馬良華

摘 要： 為了提高藝術(shù)設(shè)計(jì)的人工智能性和面向?qū)ο笮?，提出基于圖像處理技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)的圖像采用色差補(bǔ)償方法進(jìn)行圖像亮度均衡修復(fù)處理，結(jié)合像素點(diǎn)量化跟蹤方法進(jìn)行圖像融合，采用小波降噪技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像降噪處理，由此完成藝術(shù)設(shè)計(jì)中的圖像處理。在MapInfo軟件開發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用Creator開發(fā)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主界面，在Face Tools中選擇藝術(shù)設(shè)計(jì)的圖像處理類型函數(shù)，通過Map Texture Tools選擇貼圖方法，在程序加載模塊實(shí)現(xiàn)圖像處理算法加載，最后在嵌入式Linux的體系結(jié)構(gòu)中完成藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件集成開發(fā)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)藝術(shù)中的圖像輸出，提高藝術(shù)設(shè)計(jì)圖像的輸出質(zhì)量，圖像的輸出信噪比較高，系統(tǒng)的人機(jī)交互性能較好。

關(guān)鍵詞： 圖像處理; 藝術(shù)設(shè)計(jì); 系統(tǒng)設(shè)計(jì); MapInfo; Creator; Face Tools

中圖分類號(hào)： TN911.73?34; TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）09?0072?05

Abstract： In order to improve the artificial intelligence and object?oriented characteristic of the art design， a design method of art design system based on image processing technology is put forward. The color aberration compensation method is used to conduct the image brightness balance repair for the image of art design. The pixel quantization tracking method is combined for image fusion. The wavelet denoising technique is used to realize the image denoising， and accomplish the image processing in art design. The art design system was designed in the MapInfo software development platform. The Creator development technique is adopted to design the main interface of the system. The image processing type function of art design is selected in Face Tools. The chartlet method is selected by means of Map Texture Tools. The image processing algorithm is loaded in program loading module. The software integrated development design of art design system is accomplished in the architecture of embedded Linux. The results of system test show that the system can realize the image output in art effectively， improve the output quality of the art design image， has perfect human?computer interaction performance， and the output SNR of the image is high.

Keywords： image processing; art design; system design; MapInfo; Creator; Face Tools

0 引 言

藝術(shù)設(shè)計(jì)是城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)美學(xué)以及環(huán)境生態(tài)學(xué)、人體行為學(xué)的綜合表達(dá)。以環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)為例，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)建筑室內(nèi)外的空間環(huán)境的綜合利用，它通過藝術(shù)設(shè)計(jì)的方式以滿足人們的功能使用及視覺審美需求[1]。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，將圖形與圖像處理技術(shù)應(yīng)用在藝術(shù)設(shè)計(jì)中，能提高藝術(shù)設(shè)計(jì)的人工智能性和實(shí)時(shí)處理能力。研究基于圖像處理技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。

藝術(shù)設(shè)計(jì)中的圖像處理技術(shù)主要有圖像降噪和圖像融合濾波技術(shù)。通過小波降噪、中值濾波降噪等進(jìn)行圖像提純處理[3]，能提高藝術(shù)設(shè)計(jì)中的圖像信息表達(dá)能力，結(jié)合圖像融合方法實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)中圖像信息跟蹤識(shí)別能力，采用自適應(yīng)角點(diǎn)檢測(cè)和校正方法進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵特征點(diǎn)檢測(cè)分析，能提高藝術(shù)設(shè)計(jì)中的特征信息表達(dá)能力[4]。在藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)前方法主要有基于Hadoop云平臺(tái)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、基于ARM內(nèi)核的嵌入式藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和基于軟件服務(wù)（Software?as?a?Service，SaaS）層的藝術(shù)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理，相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了基于圖像處理的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，在提高藝術(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)能力方面具有一定的實(shí)用價(jià)值。其中，文獻(xiàn)[5]提出一種基于圖像塊匹配修復(fù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合關(guān)聯(lián)維搜索方法進(jìn)行圖像關(guān)聯(lián)特征點(diǎn)匹配，提高藝術(shù)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵信息點(diǎn)的視覺表現(xiàn)能力，并在嵌入式Linux中進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件開發(fā)，但該系統(tǒng)和相應(yīng)的圖像處理算法存在計(jì)算開銷過大的問題，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)跟蹤和圖像實(shí)時(shí)處理能力不好;文獻(xiàn)[6]提出基于Criminisi算法的圖像修復(fù)方法進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)中的圖像處理，采用優(yōu)先次序排列方法進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)中的三維圖形特征重構(gòu)，并以DSP為核心處理芯片進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件開發(fā)和控制器設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)沒有進(jìn)行圖像的降噪處理，導(dǎo)致輸出圖像的質(zhì)量較差，藝術(shù)設(shè)計(jì)的效果不好。

