王琳
天津职业技术师范大学 自动化与电气工程学院，天津，300222
摘要：随着我国酒店、房地产等行业的发展，地毯的需求量在逐年增加，而地毯中有些优点是其他铺地材料无法与之相比的，产生的有害气体最少、安全性高等，因此受人们所喜爱，购买力增加，供不应求，所以一些厂家开始用机器生产地毯。本文是研究自动规划路径毯机算法，通过比较各个阶段不同的算法，选择最优算法，来实现地毯机自动规划路径，提高地毯机制作地毯的效率。
关键字：地毯机、颜色量化、颜色聚类
1、引言
目前手工地毯制作步骤很繁琐，效率低，并且对于复杂的图案，制作周期长，有很多不足，所以就开始研究机制地毯，提高地毯的制作效率，但问题随之而来，做出来的地毯质量不好，图案单一等等[1]。在这个科技飞速发展的时代，人工智能，大数据处理，自动化等解决了很多浪费人力物力的事情，以及重复性工作的岗位，地毯的制作只是占其中很小的一部分，如何顺应这个时代，不被淘汰，可以减少手工地毯制作的麻烦，解决某些地毯机的弊端[2]，于是开始研究关于自动规划路径的地毯机，对于之后发展更先进的地毯机有很大意义。
2.算法
2.1颜色量化算法
对于整个地毯机，首先把地毯图案导入进去，之后对于图片进行处理。最开始对图片的颜色进行量化处理，量化是利用人眼的特征，将没有什么差别的颜色归为一种颜色，再将这些颜色重新组成原来的图案，这样就少了很多看不见的颜色，方便我们对图片进行下一步处理。将图片中的色彩空间减少，减少储存的空间，在设备不允许的条件下尽可能高质量的展现图片，这就是进行颜色量化的目的。目前有关于颜色量化的算法有很多，传统的量化算法大体分为两种：分割法和聚类法。具体的量化方法有：统一量化方法、频度序列算法、中位切割算法和八叉树量化方法[3]等。聚类法中有K均值聚类算法[4]、SCA算法、FCM算法等。但这些方法有很多弊端，比如统一量化方法在现实图像中层次感变化不明显[5]；频度序列算法由于某些颜色出现频率低而被丢失，使图象显示失真，效果不是很好；八叉树量化方法可能造成一部分颜色丢失等等[6]。
本文针对于现在各个颜色量化方法进行权衡，选择出最适合地毯机图案轨迹自动规划前期图案处理的一个方法，就是基于色彩空间的颜色量化，减少下一步颜色聚类的复杂程度，并且符合人眼的视觉特征。
2.2颜色聚类算法
图片进行量化处理之后，开始颜色聚类，颜色聚类是把相似的数据聚集在一起，多种颜色可以把相近的颜色分在一起，得到多张不同颜色的图像。现在用的比较多的方法是：K-means算法、混合高斯模型(GMM)、Mean shift算法等。
但是这些方法也有一些不太好的地方，K-means算法需要人来设置特定值，对于离群点远的点很敏感；GMM算法需要先设定好它的聚类中心的个数；Mean shift算法计算太复杂。所以本文选择了自适应K均值聚类，可以很好的解决了以上问题，并且可以减少认为的干扰，以及提高聚类的准确性[7]，用于图像分割，把地毯图案划分成不同颜色的图像，便于对图像进一步处理。
2.3边缘检测算法和轮廓跟踪算法
经过聚类之后的图片是颜色较为分明的色块，之后开始进行边缘检测，可以很好的将地毯图案和背景区分开来，边缘检测算法大多数用的是求导的方法对于图像中的灰度值进行处理。现阶段常用的算法基本都得到我们所想要的结果，但本文选择的是自适应Canny边缘检测算法，其优点是减少人为的参与，也可以提高精度[8]。
轮廓跟踪就是按一定顺序或方法找到边缘点来进行边界的跟踪。常见的方法很简单，但所得到的结果不是很好，所以本文选择基于链码值的跟踪算法，此方法的优点是可以得到较为完整的轮廓点[8]。
2.4区域填充
最后就是区域填充，区域填充是对于每个像素点进行填充，主要是扫描线填充算法和种子填充算法，扫描线填充算法不能对复杂的图案进行填充；种子填充效率也比较低，所占空间比较大。因此本文选择螺旋填充算法，优点是可以均匀填充，提高填充的效率[9]，实现规定色块内部路径的生成。
3.结语
上述所用算法，就是本文对自动规划路径地毯机算法的研究，本文运用的算法有很多，算法的选择是进行下一步的关键，尤其是刚开始对于图片处理的程度，图片的好坏直接影响最后的结果，并且算法的复杂程度，算法所得到的结果，会对整个项目影响很大，所以最初在进行研究时一定要慎重选择，多实验，发现问题，解决问题，选择最优算法。
参考文献
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[3]黄超华. 基于图像识别的织物枪刺植绒轨迹规划系统研究[D]. 东华大学, 2017.
[4]易茹. 基于K均值聚类算法的数字媒体推荐方法研究[J]. 长春工程学院学报(自然科学版), 2020, 21(04): 99-102.
[5]陈卫东, 张强, 杨丽. 一种改进的快速中位切割彩色图像量化算法[J]. 计算机工程与应用, 2007, (33): 86-88.
[6]刘青, 钱玮. 一种八叉树色彩量化算法的改进[J]. 电子技术, 2010, 47(08): 1-2.
[7]周虎, 黄超华, 杨建国, 卢坤. 手工地毯植绒轨迹生成算法研究[J]. 毛纺科技, 2017, 45(09): 1-5.
[8]郭栋. 地毯图案识别与地毯机运动轨迹规划研究[D]. 天津职业技术师范大学, 2020.
[9]黄蕾. 图形图像中多边形区域填充与信息提取算法研究[J]. 重庆科技学院学报(自然科学版), 2020, 22(06): 65-69.
作者简介：
王琳,女,1999年生,辽宁丹东人,天津职业技术师范大学本科在读,测控技术与仪器专业
基金项目：天津职业技术师范大学2019级大学生创新创业训练计划项目,项目编号：201910066051