田靜

（江漢大學(xué)文理學(xué)院， 湖北 武漢? 430345）

摘? 要： 為了更好地提升藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)圖源數(shù)據(jù)的高清分析計(jì)算效果，通過數(shù)字技術(shù)對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。通過采用高清COMS數(shù)字硬件與XC7K160T?2FFG676I圖像處理IC及相關(guān)數(shù)字器件，完成對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)高清采集處理硬件的設(shè)計(jì);并通過引入數(shù)字信號(hào)處理算法與B/S架構(gòu)，完成對(duì)提出系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)描述;通過對(duì)圖像設(shè)計(jì)處理過程中不同清晰度分布下的像素點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)選取，獲得不同清晰維度下的實(shí)驗(yàn)樣本。將獲得樣本的輸出像素密度與當(dāng)下的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸出的像素點(diǎn)密度進(jìn)行對(duì)比，可得到單位面積下有效像素的密度值。通過密度值大小證明數(shù)字背景下的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸出圖像具有較高的清晰度。

關(guān)鍵詞： 圖像清晰度; 智能處理; 系統(tǒng)再設(shè)計(jì); 像素密度; 有效像素; 仿真分析

中圖分類號(hào)： TN911.73?34; TP391.41? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）14?0138?04

Design of art image definition intelligent processing system in digital background

TIAN Jing

（Wuhan College of Arts and Sciences， Wuhan 430345， China）

Abstract： The art design system is redesigned by means of the digital technology to improve the HD （high definition） analysis and calculation effect of the art design system on graph source data. The design of HD acquisition and processing hardware of the design system is completed by means of over HD COMS digital hardware， XC7K160T?2FFG676I image processing IC and related digital devices. The design description of the software part of the proposed system is completed by introducing the digital signal processing algorithm and B/S architecture. The pixels with different definition distribution in the process of image design and processing are selected random to obtain the experimental samples with different clarity dimensionality. The obtained output pixel density of the sample is compared with that of the current art design system， and the density value of the effective pixel per unit area can be obtained. It is proved by the density value that the output image of the art design system under the digital background has a higher definition.

Keywords： image definition; intelligent processing; system redesign; pixel density; effective pixels; simulation analysis

0? 引? 言

藝術(shù)設(shè)計(jì)是一門針對(duì)圖形、圖像與美學(xué)間的設(shè)計(jì)學(xué)科，其涵蓋面甚廣，包括：素描、色彩、構(gòu)成、圖案設(shè)計(jì)、表現(xiàn)圖技法、攝影基礎(chǔ)、藝術(shù)概論、現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)概論、POP廣告手繪技法、廣告圖形創(chuàng)意、平面廣告形象設(shè)計(jì)、插畫設(shè)計(jì)、世界優(yōu)秀平面廣告設(shè)計(jì)作品賞析、平面廣告設(shè)計(jì)原理、廣告設(shè)計(jì)藝術(shù)表現(xiàn)技法、世界包裝設(shè)計(jì)賞析、海報(bào)招貼設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)形象（VI）設(shè)計(jì)[1?2]、書籍裝幀設(shè)計(jì)、包裝結(jié)構(gòu)與裝潢設(shè)計(jì)、平面設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用（Photoshop，Illustrator）、Indesign排版應(yīng)用[3?4]、3ds MAX三維效果表現(xiàn)、印刷工藝等，藝術(shù)設(shè)計(jì)所涉及到的領(lǐng)域也較為廣泛，例如：廣告設(shè)計(jì)、印刷設(shè)計(jì)、書籍裝幀設(shè)計(jì)、海報(bào)招貼設(shè)計(jì)、產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)、企業(yè)形象設(shè)計(jì)（VI設(shè)計(jì)）、展示設(shè)計(jì)、數(shù)碼影像設(shè)計(jì)等。

隨著近年來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，藝術(shù)設(shè)計(jì)主要依托軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)強(qiáng)大的圖像渲染與合成處理能力，極大地提升設(shè)計(jì)者對(duì)圖形的美學(xué)展現(xiàn)。圖像處理技術(shù)的發(fā)展，將圖像模擬信號(hào)處理帶入到數(shù)字處理時(shí)代，當(dāng)下多數(shù)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)在對(duì)圖像的處理時(shí)，受到模擬信號(hào)硬件與軟件的制約，無法進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)圖像的清晰度，一些能夠提升圖像清晰度的優(yōu)秀圖像濾波算法，需要數(shù)字化的運(yùn)行平臺(tái)?；诖朔N情況，在數(shù)字化背景下，本文提出數(shù)字背景下的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過采用DSP，COMS等數(shù)字技術(shù)硬件[5?6]，結(jié)合Linux內(nèi)核的B/S框架[7]，對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)。