針對(duì)上述問題，本文提出一種改進(jìn)的基于圖像處理技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。首先對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)的圖像采用色差補(bǔ)償方法進(jìn)行圖像亮度均衡修復(fù)處理，結(jié)合像素點(diǎn)量化跟蹤方法進(jìn)行圖像融合，采用小波降噪技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像降噪處理。然后在MapInfo軟件開發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在程序加載模塊實(shí)現(xiàn)圖像處理算法加載。最后在嵌入式Linux的體系結(jié)構(gòu)中完成藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件集成開發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)和仿真分析，得出有效性結(jié)論。

1 圖像處理算法設(shè)計(jì)

1.1 圖像亮度均衡修復(fù)處理

采用圖像處理技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，需要先進(jìn)行圖像處理算法設(shè)計(jì)。圖像處理主要包括圖像降噪處理、圖像融合處理和圖像邊緣輪廓特征提取處理[7]。采用網(wǎng)格化矩陣分塊方法進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)圖像的網(wǎng)格分塊，分塊方法主要采用矩形分塊和套索分塊方法，按藝術(shù)設(shè)計(jì)的待分塊圖像根據(jù)仿射不變矩將塊劃分為若干子塊，圖像子塊的個(gè)數(shù)一樣為[M16+1*N16+1]，藝術(shù)設(shè)計(jì)中圖像矩形分塊示意圖如圖1所示。

1.2 圖像融合及小波降噪處理

在進(jìn)行了藝術(shù)設(shè)計(jì)中的圖像亮度均衡處理的基礎(chǔ)上，結(jié)合像素點(diǎn)量化跟蹤方法進(jìn)行圖像融合和小波降噪處理[8]，在藝術(shù)設(shè)計(jì)圖像區(qū)域分布的網(wǎng)格點(diǎn)中，假定新提取的藝術(shù)圖像特征表達(dá)方程為：

建立藝術(shù)設(shè)計(jì)圖像輪廓分布的梯度信息模型，當(dāng)降噪輸出圖像的信噪比滿足閾值條件時(shí)，返回當(dāng)前搜索路徑，由此完成藝術(shù)設(shè)計(jì)中圖像的降噪和圖像融合處理。根據(jù)上述圖像處理結(jié)果，進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將圖像處理算法加載到系統(tǒng)的程序加載模塊中，進(jìn)行交叉編譯控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)描述和開發(fā)環(huán)境描述

在MapInfo軟件開發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用B/S架構(gòu)的UDP協(xié)議通信時(shí)，需要鏈接建立Internet中的FTP，定義一個(gè)SOCKADDER_IN類型的變量作為藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的圖像處理控制變量。藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括對(duì)象域、圖形渲染層和圖形生成層，在三維圖像觀察器中實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)的動(dòng)畫軟件轉(zhuǎn)換，在感知信息服務(wù)層進(jìn)行三維圖形重構(gòu)，設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮膱D形處理軟件系統(tǒng)[9]。根據(jù)上述分析，得到基于圖像處理的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)架，如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

基于MapInfo軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的圖像渲染過程是實(shí)現(xiàn)圖形實(shí)時(shí)讀取和3D圖形輸出的過程，通過Map Texture Tools選擇藝術(shù)系統(tǒng)的圖像融合程序進(jìn)行代碼加載，在程序加載模塊實(shí)現(xiàn)圖像處理算法加載，系統(tǒng)選擇MBM29LV400BC作為其Flash存儲(chǔ)器，讀、寫信號(hào)和片選信號(hào)通過DSP進(jìn)行總線控制[10]。本文設(shè)計(jì)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件模塊主要有程序加載模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀寫模塊、總線傳輸模塊以及人機(jī)交互模塊等，對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)描述如下：

