坭兴陶的图像特征提取和展示平台方案设计

黄瑜��

摘要：将物体从图像中分割出来，并对其进行几何特征的测量与分析，便于在此基础上识别物体特性，对物体进行分类或标准符合判别，实现质量监控。坭兴陶具有形状不一的特点，随着种类的多样化，对其进行图像特征提取便于实现对坭兴陶的合理分类。本文首先对坭兴陶图像进行预处理，再利用阈值分割的图像特征提取法来提取坭兴陶图像参数特征，包括坭兴陶的面积、周长、圆形度、伸长度与矩形度参数，并提出坭兴陶展示平台的设计方案，以期为坭兴陶的分类展示提供有效的理论依据。

关键词：坭兴陶 图像处理技术 特征参数提取 展示平台设计

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-5349（2017）09-0032-03

图像处理技术是利用计算机对采集的图像进行除噪、增强、识别与特征提取等技术，包括图像分割、边缘检测技术等。近几年，图像处理技术被广泛应用于农业、建筑业、海洋、医学等领域，并取得了显著的成效，图像特征提取是图像处理技术的关键部分，特征提取效果决定了识别效果，因为在模式识别与计算机视觉中如何形象表达具有重要意义。[1]广西钦州坭兴陶烧制技艺是我国非物质文化遗产，利用可塑性较强的泥质制成器皿坯体并雕刻诗文与画作，透露着淳朴浓厚的人文气息，是一种雅致的工艺品，具有较高的实用价值与展示观赏价值。本文对坭兴陶采用图像处理技术提取特征参数，为了增加坭兴陶图像特征参数的准确性，进行了坭兴陶图像的预处理，再进行计算，获得相应的目标参数，并设计科学合理的坭兴陶展示平台。

一、坭兴陶图像的预处理

坭兴陶具有透气不透水的天然双重气孔结构，在进行CCD图像拍摄时会产生较多的噪声，所以先对坭兴陶图像进行预处理，随后提取图像的二值化与轮廓。

1.图像的灰度化

在坭兴陶的图像采集过程中，所有图像都是彩色RGB格式的，像素点24位，在进行图像的保存与处理上消耗的储存空间较大，因此要进行灰度化处理，以缩小图像，减少数据量存储。圖像灰度化常用方式有分量法、最大值法、平均值法、加权平均法，本文采用的图像灰度化转换公式为：

G=0299R+0587G+0144B

通过灰度化公式的转换，能够保证图像的质量与效果不缺失，同时图像与实际物体也没有显著的差别，灰度化转换前后图像的各点一致性较好，说明灰度化处理不会对特征提取造成影响。

2.图像的二值化

二值化将图像像素点灰度值设置为0或255，即让图像呈现黑白的效果，常用方法是设定全局阈值，比如设定阈值T，大于T的像素群则设定为白色，小于T则为黑色。对坭兴陶的图像特征提取如果主要是针对壶或是花瓶，则可以将坭兴陶整体图像中的提取目标图像与背景图像进行分割，以便于对目标图像特征参数进行准确地提取。二值化公式中，首先假设一个原图像中的像素点为f（i，j），而g（i，j）是输出后的图像对应该像素点，那么二值化公式就有：

该公式中T为阈值，并将1作为目标图像区域的符号。

3.图像噪声去除

一般进行二值化处理后，目标图像会出现部分噪声点，此外坭兴陶在烧制过程中，由于其材质的特性，会有许多双重透气不透水的小孔，在图像采集过程中会受到噪声的影响，降低坭兴陶图像的质量，进而影响图像特征参数的提取。因此，在特征参数提取之前，必须进行噪声去除，才能够确保获得更为精准的特征参数。图像滤波处理技术能够在尽可能保存图像细节特征的前提下，对目标图像的噪声进行有效的抑制，对后续的图像处理与分析具有高效性作用，本文采用形态学法与中值滤波对图像的噪声进行抑制处理，主要依据的是形态学能够将目标图像中的小孔去除，中值滤波则能够去除图像噪声点，两种方法的运用能够有效保存图像的边缘与细节特征。此外，为防止中值滤波的不平均作用造成信号高频信息的损失，本文采用标准中值滤波算法，即将滤波窗口内的最大值与最小值均视为噪声，实现有效滤除噪声，并保留图像细节特征。

