Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用 面向智能缝制设备的多样式图案生成算法 李叶繁 ，张凯龙 ，姚龙辉 ，周兴社 ＬＩ Ｙｅｆａｎ ’‘。ＺＨＡＮＧ Ｋａｉｌｏｎｇ ～，ＹＡＯ Ｌｏｎｇｈｕｉ ，ＺＨＯＵ Ｘｉｎｇｓｈｅ ’ １．西北工业大学计算机学院，西安７１００７２ ２．陕西省嵌入式系统技术重点实验室，西安７ １ ００７２ １ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｍ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ ２．Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＥｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２．Ｃｈｉｎａ ＬＩ Ｙｅｆａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｋａｉｌｏｎｇ，ＹＡＯ Ｌｏｎｇｈｕｉ，ｅｔ ａ１．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｔｙｌｅｓ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｅｗ－ ｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１２，４８（８）：１６８－１７１． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ＮＴＰＳ ａｎｄ ＮＴＰ，ｒｅｓｅａｒｃｈｓ ａｂｏｕｔ ｖｅｃｔｏｒ ｐａｔｔｅｒｎ’Ｓ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｔｙｌｅｓ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｅｗｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｄｅｓｉｇｎｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔｙｌｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔ ｂｒｉｎｇｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａｌｌ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｗｈｉｃｈ ｔｌｅａｄｓ ｔｏ ａｎ ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ ｒｅｓｕｌｔ ａｔ ｔｈｅ ａｐｅｘ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｏｋｅｎ ｌｉｎｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｈｍｓｔ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃａｎ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｈｉｇｈ—ｑｕａｌｉｔｙ ｐａｔｔｅｒｎ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔｙｌｅ．