劉焱

摘? 要： 傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)存在色彩匹配特征點(diǎn)少的缺點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)系統(tǒng)色彩匹配效果較差，因此設(shè)計(jì)一種基于VR技術(shù)的傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件部分包括單片機(jī)、顏色傳感器和控制器，其中，單片機(jī)為系統(tǒng)提供存儲(chǔ)功能，顏色傳感器主要對(duì)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)顏色采樣，傳感器主要提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力。系統(tǒng)的軟件部分計(jì)算傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩進(jìn)行分布調(diào)整，標(biāo)定傳統(tǒng)廣告圖案坐標(biāo)系，求出傳統(tǒng)廣告圖案與VR技術(shù)之間的坐標(biāo)系與坐標(biāo)點(diǎn)的關(guān)系，最后利用VR技術(shù)完成傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的基于VR技術(shù)的傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)匹配特征點(diǎn)多，能夠滿足傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配需求。

關(guān)鍵詞： 廣告圖案符號(hào); 色彩數(shù)字化匹配; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); VR技術(shù); 顏色采樣; 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

中圖分類號(hào)： TN919?34; TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）20?0145?04

Design of VR technology based digital color matching system of traditional

advertising pattern symbol

LIU Yan

（Xinyang Normal University， Xinyang 464000， China）

Abstract： As the digital color matching system of traditional advertising pattern symbol has few color matching feature points， which results in poor color matching effect of traditional system， a VR technology based digital color matching system of traditional advertising pattern symbol is designed. The hardware part of the system includes single chip microcomputer， color sensor and controller. The single chip microcomputer is used to provide storage function for the system， the color sensor is mainly used to sample the color of traditional advertising pattern symbol， and the controller is mainly used to improve the real?time processing ability of the system. In the software part of the system， the average value and standard deviation of the color of traditional advertising pattern symbol are calculated， the color distribution of traditional advertising pattern symbol is adjusted， the coordinate system of traditional advertising pattern is demarcated， and the relationship between the coordinate system and coordinate points between traditional advertising pattern and VR technology is calculated. The digital matching of the color of traditional advertising pattern symbol is completed by means of the VR technology. The experimental results show that the design VR technology based digital color matching system of the traditional advertising pattern symbol has many more matching feature points than that of the traditional system， which can meet the needs of digital color matching of the traditional advertising pattern symbol.

Keywords： advertising pattern symbol; digital color matching; system design; VR technology; color sampling; experimental comparison

0? 引? 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，生活中越來越多的信息呈爆炸式增長(zhǎng)，廣告在各個(gè)行業(yè)被廣泛地應(yīng)用。傳統(tǒng)廣告圖案是一種承載豐富信息的載體，圖案符號(hào)多種多樣，而在傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配過程中很難調(diào)校到一樣的色彩效果，因此設(shè)計(jì)一個(gè)基于VR技術(shù)的傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)系統(tǒng)匹配特征點(diǎn)少的問題。VR技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺等感官的模擬體驗(yàn)，讓用戶感覺仿佛身臨其境，能夠隨時(shí)無限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。

此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)、顏色傳感器和控制器，軟件部分計(jì)算傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩分布調(diào)整，最后利用VR技術(shù)完成傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配。

1? 傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1? 單片機(jī)設(shè)計(jì)

選擇MCS?51型號(hào)單片機(jī)[1]，利用該單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，該單片機(jī)的CPU能夠處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼，共有256個(gè)RAM單元，其中前128單元用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。同時(shí)，其內(nèi)部有4 KB/8 KB的ROM用于存放程序。單片機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。

單片機(jī)內(nèi)部包含2個(gè)16位定時(shí)器[2]，具有4個(gè)8位的I/O口，一個(gè)可編程串行口[3]，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。

1.2? 顏色傳感器設(shè)計(jì)

采用TCS3200顏色傳感器對(duì)系統(tǒng)中的顏色進(jìn)行采樣，采用STC89C52作為主控芯片[4]。該芯片為顏色采集芯片，采集的數(shù)據(jù)能夠直接傳送到STC89C52主控芯片中，由STC89C52處理顏色的RGB值，將處理的數(shù)據(jù)通過串口傳送到上位機(jī)進(jìn)行顯示。主控芯片設(shè)計(jì)圖見圖2。

1.3? 控制器設(shè)計(jì)

采用TMS320LF2407芯片作為控制器的核心，以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，如圖3所示。該芯片中包含32 KB的FLASH程序存儲(chǔ)器、2 KB的單存取RAM，片內(nèi)外設(shè)采用統(tǒng)一的外設(shè)總線和數(shù)據(jù)空間鏈接。芯片還包含2個(gè)事件管理器模塊，每個(gè)模塊都由2個(gè)16位通用定時(shí)器、8個(gè)16位的脈寬調(diào)制通道、3個(gè)捕獲單元和1套編碼器接口電路組成。芯片轉(zhuǎn)換[5]靈活，在1個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)可以對(duì)1個(gè)通道進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換的最小時(shí)間為500 ns，采樣精度高，外設(shè)配置性能[6]和功能比較強(qiáng)。

2? 傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1? 傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩分布調(diào)整

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩分布調(diào)整[7]。在色彩分布調(diào)整之前，計(jì)算傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差[8]，由于輸入的圖像尺寸較大，計(jì)算圖案每個(gè)色彩通道所有像素強(qiáng)度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差過程較難，因此將圖案縮小為原傳統(tǒng)廣告圖案大小的[14]，并對(duì)縮小后的圖案做去除噪聲處理，表達(dá)式如下：