1? 硬件單元設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1? 硬件層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，為了最大程度地提升系統(tǒng)對(duì)圖像像素明暗值的感應(yīng)，將CCD感光器件[8]更新為數(shù)字COMS感光器件。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上將系統(tǒng)硬件分為圖源信號(hào)采集層、信號(hào)存儲(chǔ)層、信號(hào)轉(zhuǎn)換層與信號(hào)處理層四部分。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2? 各層硬件模塊設(shè)計(jì)

1） 圖源信號(hào)采集層：主要包含圖像數(shù)據(jù)源的采集器件，采集核心采用OV09281?H64A COMS數(shù)字傳感IC、USB 3.1模組、A/D采集端子;功能是用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)源的采集、數(shù)據(jù)制式的識(shí)別、交互協(xié)議的支持。COMS數(shù)字傳感IC如圖2所示。

2） 信號(hào)存儲(chǔ)層：在信號(hào)存儲(chǔ)層中，設(shè)計(jì)采用UFS 3.0存儲(chǔ)器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DDR存儲(chǔ)器，直接將存儲(chǔ)速率提升至2.9 GB/s，同時(shí)為了保證圖像數(shù)字信號(hào)的穩(wěn)定，存儲(chǔ)層中采用三態(tài)輸出邏輯的SN74LV595APWR信號(hào)寄存器來完成信號(hào)到存儲(chǔ)器間的信號(hào)緩存。

3） 信號(hào)轉(zhuǎn)換層：主要用于數(shù)字圖像信號(hào)的編碼轉(zhuǎn)換處理，在層級(jí)中主要通過設(shè)置的ASX340

CS2C00SPED0圖像編碼器，來完成對(duì)圖像信號(hào)的數(shù)字化轉(zhuǎn)碼處理。編碼器數(shù)字轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4） 信號(hào)處理層：在系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，信號(hào)處理層為重要的核心層。此層主要負(fù)責(zé)圖像信息數(shù)據(jù)流的數(shù)字化分析與處理，設(shè)計(jì)采用XC7K160T?2FFG676I圖像處理IC作為圖像數(shù)字處理的中央處理器，通過硬件核心對(duì)圖像濾波器的集成，可快速完成對(duì)圖像數(shù)字像素點(diǎn)分布排列矩陣中噪點(diǎn)的濾除，提升有效像素排列密度。

2? 軟件層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1? 軟件開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境選取設(shè)計(jì)中，考慮到開發(fā)語言與編程方式對(duì)應(yīng)程序的不同，決定采用雙開發(fā)環(huán)境，即同時(shí)采用Java與Python兩種開發(fā)語言對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。通過兩種不同開發(fā)環(huán)境中的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，可以更好地對(duì)開發(fā)過程中MVC模式[9]進(jìn)行支持，同時(shí)雙開發(fā)環(huán)境中集成Struct框架對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部的B/S框架能夠起到輔助整體布局的作用。

通過上述的框架設(shè)定，可得到設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)架構(gòu)框圖，如圖4所示。

由圖4所反應(yīng)出的設(shè)計(jì)總體架構(gòu)框圖分析，可得到一組MapInfo設(shè)計(jì)開發(fā)下精度相對(duì)較高的串口、并口、USB端口的參量設(shè)計(jì)模型。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)存儲(chǔ)功能開發(fā)上，雙開發(fā)環(huán)境采用的存儲(chǔ)方式區(qū)別于常規(guī)的存儲(chǔ)方式，采用基于Bigtable的存儲(chǔ)方式[10]，將存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)方式改為分布式結(jié)構(gòu)，可大幅度提升圖像源數(shù)據(jù)的讀寫存儲(chǔ)速度，同時(shí)將圖源數(shù)據(jù)的格式支持類型擴(kuò)充到全格式支持。

2.2? 架構(gòu)CPU運(yùn)行研究

基于上述開發(fā)環(huán)境的設(shè)定，結(jié)合數(shù)字背景條件，在軟件開發(fā)框架的設(shè)計(jì)中選用MapInfo軟件作為設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的框架開發(fā)程序，從而將設(shè)計(jì)系統(tǒng)的框架確定為B/S框架。在框架的通信建立過程中，B/S框架內(nèi)部集成的UDP協(xié)議會(huì)自動(dòng)釋放一組協(xié)議，同Internet中驗(yàn)證端完成鏈接，搭建起完整的FTP，同時(shí)會(huì)自動(dòng)設(shè)定隨機(jī)SOCKAFFRT_IN文件為變量數(shù)據(jù)，通過變量數(shù)據(jù)的設(shè)定，系統(tǒng)對(duì)圖像源的處理控制參量即被鎖定?？紤]到系統(tǒng)針對(duì)圖像源設(shè)計(jì)主要在于圖像的圖像域、圖形的分析生成、圖像的渲染輸出三個(gè)層面，因此架構(gòu)設(shè)計(jì)在三維信息數(shù)據(jù)感知服務(wù)上，對(duì)服務(wù)進(jìn)行三維重組，提升三維感知參量。

