量相对误差较大.然而，相同情况下使用校正算法提取水渍区域面积的相对误差波动不大.

3　结　语

本文针对衣片表面褶皱会对其图像局部区域面积提取过程造成较大影响的情况，提出了基于三角形分割的面积测量校正方法.试验表明，采用该面积校正算法能够有效减少因织物表面褶皱造成的面积测量误差，将面积的测量相对误差从10%左右降低到7%左右，而且误差波动较为稳定.

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A Partial Area Measuring Method for Wrinkled Garment Piece Based on Image Processing

LUOBiao1a，WANXian-fu1a，WANGJun1a,1b，WANGHong2，ZHAOBo2，ZONGBin2

(a.College of Textiles; b.Key Laboratory of Textile Science & Technology,Ministry of Education,1.Donghua University,Shanghai 201620,China;2.Tai’an Dongsheng Clothing Co.Ltd.，Tai’an 271000,China)

The waterproof performance can be evaluated by measuring the wet area on the hygroscopic underwear under the measured garment in the waterproof garment detecting system.Usually the measurement would be greatly influenced by the wrinkles on the surface of the underwear when using image detection technology,for that wrinkles would result in the geometric distortion for the acquired image.Therefore,a novel measurement method based on triangle area segmentation was developed,which divided the wet area into separate regions,and then corrected the detected area of each region individually,finally summed up to gain the total wet area.Experiment results show that this method can drop the bias of area detected from about 10% to about 7%,compared with the measurement without correction.

area measurement; geometric distortion; wrinkled garment pieces; image processing; area segmentation

1671-0444(2015)02-0232-05

2013-12-13

罗彪(1990—)，男，江西抚州人，硕士研究生，研究方向为数字图像处理.E-mail: luobiao90@gmail.com

万贤福(联系人)，男，副教授，E-mail: wanxianfu@dhu.edu.cn

TS 101.8；TS 101.9

A