二、坭兴陶图像特征提取

在对坭兴陶采集图像进行灰度化、二值化与滤波预处理之后，即可对坭兴陶目标图像区域进行几何特征参数的提取。图像的特征参数包括了周长、面积、形状因子、最小外接矩形长宽比、伸长度、重心等，本文对坭兴陶图像主要提取参数包括了周长、面积、圆形度、伸长度、矩形度。

1.面积参数

将坭兴陶的目标图像面积设为A，作为连通域中像素的总量，即边界包围的所有像素。图像面积参数的提取与目标图像大小相关，而与目标图像中的像素点灰度值并无关联。利用图像标号进行处理，可以将面积参数进行统计算法算出，上文提到目标图像区域符号为1，则提取1的面积参数通过二维数组中统计灰度值为1的像素个数计算。目标图像面积计算公式为：

该面积公式中，s为图像目标区域的数量，A为面积总和，f（i，j）为像素灰度值，二值图像中，符号1就是f（i，j）的灰度值。

2.周长参数

周长参数的特征提取主要以边界像素点数量来计算，即边界所占的像素点数量即为周长参数。[2]对二值化处理后的目标图像，按照一种特殊的定义法来定义边界点，即该点对于周围的领域来说是目标区域内的点，并且与背景紧贴，那么它的周围领域中至少有一个像素值为0的点，即该点为边界点。[3]通过这种对边界点的定义来统计与计算边界点总数，所有属于一个区域边界点的总和即为该目标区域的周长。周长计算公式与上文中的面积计算公式大体一致，只需按照边界点定义进行判断即可。

3.圆形度参数

坭兴陶目标图像圆形度参数的提取可以根据周长与面积的计算公式求得，即圆形度参数等于目标图像面积与周长平方之比求得，这里设面积为As，周长为Ls，则圆形度ρc的计算公式为：

圆形度参数的计算公式能够描述坭兴陶的形状，判断坭兴陶形状特征与圆形的接近程度，如果计算ρ值越大，则表示坭兴陶形状特征越接近圆形。

4.伸长度

设伸长度为T，则伸长度的定义式：

该定义式中As为坭兴陶目标图像面积，W与L分别为包围目标的最小矩形的宽度与长度。伸长度特征参数能够将细长目标与近似圆形目标进行区分。

5.矩形度

矩形度与圆形度特征参数的提取目的都是为了充分描述坭兴陶形状特征，与圆形度类似，矩形度主要描述了连通域和矩形的相似程度，其计算公式为：

该公式中，As为连通域面积，Ar为该连通域面积外最小矩形面积。

三、实例验证

同时对该三个坭兴陶二值化图像进行目标区域的特征参数提取，包括周长、面积、圆形度、矩形度以及伸长度。得出二值化图像目标区域参数表，如表1所示。

中能够看出，不同形状的坭兴陶目标图像的形状因子、最小外接矩形长宽比、伸长度、圆形度与矩形度均不同，从最小外接矩形长宽比来看，圆形目标比细长目标大。在形状因子的方面来看，圆形目标比细长目标大，伸长度则细长目标更大。

通过科学合理地应用图像处理技术，对坭兴陶采集图像的目标区域进行特征参数信息提取，为坭兴陶的后期加工与保护提供了更可靠的理论依据，并且能够充分利用这些参数对坭兴陶进行分类与识别，同时还能创建相应的坭兴陶模型，便于实现坭兴陶的三维立体展示。

四、坭兴陶展示平台方案设计

1.坭兴陶展示平台设计流程

本文选用Web3D系统进行坭兴陶的三维立体展示平台设计，首先概述坭兴陶展示平台设计流程。要求首先进行展示需求的分析，再组织功能模块，通过软件进行模块建立，包括人机交互理论、数据库与虚拟现实技术的应用。[4]