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａｒｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｄｅｓｉｇｎ－ｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｎｅｗ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｅｗｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｅｗｉｎｇ ｅｑｕｉ￣）ｍｅｎｔ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ；ｐａｔｔｅｒｎ ｆｏｒｍａｔ；ｓｔｙｌｅ；ｐｏｉｎｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ 摘要：分析了ＮＴＰＳ、ＮＴＰ图案数据格式及其特点，进而面向新型智能缝制设备研究了矢量化线形图案的多样式表示及定制方 法，并设计了参数可配置的典型样式自动生成算法。在此基础上，研究了基于补偿角的生成优化方法，解决了图案中折线顶角处 的样式失真问题。经验证，所研究方法可以实现高质量复杂样式图案的生成，并在新型智能缝制设备的图案编辑与仿真软件中 得到应用 关键词：智能缝制设备；嵌入式系统；图案格式；样式；点补偿 ＤＯＩ：１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２．８３３１．２０１２．０８．０４８ 文章编号：１００２．８３３１（２０１２）０８．０１６８．０４ 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＰ３９３ １概述 随着ＭＥＭＳ技术、嵌入式计算技术等的快速发展，工业缝 制设备开始集成光机电一体化等技术，并呈现信息化、网络 化、智能化的发展趋势。对于该类新型工业设备而言，数据驱 动的嵌入式系统是其信息化的核心，也是实现自动化、智能化 加工的关键。该类嵌入式控制系统，以自包含图案、控制信息 的数据为驱动，进而将其转换为电信号及指令，控制机电机构 完成加工任务，其逻辑流程如图１所示。 进步和市场的逐渐成熟，对复杂样式的加工需求越来越迫切， 因此需要研究多样式生成算法。本文针对日益丰富、多样化 的缝制需求，重点研究矢量化线形图案的多样式表示及定制 方法，设计参数可配置的典型样式自动生成算法，同时研究了 基于补偿角的生成优化方法以解决图案中折线顶角处的样式 失真问题。 ２数据格式及样式表示 ２．１数据格式 智能数控设备所生成的花样图案都是以带有控制信息的 针迹作为基本单位存储在花样文件中的。在智能数控设备的 花样设计中，图案由一系列连续的针迹拟合形成，针迹的长度 称为针距。如图２所示，该直线由６条针迹组成。 卜◆－◆ 卜 针迹 ＿． 图１ 智能缝制设备逻辑图 本文所涉及智能数控设备的数据格式ｎ。 主要有ＮＴＰ和 前，日本的田岛（Ｔａｊｉｍａ）、百灵达（Ｂａｒｕｄａｎ）绣花机和德国的 ＮＴＰＳ两种类型。ＮＴＰＳ格式保存了花样选点序列及线型信 ＺＳＫ绣花机在国际刺绣设备业中最具代表性，较为主流的花 息，精确描述原始花样的所有选点信息。ＮＴＰＳ中，采用四元 样格式包括ＤＳＴ、ＤＳＢ及ＤＳＺ等。文献［１．２］提出了ＮＴＰＳ和 组ＮＯＤＥ：＝＜结点类型，线型，针距值，针迹信息＞来存储花样 ＮＴＰ两种自主图案格式，便于实现无失真的精密缝制；文献［２．３］ 选点的线型及选点信息。其中，结点类型表示该结点是型值 等研究了图案的缩放、旋转、翻转等定制算法；文献［４】以人字 点还是线型点，如果是线型点表明其后将是该线型元素上的 缝样式为例说明了简单样式的生成算法，但随着技术的不断 型值点，直至下一个线型点；线型可以是直线、圆弧和自由曲 基金项目：陕西省科技计划项目（Ｎｏ．２０１１ＳＡ１００００２）。 如前所述，图案数据是实现该类设备自动化控制的基 础。近年来，其格式表示、定制方法等得到了较多研究。目 图２直线的针迹拟合图 作者简介：李叶繁（１９９Ｏ一），男，硕士生，主要研究方向为网络化嵌入式计算技术、分布实时计算技术；张凯龙（１９７７一），男，博士，副教授；姚龙辉 （１９８８一），男，硕士生；周兴社（１９５５一），男，教授，博士生导师。