1） 程序加載模塊。藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序加載模塊具有進(jìn)行圖像處理算法和控制指令的程序加載功能，采用 MVC（Model View Controller）模型構(gòu)建圖形渲染系統(tǒng)的控制組件，采用MySQL 作為藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序加載的默認(rèn)系統(tǒng)。系統(tǒng)程序加載的引導(dǎo)加載程序（Boot Loader）主要由面向圖的管理模塊（Management Module）的用戶應(yīng)用程序（Application）構(gòu)成，系統(tǒng)選用SuperViVi作為BootLoader，通過開源的Linux內(nèi)核進(jìn)行算法讀寫和圖像的自適應(yīng)處理，根據(jù)如下交叉編譯指令執(zhí)行程序加載和數(shù)據(jù)更新。

2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀寫模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀寫模塊具有實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩存和信息讀取功能，實(shí)現(xiàn)腳本和服務(wù)器配置，通過Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)的圖像數(shù)據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換，創(chuàng)建藝術(shù)設(shè)計(jì)的3D模型數(shù)據(jù)庫(kù)，用Creator的Terrain菜單模塊構(gòu)建藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的Flash，使用批處理模塊（Batch）進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)過程中圖形的顏色、紋理、材質(zhì)屬性的渲染以及圖形圖像的自適應(yīng)讀取。基于MapInfo的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的圖形渲染過程主要包含應(yīng)用（APP）、剔除（CULL）和繪制（DRAW）三個(gè)主要過程。首先從藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的緩存器中讀取圖形原始數(shù)據(jù)，從而在設(shè)備控制器中讀入數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前視點(diǎn)，之后進(jìn)入下一幀的渲染循環(huán)，最后繪制多邊形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀取和存儲(chǔ)過程如圖4所示。

3） 總線傳輸和圖形加載模塊?？偩€傳輸模塊是整個(gè)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。采用OpenFlight和VIX總線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，總線傳輸?shù)腟ink節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的圖像處理代碼原始記錄、輔助記錄數(shù)據(jù)庫(kù)頭層次（Header level）的輔助記錄和數(shù)據(jù)庫(kù)建造歷史控制記錄等，在對(duì)象層次（Object Level）結(jié)構(gòu)模塊中實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)象的動(dòng)態(tài)三維重建，為MultiGen提供層次結(jié)構(gòu)視圖。在圖形繪制中通過Geometry Tools把面變換為體，實(shí)現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)的圖形轉(zhuǎn)換和三維重建。這一實(shí)現(xiàn)過程描述如圖5所示。

4） 人機(jī)交互模塊。人機(jī)交互模塊是藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的核心，在嵌入式Linux的體系結(jié)構(gòu)中完成藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件集成開發(fā)設(shè)計(jì)與人機(jī)交互設(shè)計(jì)。新建一目錄filesystem，在/lib目錄下建立需要的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建人機(jī)交互模塊的YAFFS映像文件。

3 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)圖像處理和藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的開發(fā)環(huán)境是Windows 10操作系統(tǒng)，利用Visual C++7.0，Vega Prime，Multigen Creator等多種圖像處理工具進(jìn)行圖像處理算法設(shè)計(jì)，藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的3D模型庫(kù)包括MFC42D.DLL，MFCD42D.DLL。在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置中，服務(wù)器的IP地址的端口號(hào)為192.168.6.69。在圖像處理算法的參量設(shè)定中，選擇圖像的大小是600×400和1 200×1 200，邊緣融合誤差[ε=0.12，]傳導(dǎo)系數(shù)[σx=0.26，]色差補(bǔ)償對(duì)比度為0.28，結(jié)構(gòu)信息的相似度為3.89，像素級(jí)視差[D=]180。根據(jù)上述仿真環(huán)境和參量設(shè)定進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖像處理測(cè)試分析，首先進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)的圖形加載，仿真過程如圖6所示。

在進(jìn)行圖形加載的基礎(chǔ)上，采用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)過程的圖像處理，待設(shè)計(jì)圖像的原始輸入如圖7所示。

由圖7得知，原始圖像受到大量的椒鹽噪聲干擾，導(dǎo)致在藝術(shù)設(shè)計(jì)中的可視性效果不好。采用本文方法進(jìn)行圖像降噪和融合處理，得到改善后的圖像處理效果如圖8所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人工智能設(shè)計(jì)方法，提出基于圖像處理技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。首先設(shè)計(jì)了圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)圖像的融合和降噪處理，然后進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)程序加載模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀寫模塊、總線傳輸模塊以及人機(jī)交互模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。由系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果得知，本文設(shè)計(jì)的藝術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有很好的圖形圖像處理能力，提高了圖像輸出質(zhì)量，改善了藝術(shù)設(shè)計(jì)視覺效果。

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