基于小波域的贾卡经编针织物图像花纹分割技术研究

【摘要】贾卡经编针织物由于贾卡导纱针的不同偏移规律可形成“厚”、“薄”和“网孔”等垫纱效应，再配以其它工艺参数的多元变化，形成独特的多层次视觉效应，精致而丰富的花纹图案，以及柔软舒适的质感，而深受市场和消费者喜爱，产品适用于高档内衣、蕾丝辅料以及室内软装饰等纺织品中。在贾卡织物设计过程中，尽管目前经编CAD系统的二维绘图和工艺处理功能已基本完善，但对于贾卡织物图像的花纹分割等前期处理功能，还需借助于第三方图像处理软件的套索和魔术棒等工具近乎手工地完成织物图像的分割和提取工作。该过程十分耗时且繁琐，将近占用了整个设计过程的70%时间。可见如何改变这种耗时费力的设计方式，快速、准确地获得贾卡经编针织物的花纹图案是经编CAD系统一大亟待于解决的问题。论文以贾卡经编针织物为研究对象，采用计算机数字图像处理技术，对织物图像的纹理特征提取和分割方法展开了系统研究。各章节主要内容概述如下：第一章介绍了论文研究目的和意义，详细概述了国内外文献研究现状和现有纺织CAD系统中织物图像分割技术，分析了贾卡织物图像花纹分割难点所在，并提出了论文主要研究内容和创新点。第二章阐述了贾卡经编机机构组成、起花原理以及贾卡经编针织物分类和特点，分析了贾卡织物图像纹理和噪音信息形成的原因，并着重研究了高斯滤波和双边滤波算法基本原理、不同的参数配置对贾卡织物图像影响。其中，双边滤波采用动态加权系数，在削弱噪音信息，平滑织物图像的同时，也保护了边缘细节，更适合于贾卡织物图像的预处理。第三章实现了经预处理后的贾卡织物图像的多分辨率尺度分解。首先介绍了小波变换基础理论，探讨了贾卡织物图像小波金字塔式结构和小波树型结构两种分解模式，并提出了一种基于图像能量等纹理特征的分解模式判别法则，使贾卡织物图像纹理特征得以充分利用。通过多分辨率尺度分解可以简化贾卡织物图像模型，降低计算工作量，同时为后续的分割模型提供多层次的细节特征，尤其是局部细节特征。第四章主要内容为基于小波域的贾卡织物图像改进K均值聚类花纹分割方法。首先概述了传统图像分割方法和K均值聚类基本工作原理，并针对传统K均值聚类算法在贾卡织物图像分割过程中存在的问题，例如随机选取初始聚类中心，对贾卡织物图像中的大量噪声信息过于敏感等问题提出改进。在改进的K均值算法中，采用小波多分辨率分解对噪声信息去相关性，密度函数和数据邻域等算法优化初始中心点的选择方法，并根据各尺度上频带特征矢量的离散程度给予不同的权重值，增强或削弱特征分量在K均值聚类过程中的作用。本章最后进行算法的比较实验，结果证明该分割算法与改进前相比，准确率更高，适宜花纹数量较少，质地纹理较为细腻的贾卡经编针织物图像。改进的K均值聚类算法除了作为一种单独的分割算法外，同时能在后续马尔可夫随机场（MarkovRandomField，MRF）模型中的低分辨率尺度的花纹分割中发挥作用。第五章主要内容为贾卡织物图像多分辨率MRF建模与花纹分割。首先阐述了传统MRF模型及其在贾卡织物图像分割中的应用。再者，针对传统MRF模型中存在的势函数取值过于依赖人工经验，特征场模型中对于图像中的噪音信号问题考虑不足，以及期望最大算法的迭代终止条件等问题，论文提出一种自适应权重的贾卡织物图像多分辨率建模与分割算法，其中通过一自适应权重函数来调整特征场模型和标号场模型在分割过程中的控制权比重，随着分辨率的增大，权重函数取值逐渐减小，分割过程的主导地位由特征场能量控制转向标号场能量控制，分割结果逐步得到精细化，同时可以明显削弱依据经验给定的势函数取值对分割结果的影响。同时，面对多尺度MRF建模过程中，常采用空域非因果方式建模，以及计算过程负载较大难以达到全局优化等问题，提出一种基于MRF层次模型的贾卡织物图像花纹分割算法，算法中采用融合伽马分布和高斯分布的有限通用混合模型来逼近图像的小波系数，零均值隐状态的混合概率分布来描述织物的噪音信息，标号场模型融合尺度间的因果方式和尺度内的非因果方式建模，并采用SMAP参数估计准则通过非迭代方法得到在最高分辨率尺度上的分割结果。本章最后通过与不同算法比较实验，结果表明该算法计算速度和分割准确率均能达到一定的设计要求，适用面较广。第六章对全文做了总结和展望。给出了论文主要结论的同时，提出了进一步完善研究的设想。
【作者】张扬；
【导师】蒋高明；
【作者基本信息】江南大学，纺织科学与工程，2014，博士
【关键词】贾卡经编针织物；图像处理；花纹分割；小波变换；马尔可夫随机场模型；

【参考文献】
[1]苗青芳.城市公共交通设施布局与利用效率研究[D].天津商业大学,行政管理,2013,硕士.
[2]蔡艺青.泉州市“全程式网上审批”与经济环境关系实证分析[D].华侨大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[3]秦小菲.校企合作的新生代农民工职业培训模式研究[D].吉林农业大学,职业技术教育学,2012,硕士.
[4]申睿婷.miR-139-5p在高糖内皮细胞损伤中的作用[D].中南大学,内科学,2014,博士.