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｅｆａｎ．１ｅｅ＠ｇｒｎａｉｌ．ｃｏｒｎ 收稿日期：２０１１－０６．０１；修回日期：２０１１．１１．１０ 李叶繁，张凯龙，姚龙辉，等：面向智能缝制设备的多样式图案生成算法 线之一；针距值记录了该曲线上的针迹长度；针迹信息包含了 该点的坐标，及其在本段曲线上的序数。拟合后的图案原始 ３典型样式生成与优化算法 针迹生成是多样式图案编辑的基础。实际中，依对针距 曲线信息可被下述元组序列所表示。 ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｒｕｅｔ｛ ｃｈａｒ ｆｌａｇ；／／０：线型点；１：型值点 ｃｈａｒ ｌｉｎｅｔｙｐｅ；ｌ／Ｌ：直线；Ｒ：圆弧； ／／Ｃ：曲线；Ｊ：跳线；Ｔ：剪线 ｌｏｎｇ ｐｉｔｃｈｌｅｎｇｔｈ；／／针距； Ｐｉｔｃｈ ｐｉｔｃｈｉｎｆｏ；／／填充位１２ Ｂ ｝Ｎｏｄｅ； ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｒｕｃｔ｛ ｌｏｎｇ ｘ；／／ｘ坐标 ｌｏｎｇ ｙ；／／ｙ坐标 ｌｏｎｇ ｐｉｔｃｈｃｏｕｎｔ；／／￣针顺序数 ｝Ｐｉｔｃｈ； ＮＴＰ格式保存了相应ＮＴＰＳ格式矢量化生成的花样针迹 数据。在该数据格式中，约定用三个字节来描述一条针迹单 元，称为一个缝制帧，如图３。缝制帧既包括了针迹在 、ｙ方 向的位移数据，也包括了剪线、跳针等控制动作。ｃ代表控制， 该字节中每位代表一种控制信息； 、】，分别表示 、ｙ方向的移 动距离，最高位表示方向（Ｏ表示正方向，１表示负方向），低七 位是数据位，表示范围为０～１２７，单位为０．１ ｍｍ。 Ｃ ｌ Ｊ ｙ ０ ７ ０ ７ Ｏ 图３ ＮＴＰ中的缝制帧图 ２．２图案样式 图案样式是对原有线形图案的复杂变换与表示形式，可 通过特定定制算法生成。本质上，样式定制是以原有线形针 迹点为基本参数，通过特定算法增加新的针迹点以及针迹。 由此可见，基于ＮＴＰＳ及基本定制算法可定制、生成ＮＴＰ数据， 进而可通过样式定制生成更为复杂的ＮＴＰ数据，其逻辑关系 如图４所示。对于定制过的样式数据ＮＴＰｘ．１’，其文件头中记 录父文件ＮＴＰｘ的描述信息及具体样式定制信息。这允许对 其进行二次样式定制。 图４ ＮＴＰＳ与ＮＴＰ的生成关系图 以线形图案为基础，ｖ型、Ｎ型和Ｅ型样式的图案如表１所 示。其中，以直线为原始线形图案为例，实线是定制后生成的 样式图案，箭头指向为针迹方向。 表１典型图案样式 图案样式 实际生成图案 ｖ型样式 Ｎ型样式 式藏 鞠：’Ｉ！ ｉ薯 砧 的要求不同，存在着针距优先和针迹优先两种针迹生成方 案。下面给出这两种针迹生成方案的算法描述，然后在此基 础之上，分别描述ｖ型、Ｎ型、Ｅ型等样式生成算法以及基于补 偿角的生成优化方法。 ３．１针距优先与针迹优先 针距优先是指图形由既定长度的针迹拟合而成；针迹优 先是指图形由等长的针迹拟合而成。以直线为例，二者区别 如图５所示。可以看出，针距优先要求每条针迹为既定长度， 较为精准，但当线条长度不为设定针迹长度的整数倍时，最后 一针易出现不均匀现象；而针迹优先从整体上把握了线条的 长度特征，实现了针迹的均匀划分，相比而言更为美观。假设 直线ＡＢ起点Ａ坐标为（ ， ），终点 坐标为（ ， ），针距优 先可采用数值微分法来实现，算法流程见图６。 针距优先 ： 针迹优先 ： 图５针距优先与针迹优先示意图 图６直线针距优先算法流程图 直线的针迹优先算法步骤如下： （１）计算直线ＡＢ的长度，：Ｊ（ｘｏ一 ）。＋（ —ｙｓ） ，针迹数 ｎ＝ｌ／Ｌｅｎｇｔｈ，ｎ四舍五入取整数，其中Ｌｅｎｇｔｈ为设定的直针距。 （２）若ＡＢ为垂直线，则各针迹点坐标 ＝ ， ＝ 一（１／ｎ）×ｉ （ｉ＝１，２，…）；否则，计算ＡＢ的斜率ｋ。 （３）根据式（１）计算ｓｉｎ 和ｃｏｓ ： ＪＩ ｓｉｎ ＝告 ＜ 斋 （Ｉ １ｌ ）Ｊ （４）根据式（２）计算各针迹点坐标： 』１ ｙｆ＝ ＋（１（／１ｎ）×ｉ×ｓ／ｎ、）ｘ ∞ｓｉｎ ｎ，Ｏ ２ｆ，… （２） ３．