[g=iaη·Ridi]? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：[aη]為圖案變換過程中像素強(qiáng)度變化情況;[i]為圖案尺寸變換因子;[η]為圖像變換過程中產(chǎn)生的噪聲;[Ri]為噪聲去除參數(shù)。

經(jīng)過處理后的圖像尺寸變小并且不含噪聲，能保持原始的圖像色彩分布[9]。在此基礎(chǔ)上，利用色彩映射方程調(diào)整色彩分布，確定傳統(tǒng)廣告圖案每個(gè)像素的強(qiáng)度值，計(jì)算式如下：

[Ic.s=zc·ac-hi]? ? ? ? ? ?（2）

式中：[a]，[c]分別為平均值和標(biāo)準(zhǔn)差;[z]為目標(biāo)圖像;[hi]為圖案色彩分布調(diào)整因子。

2.2? 傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配

由于上述傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩分布調(diào)整過程會(huì)降低圖像匹配的色彩相關(guān)性[10?11]，因此將VR技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配中。標(biāo)定傳統(tǒng)廣告圖案坐標(biāo)系[12]，求出傳統(tǒng)廣告圖案與VR技術(shù)之間的坐標(biāo)系與坐標(biāo)點(diǎn)的關(guān)系，公式如下：

[Tsd=Rw·yvi]? ? ? ? ? ?（3）

式中：[Tsd]為傳統(tǒng)廣告圖案與VR技術(shù)之間的坐標(biāo)系;[Rw]為傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩坐標(biāo)系;[y]為標(biāo)定坐標(biāo)點(diǎn);[vi]為傳統(tǒng)廣告圖案的特征點(diǎn)子維數(shù)。

通過上述計(jì)算得到基于VR技術(shù)的圖案空間坐標(biāo)系與坐標(biāo)點(diǎn)的關(guān)系，利用VR技術(shù)[13]尋找傳統(tǒng)廣告圖案內(nèi)任意一個(gè)主方向，構(gòu)成各個(gè)特征點(diǎn)的圖像旋轉(zhuǎn)不變量，求出傳統(tǒng)廣告圖案任意大小區(qū)域的灰度值，計(jì)算公式為：

[B=st·mx-fe]? ? ? ? ? ?（4）

式中：[st]為圖案小區(qū)域目標(biāo)和特征點(diǎn)的匹配關(guān)系;[x]為圖案符號(hào)特征點(diǎn);[m]為傳統(tǒng)廣告圖案像素平均值;[fe]為圖案灰度值計(jì)算因子。

根據(jù)圖案灰度值[14]，形成不同尺度特征點(diǎn)的回應(yīng)圖像，圖像中具有相同的平均值和標(biāo)準(zhǔn)值，因此采用高斯金字塔分層塊匹配優(yōu)化方法，對(duì)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配，主要步驟如圖4所示。

根據(jù)上述描述選擇分層匹配的第二層進(jìn)行圖案符號(hào)色彩匹配，從一個(gè)層中的特征位置獲取其他層相應(yīng)位置，得到的廣告圖案符號(hào)色彩的特征位置如下：

[Gt=f+h1a]? ? ? ? ? ? ?（5）

式中：[f]為當(dāng)前圖案與匹配圖層的相對(duì)比例因子;h為所有分量向量。

利用VR技術(shù)對(duì)每個(gè)圖像分層中的圖案色彩特征位置匹配[15]，廣告圖案符號(hào)色彩的匹配位置為：

[k=aqIc-s2]? ? ? ? ? ? （6）

式中：q為圖案與圖案之間的差異因子;[Ic]為匹配次數(shù);[s]為傳統(tǒng)廣告圖案的像素索引數(shù)。

3? 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的軟件環(huán)境為Matlab 7.12，硬件環(huán)境為Intel[?]Core（TM） i5?4210U CPU、主頻為2.39 GHz，內(nèi)存為4 GB的PC。為了保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，將傳統(tǒng)的匹配系統(tǒng)與此次設(shè)計(jì)的基于VR技術(shù)的傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比兩種系統(tǒng)的色彩匹配特征點(diǎn)，色彩匹配特征點(diǎn)多代表匹配效果好，反之匹配效果差。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，均由上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境記錄，并生成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.1? 實(shí)驗(yàn)樣本

采用的實(shí)驗(yàn)圖像庫由Corel數(shù)據(jù)集中的1 000幅圖案構(gòu)成，從數(shù)據(jù)庫中隨機(jī)抽選10張圖案作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，見圖5，分別使用兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)這10個(gè)圖案匹配，對(duì)比兩個(gè)系統(tǒng)的色彩測(cè)得的特征點(diǎn)。

3.2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

傳統(tǒng)系統(tǒng)與此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的對(duì)比結(jié)果見表1。

由實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可知，傳統(tǒng)系統(tǒng)匹配的圖案色彩特征點(diǎn)與已知特征點(diǎn)相差較大，說明不能準(zhǔn)確對(duì)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩匹配。而此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)測(cè)得的特征點(diǎn)，與已知圖案的特征點(diǎn)數(shù)量相差較小，在第4個(gè)圖案匹配中，特征點(diǎn)全部匹配，說明此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)匹配效果好。

4? 結(jié)? 語

本文設(shè)計(jì)一種基于VR技術(shù)的傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配系統(tǒng)以解決傳統(tǒng)系統(tǒng)色彩匹配特征點(diǎn)少、匹配效果差的問題。系統(tǒng)硬件由單片機(jī)、顏色傳感器和控制器組成;系統(tǒng)軟件部分，根據(jù)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩分布調(diào)整，利用VR技術(shù)完成傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)色彩匹配特征點(diǎn)多，能夠滿足傳統(tǒng)廣告圖案符號(hào)色彩數(shù)字化匹配需求。

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