对坭兴陶的三维模型建设需要输出成为Cult3d Designer能够接受的文件格式，便于实现人机交互。具体设计流程图如图3所示。

2.坭兴陶展示平台内容设计

以钦州紫红陶土为原料烧制为主的坭兴陶种类繁多，按照形状等特征具有不同的分类。此外，坭兴陶的化学成分、矿物组织与物理性质，甚至烧制方法等也有所不同，在展示平台的内容设计上，应当按照形状、艺术特色等进行分类展示设计。陶瓷的总体分类包括了五大系列，即工业陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷以及艺术陶瓷。坭兴陶的分类应当按照日用陶瓷与艺术陶瓷的两大主要系列进行划分，对艺术类坭兴陶与日用坭兴陶分别设计展示模块，艺术类模块主要展示花瓶、器皿等陈设品。除了坭兴陶的介绍类模块之外，同时设计留言板模块，集中收集反馈信息与用户意见。

3.坭兴陶展示平台艺术界面设计

本文对坭兴陶展示平台的设计主要注重人机交流这一部分，人机界面的设计不仅要突出坭兴陶艺术主体与美感理念，同时也要具有实用的导航功能，操作上应当实现简便操作，主要展示平台设计方案的特性要求如下：

①自然交互性：自然交互的意义在于当视线落在感兴趣的坭兴陶產品上时，不用着重强调每个交互成分，操作者能够清楚理解产品的含义。

②界面简洁：操作界面应当设计简洁化与操作便利化，采用直接操作的风格，设计三维图像表示任务，每个产品展示平台界面即为该产品本身。

③主题鲜明：展示平台要体现坭兴陶展示主题，充分利用三维模型展示坭兴陶真实感与表现力。

④导航清晰：导航模块设计必须清晰，导航应清晰指向所有展示内容，交互简便，便于浏览者应用。

⑤视觉不杂乱：要求色彩搭配设计保持整体性主调，坭兴陶的主色调应当以暗黄色为主，以表示陶瓷泥土原料的原始颜色，此外可以利用绿色、蓝色等色调进行辅助调色。

4.多角度交互模块设计

坭兴陶网络展示平台的产品交互包括旋转、放大、缩小、移动、键盘漫游等，以全方位展示坭兴陶为主，便于游览者对坭兴陶进行内部结构与外部框架的全面观察，通过鼠标的交互来实现不同角度的观察。[5]在菜单中添加c3d文件，窗口弹出3Dsmax的模型对象，比如坭兴陶材质、部件等。系统设计中，对交互部分的设计具备浏览中随意放大、缩小与旋转、移动的功能，单点鼠标能够复位。

五、结语

综合全文，通过对坭兴陶采用图像处理技术，提取了坭兴陶的特征参数信息，为坭兴陶的加工保护提供了有效的理论参考依据，并充分利用坭兴陶的特征参数实现坭兴陶的三维可视化网络展示。在坭兴陶三维立体网络展示平台的设计中，强调实现展示平台的人机互动，并且操作界面的设计应当简化、操作便利，能够进行交互浏览，便于游览者对坭兴陶产品进行全方位、多角度的观察。此外还设计留言版块与漫游板块，实现坭兴陶展示平台的人性化设计。

参考文献：

[1]阳建中.基于图像处理技术的坭兴陶图像特征参数提取[J].广西科学院学报，2015，29（1）：17-18.

[2]翟俊海，赵文秀，王熙照.图像特征提取研究[J].河北大学学报（自然科学版），2014，29（1）：106-112.

[3]傅明，万励，刘国英.一种新的图像特征提取算法——DCDSH[J].仪器仪表学报，2014，25（z1）：538-539.

[4]林绮屏.基于Web3D技术的网络三维展示系统的设计与实现[J].情报科学，2015（5）：692-695.

[5]詹晶晶.商品的网络宣传和展示设计研究——以陶瓷制品的动态三维展示设计为例[D].南昌大学，2015.

责任编辑：孙瑶