２ Ｖ型与Ｎ型样式 ｖ型与Ｎ型样式生成算法以一段线型的针迹为单位，根据 设置的左横针距、右横针距生成新的针迹点。如图７和图８所 示，设针迹ＡＢ的起点 坐标为（ ， ），终点Ｂ坐标为 １７０ ２０１２．４８（８） Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用 （５）顺次连接每段生成的ｃ１、Ｃ２，算法结束。 ３．３ Ｅ型样式 Ｅ型样式生成算法以一段线型的针迹为单位，通过插入新 的针迹点来达到加固的目的。以图９中的矩形为例，Ｅ型样式 的生成算法步骤如下： （１）依针迹优先算法生成矩形的针迹点，矩形长为ａ，针迹 数为ｎ．，宽为ｂ，针迹数为ｎ 。 图７ ｖ型样式 图８ Ｎ型样式 （２）对矩形上边线上除端点外的每个针迹点ｃ ，在其下方 插入另一个针迹点ｃ ，ｃ Ｃｉ ＝ｂ／ｎ，，将该点插入针迹点链表 （ ， ），则生成Ｖ型样式针迹点的算法步骤如下： （１）计算ａ＝Ｌ１／Ｌ２，６＝ａ／（１＋ａ），其中 １是右横针距，三２ 中；对矩形右边线上除端点外的每个针迹点Ｄ ，在其左方插 是左横针距。 （２）ＡＢ与Ｃ１Ｃ２的交点Ｍ的坐标可由式（３）确定； 』ｌ Ｘ ，ｕ＝＝ ６×ｂ （ｙｅ—ｙｓ）＋ｙｓ）＋ （３。 ） （３）求出线段ＡＭＯ￣Ｊｄ？点Ｐ坐标（ ， ）和线段肼的中点 Ｑ坐标（ ，ｙＱ）。 （４）若ＡＢ为垂直线，直接求出ｃ１、Ｃ２坐标；否则，计算线 段ＡＢ的斜率ｋ。 （５）据式（４）计算 １和 ： ｊｄｌ＝Ｌ１ √ ＋１ （４） ｄ２＝Ｌ２×√ ＋１ （６）根据式（５）计算ｃ１： Ｃ１＝ｙｓ－ｋ￣ （５） （７）若 ＜ ，则Ｃ２＝Ｃ１＋ｄｌ，Ｃ３＝ｃ１ ；若 ＞ ， 则Ｃ２＝ １ ｌ，Ｃ３＝ｃｌ＋ 。根据式（６）和式（７）分别计算ｃｌ 点和Ｃｌ２点坐标： ｝一． Ｄ Ｄ ．－。¨●． ６＿（８）顺次连接每段生成的ｃ１、Ｃ２，算法结束。 生成Ｎ型样式针迹点的算法步骤如下： （１）若ＡＢ为垂直线，直接求出ｃ１、Ｃ２坐标；否则，计算线 段ＡＢ的斜率ｋ。 （２）据式（４）计算 １和 。 （３）根据式（５）计算ｃ１。 （４）若 ＜ ，则Ｃ２＝Ｃ１＋ １，Ｃ３＝ｃ１ ；若 ＞ ， 则Ｃ２＝ｃ１ １，Ｃ３＝ｃ１＋ 。根据式（８）和式（９）分别计算ｃ１ 点和Ｃ２点坐标： 入另一个针迹点Ｄ ，Ｄ Ｄ ＝ａ／ｎ ，将该点插入针迹点链表中； 对其余两条边也采用相同方法处理。 （３）ＪＩｌ￣次连接各个针迹点，算法结束。 图９ Ｅ型样式 ３．４基于补偿角的生成优化方法 在矩形和折线等的多样式生成中，顶角处的针迹往往比 较稀疏，这不仅影响图案的美观，且容易导致缝制不牢固。为 了弥补这一缺陷，本文提出了补偿角的概念。补偿角是一个 角度阈值，当顶角大于这个阈值时对该处进行一定的修正，可 以使其针迹更为密集。以矩形的ｖ型样式为例，补偿前后的 效果对比如图１０。 Ｄ Ｄ ＝．． 一 ／一，，：／ 艘・： 一 ！ ｚ ！ ， ， 李叶繁，张凯龙，姚龙辉，等：面向智能缝制设备的多样式图案生成算法 具有顶角补偿特性的曲折缝针迹，需要定义一个补偿段长度三 （如３￣Ｌｅｎｇｔｈ，Ｌｅｎｇｔｈ为直针距）。在Ｐ１尸２上距转弯点Ｐ１距离 为三处作Ｐ１Ｐ２的垂线，与左右轮廓线分别相交于ＰＬ２、ＰＲ２，类 似地得到ＰＬ３、ＰＲ３。ＰＬＩ￣ＰＬ４、ＰＲＩ￣ＰＲ４即为补偿Ｐ１Ｐ２节所 需的全部定位点。 一； ｜ ｜ｌ ｜囊｜ｊ｜｜蠢｜ ｜｜ ｆ，一。。、 ｒ” 一、 ＼ ＼／、／ 享｜ 氇 ＾／ｉ ／／ ； （３）连接生成的针迹点。分别在左右轮廓线上找到所需 的全部针迹点，然后依次交替在左右轮廓线上取相应的点连 接起来生成整个补偿后的图形。 ，、 ＼ ｆ ＼、～／／ 仇 下面以ｖ型样式为例来具体说明基于补偿角的生成优化 ｐ－一—】广ｒｒ］ｒ口 方法的步骤： （１）取线段ＰＬ１ＰＬ２和ＰＲ１ＰＲ２中较长者的长度： ＝ｍａｘ｛ｌｅｎ（ＰＬ１ＰＬ２），ｌｅｎ（ＰＲ１ＰＲ２）｝ （２）计算两轮廓线的起始端需要划分的段数ｎ： ｎ＝［ＪＬ ／Ｌｅｎｇｔｈ］＋１ 对于两轮廓线的终止端采用类似的方法确定划分段数ｍ。 （３）右轮廓线的划分：ＰＲ１ＰＲ２段根据ｎ确定局部针距 ｓｌｉｃｅｌｅｎ＝ｌｅｎ（ＰＲ１ＰＲ２）／ｎ，根据该针距平分该段；尸 ２朋３按针 迹优先算法正常生成针迹点；ＰＲ３ＰＲ４段采用和Ｐ １户 ２段类 似的方法计算局部针距ｓｌｉｃｅｌｅｎ＝ｌｅｎ（ＰＲ３ＰＲ４）／ｍ，平分该段， 如图９所示。 左轮廓线的划分：同样地，对于ＰＬ１ＰＬ２段，局部针距 ｓｌｉｃｅｌｅｎ＝ｌｅｎ（ＰＬ１ＰＬ２）／ｎ，为了生成ｖ型，生成该段的第一个针 迹点的局部针距为０．５￣ｓｌｉｃｅｌｅｎ，之后局部针距恢复为ｓｌｉｃｅｌｅｎ， 类似地生成ＰＬ２ＰＬ３段和ＰＬ３ＰＬ４段的针迹点。 （４）将左右轮廓线上的针迹点依次交替地链接起来，得到 该节的针迹点链表，顺次连接各节的针迹点即可生成整个补 偿后的图形。 对于Ｎ型样式，右轮廓线采用相同的方式进行划分，不同 的是对左轮廓线的划分方式。在生成左轮廓线上第一个针迹 点时，不再使用０．５ｘｓｌｉｅｅｌｅｎ，而使用正常的局部针距ｓｌｉｃｅｌｅｎ， 即可得￣．Ｊ１Ｎ型样式针迹，如图１２所示。 左 ， 右侧 图１２ Ｎ型样式补偿算法示意图 ４实验结果与分析 本文研究的算法已成功应用于新型智能缝制设备嵌入式 软件及基于ＰＣ的新型智能缝制设备图案编辑与仿真软件。 新型智能缝制设备嵌入式软件运行于ＡＲＭ７处理器上，使用 ＡＤＳ １．２集成开发环境；新型智能缝制设备图案编辑与仿真软 件开发环境为Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋６．０。图１３和图１４为图案编辑与仿 真软件的运行界面。图１３左侧列出了几种基本图案，右侧列 出了加入样式之后的图案，从上至下依次为自由曲线及自由 曲线（Ｎ型样式）、椭圆及椭圆（Ｖ型样式）、矩形及矩形（Ｅ型样 式）、折线及折线（优化后的ｖ型样式）。图１４将线形与样式组 合起来，生成了２０１１年西安世园会吉祥物“长安花”的图案。 Ｅ．．．．．．＝ｊ ／ Ｉ ／ ＼、 ｆ ／ ＼ 图１３ 多样式图案展示图 图１４ ２０１ １年西安世园会吉祥物“长安花” 实验结果表明，本文所述算法能较好地实现多样式图案 生成功能，具有如下特点： （１）执行效率高。多样式图案的生成被抽象成较为简单 的数学表达式，不受编辑量及针迹点动态增长的影响，从而保 证整个编辑过程画面流畅，无闪烁。 （２）普适性。算法适用于绝大多数基本线形，可在一定程 度上满足用户的个性化需求。 （３）易维护性。线形生成与样式生成被剥离成不同的模 块，程序结构清晰，代码利用率高，易于维护调试。 （４）精巧的结构实现了嵌入式软件设计的高效率与松耦 合，整体上满足嵌入式系统的性能要求。实验证明，本算法可 用于复杂的图案编辑操作环境中。 ５结束语 图案设计是智能缝制设备的一项重要功能。本文首先分 析了ＮＴＰＳ、ＮＴＰ图案数据格式及其特点，进而在简单线形组 合设计图案的基础上，提出了一种将线形和图案样式组合，简 洁、高效地进行图案设计的方法，设计了多种参数可配置的典 （下转２０２页） ２０２ ２０１２，４８（８） ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用 ２１，Ｙ２ Ｙｌ Ｙ２２） Ｏ３Ｉ，Ｙ３ ４１，Ｙ４ Ｙ１２） ） ２４２） （ａ）搜索位于虹膜外边缘的８个点的坐标 （ｂ）以横坐标为ｘ。。的像素点画出的灰度曲线 图４利用改进的方法搜索虹膜的内边缘 中，坐标为（ Ｉ１，Ｙ１１）、（ ｌｌ，Ｙ１２）、 ２１，Ｙ２１）、 ２ｌ，Ｙ２２）、 Ｙ３１）、 ３．３４％，准确率比传统的两种方法略有提高。 ， ，Ｙ， ）、 ，Ｙ ）、 ，Ｙ ）的８个点即为位于虹膜外边缘的点。 步骤４对这８个点进行Ｈｏｕｇｈ变换 】，计算出虹膜外边缘 圆的半径和圆心。 最终定位效果如图５所示，可以看到，虹膜的外边缘已被 正确地定位。 ４结语 提出一种把区域生长与Ｈｏｕｇｈ变换相结合的虹膜定位方 法，利用区域生长搜索虹膜的内边缘，再根据图像的灰度变化 规律搜索位于外边缘的若干个点，然后用Ｈｏｕｇｈ变换定位外 边缘。与传统的定位算法相比，本算法更容易实现，在定位速 度上有明显提高，而且对瞳孔区域的光斑不敏感，抗噪能力 强。