通過MapInfo內(nèi)三維開發(fā)設(shè)計(jì)程序，可將參量還原成一個(gè)高精度的3D模型，在還原過程中，架構(gòu)CPU運(yùn)行計(jì)算流程如圖5所示。

2.3? 軟件模塊設(shè)計(jì)

在數(shù)字背景下開發(fā)的框架完成后，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的功能模塊進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)?？紤]到藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)圖形數(shù)據(jù)處理過程，主要是對(duì)圖形圖像數(shù)據(jù)的多層級(jí)別的渲染與3D形態(tài)的構(gòu)建輸出。在此過程中，通過圖像圖形的融合工具對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行對(duì)應(yīng)代碼的調(diào)用，通過調(diào)用融合加載代碼，啟動(dòng)數(shù)據(jù)融合程序，完成圖像相關(guān)處理算法的加載。系統(tǒng)中選取MT29F1G08ABAEAWP：E作為設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能FLASH存儲(chǔ)器，交互數(shù)據(jù)信號(hào)與分析選取信號(hào)采用DSP主控作為控制總線。設(shè)計(jì)系統(tǒng)中涉及到的軟件功能模塊包括：程序調(diào)用模塊、交互存儲(chǔ)模塊、通信控制模塊和控制交互模塊。各個(gè)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)描述如下：

1） 程序調(diào)用模塊：主要用于圖形圖像數(shù)據(jù)處理算法與相關(guān)指令代碼控制程序的調(diào)用。系統(tǒng)中的圖像渲染組件由MVC來完成模型的構(gòu)建處理，系統(tǒng)中的調(diào)用系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的MySQL系統(tǒng)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的調(diào)用啟動(dòng)文件BootLoader的管理權(quán)限，由圖形管理服務(wù)層文件ManagementModule，根據(jù)Application程序所反饋的用戶使用量決定。

2） 交互存儲(chǔ)模塊：交互存儲(chǔ)具有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)緩存與數(shù)據(jù)讀寫功能，實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)與遠(yuǎn)端服務(wù)器數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。在圖像數(shù)據(jù)的交互轉(zhuǎn)換層面上，系統(tǒng)采用GridDEM作為圖像數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能模塊，同時(shí)在交互區(qū)創(chuàng)建三維數(shù)據(jù)庫(kù)，通過Creator內(nèi)部設(shè)置的Terrain選項(xiàng)功能，完成對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的FLASH設(shè)計(jì)構(gòu)建。在圖像的渲染過程中，對(duì)顏色參量、材質(zhì)屬性、紋理等數(shù)據(jù)的適應(yīng)量獲取上，設(shè)計(jì)采用批處理的方式來完成，批處理模塊選用執(zhí)行度與穩(wěn)定性均衡的Batch模塊。通過批處理的交互執(zhí)行方式，完成藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的APP，CULL與DRAW的設(shè)計(jì)。

3） 通信控制模塊：主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制總線數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，可以說通信控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心模塊。為了保證總線控制信號(hào)的穩(wěn)定，借鑒開發(fā)環(huán)境的雙模式設(shè)計(jì)，在通信控制模塊設(shè)計(jì)中采用以O(shè)penFlight為基礎(chǔ)、VIX總線傳輸技術(shù)為輔助的設(shè)計(jì)模式。通過總線模塊的Sink節(jié)點(diǎn)對(duì)代碼執(zhí)行過程中的全局記錄、數(shù)據(jù)庫(kù)頭層輔助記錄與數(shù)據(jù)庫(kù)歷史記錄進(jìn)行控制，在數(shù)據(jù)庫(kù)ObjectLevel層[11]結(jié)構(gòu)內(nèi)完成對(duì)圖像的二維轉(zhuǎn)換。通過MultiGen模塊對(duì)圖形層次進(jìn)行結(jié)構(gòu)視圖轉(zhuǎn)換，以此為基礎(chǔ)，由GeometryTools工具模塊將圖形二維面轉(zhuǎn)換為三維圖體，從而實(shí)現(xiàn)圖形的三維重建。具體實(shí)現(xiàn)過程如圖6所示。