[5]任娜.生物医用钛基植入体材料表面纳米结构的构建及其生物学性能研究[D].山东大学,2013.
[6]刘佳.锂离子电池SnO_2纳米球/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究[D].重庆大学,2013.
[7]刘红艳.当时失意虽可恨，犹得千古文人传[D].曲阜师范大学,中国古典文学,2004,硕士.
[8]胡守毅.论数据仓库的技术应用[N].人民邮电,2002-11-21003.
[9]窦庆和,苏永洪,刘宝成,韩希娟.低成本炉料结构运行技术的研究[J].河南冶金.2004(06)
[10]靳丹丹.“两税合并”对河北省引进外商直接投资的影响[D].河北经贸大学,国际贸易学,2012,硕士.
[11]高志军.内置式永磁同步电机驱动系统的研究与实现[D].湖南大学,电气工程,2012,硕士.
[12]谢灏辰.鄂尔多斯盆地南部延长组高分辨率层序地层格架研究[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[13]代树武,孙辉先.卫星的智能规划与调度[J].控制与决策,2003,02:203-206.
[14]李治.电力系统信息安全关键技术的研究[D].武汉大学,2004.
[15]王新华.中国粮食贸易问题研究综述[J].上海商学院学报,2013,03:25-29.
[16]赵宸.ROR2在白血病中作用机制及转基因工具在血液系统中的应用研究[D].第三军医大学,临床检验诊断学,2014,博士.
[17]李洁.基于自然计算的模糊聚类新算法研究[D].西安电子科技大学,2004.
[18]张鹤松.烟草工业企业业主方工程项目管理信息系统的分析与设计[D].云南大学,软件工程,2012,硕士.
[19]刘鹏飞.圆钢管混凝土柱施工期结构性能研究[D].重庆大学,土木工程,2014,硕士.
[20]戴琦.CorelDRAW和Adobe Illustrator在地图编制中的应用比较[D].华东师范大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[21]余杰锋.肩胛骨解剖钢板的研制及其有限元力学分析[D].广州医科大学,骨外科（专业学位）,2014,硕士.
[22]邱静.气调包装冷却猪肉中假单胞菌生长模型的构建及气调包装优化[D].上海理工大学,食品科学,2012,硕士.
[23]李淑芝,郑剑.一种基于Hash_tree的产生关联规则的方法[J].南昌大学学报(理科版),2004,02:197-200+204.
[24]蔡峻,汪红兵,徐安军,贺东风,贾祥超,邵俊宁.钢包一体化管理系统的开发及应用[J].冶金自动化,2014,04:30-36.
[25]宋金春.纳米材料及氨基酸修饰电极在药物分析测定中的应用研究[D].武汉大学,2012.
[26]朱玲玲.hsa-miR-143在人脂肪细胞诱导分化过程中的表达变化及调控因素分析[D].南京医科大学,内科学,2013,硕士.
[27]张智超.唐山广播电视报的困境与转型策略[D].河北大学,新闻学,2014,硕士.
[28]李淑国.非局部平均图像去噪算法研究[D].西安电子科技大学,测试计量技术及仪器,2012,硕士.
[29]殷进良.诠释声乐作品时曲与词的双视角探微[D].中国音乐学院,音乐学,2012,硕士.
[30]荆雯.我国乒乓球运动项目文化发展研究[D].辽宁师范大学,体育学,2014,博士.
[31]俞亮源.基于DPSIR模型的重庆市岩溶生态环境安全评价研究[D].西南大学,自然地理学,2013,硕士.
[32]王亚嫔.基于DSP的二相混合式步进电机多细分驱动器的研究[D].浙江工业大学,2009.
[33]王维.基于CVaR与平均离差波动性限制的投资组合模型[D].渤海大学,运筹学与控制论,2014,硕士.
[34]沈焕波.成像式LED光学性能参数检测技术研究[D].浙江大学,光学工程,2012,硕士.
[35]朱奎.大区域地下水数值模拟[D].武汉大学,2004.
[36]冯晓伟.定牌加工中的商标权纠纷问题研究[D].扬州大学,民商法学,2011,硕士.
[37]孔令娜.跨文化视角下民族地区入境旅游者决策行为研究[D].西北师范大学,旅游管理,2013,硕士.
[38]刘东奇,崔兴福,张关泉.波动方程混合法真振幅偏移[J].石油地球物理勘探,2004,03:283-286+244-369.
[39]陈刚.图书馆知识仓库浅析[J].内蒙古科技与经济,2004,20:92-93.
[40]牛争芳.角色商品化问题研究[D].对外经济贸易大学,民商法学,2004,硕士.
[41]赵龙宇.某汽车制造业极低频电磁辐射对作业人员健康状况影响分析[D].吉林大学,流行病与卫生统计学,2014,硕士.
[42]姜远苏.市场经济预测支持系统的智能化研究[D].山东师范大学,2001.
[43]刘纯.金融产业对楼宇经济贡献研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[44]胡志强,赵旋.新形势下电务维修体制改革模式的探讨[J].铁道通信信号.2005(08)
[45]崔思达.旧城更新改造中邻里交往空间规划研究[D].天津大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[46]陈诚.丙戊酸钠对人肝癌SMMC-7221细胞的放疗增敏作用研究[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[47]倪彪,周浩.发电报价系统设计与应用[J].电力系统自动化,2005,01:10-12+33.
[48]刘栋.超深大基坑开挖对紧邻既有地铁隧道的影响分析[D].北京交通大学,2014.
[49]徐婧,朱永法.氧化石墨烯对水中内分泌干扰物双酚A的吸附性能(英文)[J].物理化学学报,2013,04:829-836.
[50]张弘.天津港超大型货船通航安全的研究[D].大连海事大学,交通运输工程,2012,硕士.