4） 控制交互模塊：主要功能在于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)指令的可視化圖形輸出與人為指令的數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)換及識(shí)別。該模塊設(shè)計(jì)采用嵌入式的方式，將Linux交互識(shí)別內(nèi)核植入設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底層架構(gòu)，通過在底層創(chuàng)建filesystem執(zhí)行目錄，將/lib中及子目錄下的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行直接關(guān)聯(lián)綁定，建立控制交互模塊的USGGD數(shù)據(jù)庫(kù)文件。

2.4? 高清輸出算法的引入

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)設(shè)計(jì)中，考慮到圖像源信號(hào)的數(shù)字化處理需要引入不同的算法來完成數(shù)據(jù)的計(jì)算，其中信號(hào)的數(shù)字濾波器的函數(shù)設(shè)計(jì)，需要滿足圖像波紋的凈化特征，又要同時(shí)滿足被模塊代碼實(shí)時(shí)調(diào)用。結(jié)合上述特點(diǎn)，在數(shù)字背景下，將數(shù)字濾波器函數(shù)設(shè)定為Butterworth型[12]，在函數(shù)設(shè)定中，圖像的濾波器分為常規(guī)濾波器與橢圓濾波器兩種，二者間的差別在于常規(guī)濾波器的通帶波紋為內(nèi)等波紋，阻帶具有單調(diào)性。而橢圓濾波器的通帶與阻帶波紋都為內(nèi)等波紋，根據(jù)以往的數(shù)據(jù)可知，橢圓濾波器的階數(shù)值小于常規(guī)濾波器，優(yōu)勢(shì)性更強(qiáng)。由設(shè)計(jì)函數(shù)可得到：

[I，Ei=elipordEq，Ed，Tq，Td]? ? ? （1）

[m，s=ellipi，Tq，Td，Ei] （2）

[m，s=ellipi，Tq，Td，Ei，ftype] （3）

式中：[Ei]代表濾波歸一系數(shù);[m，s=ellipi，Tq，Td，Ei]為設(shè)定的終止系數(shù)為[Ei]的i階低通量的橢圓數(shù)字濾波器。完成濾波器設(shè)定后，對(duì)設(shè)定的濾波器進(jìn)行算法輸入，濾波算法如下：

[u=filterm，s，c]? （4）

式中：u代表濾波輸出值的邏輯排列;c代表載入信號(hào)的排列;m，s分別代表濾波器濾波函數(shù)中的分子與分母的向量值。

由此可得到濾波過程中的差分方程表達(dá)式為：

[s1?Ui=m1*ci+m2?ci-1+…+? ? ? ? ? ?mim+1?ci-im-s2?ui-1+…+? ? ? ? ? sis+1?ui-is]? （5）

在對(duì)之前的模擬頻率進(jìn)行濾波時(shí)，首先需要對(duì)其機(jī)械能數(shù)字化轉(zhuǎn)換，通過仿真將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字頻率進(jìn)行橢圓濾波器階數(shù)匹配，確定濾波階數(shù)后便可通過正弦波模擬的方式來獲得濾波信號(hào)的載入頻率與接收頻率，從而實(shí)現(xiàn)濾波的智能分量控制。

3? 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將一組圖像導(dǎo)入設(shè)計(jì)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中對(duì)圖像分別進(jìn)行圖像二維甄別、圖像噪點(diǎn)濾波與圖像三維重組3項(xiàng)操作，操作界面如圖7所示。

與圖像三維重組操作界面

經(jīng)過導(dǎo)入處理后得到圖8所示的3組圖像，以及表1所示的輸出圖像技術(shù)參數(shù)。

將表1中的數(shù)據(jù)通過仿真方式綜合為一點(diǎn)，并將綜合點(diǎn)映射到三維坐標(biāo)中，同時(shí)將設(shè)計(jì)前的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)參量以點(diǎn)的形式引入到三維坐標(biāo)中，坐標(biāo)映射圖如圖9所示。

通過對(duì)圖9中的綜合點(diǎn)位置的觀察分析可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的綜合點(diǎn)所處位置區(qū)域處于圖像高清標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而設(shè)計(jì)前系統(tǒng)的綜合點(diǎn)所處位置處于圖像多噪點(diǎn)峰值范圍。就此點(diǎn)來說，設(shè)計(jì)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸出的圖像清晰度較高于設(shè)計(jì)前的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸出圖像。

4 結(jié)? 語

數(shù)字化硬件與數(shù)字化軟件相結(jié)合是提升藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸出圖像清晰度的關(guān)鍵。結(jié)合當(dāng)下藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟硬件的不足，通過數(shù)字技術(shù)對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件的重組設(shè)計(jì)，通過對(duì)數(shù)據(jù)綜合點(diǎn)的分析，通過圖像的變量操作，對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸出圖像的清晰度提升效果進(jìn)行了證實(shí)。

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