但对于如何排除睫毛和眼睑的干扰还有待进一步研究。 图５虹膜内、外边缘定位结果 参考文献： ［１】王迎春，李见为，肖坤平．最小方差搜索圆心的快速虹膜定位算法［Ｊ］． 电脑知识与技术，２０１０，６（８）：１９７２．１９７４． ［２】Ｄａｕｇｍａｎ Ｊ．Ｈｏｗ ｉｒｉｓ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｖｉｄｅｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。２００４，１４（１）：２１—３０． ３实验结果及分析 利用ＭＡＴＬＡＢ ７实现本文算法，使用的图像来自中国科 学院自动化研究所的虹膜图像库ＣＡＳＩＡ，虹膜图像为８位灰度 图，大小为２８０ｘ３２０。通过对随机抽取的５Ｏ组一共３５０幅的虹 膜图像进行小样本测试，并和不同的定位算法进行比较，结果 如表１所示。 表１各算法定位速度与准确率比较 ［３］Ｗｉｌｄｅｓ Ｒ ＥＩｒｉｓ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ：ａｎ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，１９９７，８５（９）：１３４８—１３６３． ［４］李晶晶，张健．虹膜图像内外边缘定位算法研究［Ｊ］．通信技术， ２０１０，５（４３）：１７８－１８０． ［５］罗忠亮，贾应彪，刘晓．改进的虹膜图像分割算法［Ｊ】．重庆文理学院 学报：自然科学版，２００９，２８（１）：５９．６２． ［６郑晔，６］沈永增，王燕．基于Ｑｔ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ的虹膜定位算法［Ｊ］．机电工 程，２００９，２６（２）：５９．６２． ［７］章毓晋．图像处理和分析教程［Ｍ］ 匕京：人民邮电出版社，２００９． 从表１的数据可以看出，本文提出的方法对虹膜的定位时 间约０．２２８ ｓ，仅占Ｄａｕｇｍａｎ方法的３．０６％，Ｗｉｌｄｅｓ方法的 【８】田启川，刘正光．虹膜识别综述［Ｊ】．计算机应用研究，２００８，２５（５）： １２９５．１ ３００． （上接１７１页） 工大学，２００８． 型样式自动生成算法，并针对图案中折线顶角处的样式失真 【４】赵重庆，张凯龙，周兴社，等．新型保真花样格式优化与多样式缝制 控制［Ｊ］．计算机技术与发展，２０１０，２０（２）：１３７—１４０． ［５］何援军，孙承山，曹金勇．绣花缝针轨迹问题［Ｊ】．计算机学报，２００３， ２６（９）． 问题进行了优化。这些算法具有良好的通用性，对图案编辑 软件、绣花软件等都有一定的工程应用价值，已成功应用于实 际系统。 【６】吴世林．电脑绣花花版文件浏览器的设计［Ｊ】．武汉纺织工学院学 报，１９９９，１２（４）． 【７】Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｐ Ｊ，Ｅｂｅｒｌｙ Ｄ Ｈ．计算机图形学几何工具算法详解【Ｍ］． 北京：电子Ｘ．ｄｋ出版社，２００５． 【８】Ｈａｓｅｑａｗａ Ｙ，Ｔａｋｅｉｃｈｉ Ｋ．Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐａＲｅｍ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｅｗｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ．Ｄｒｉｖｅｓ＆Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＩＥＥＥ，１９９６：１００６．１０ｌ１． 参考文献： 【１］张凯龙，梁克，柴华，等．一种保真缝制花样格式的研究与设计［Ｊ】 ＿计算机工程与应用，２００７，４３（２０）：１０１—１０３． ［２］梁克，张凯龙，周兴社，等．面向电子花样机的花样定制算法研究及 实现［Ｊ］．计算机工程与应用，２００６，４１（２３）：９５．９７． ［３彭媛媛．３］电脑绣花机花样处理技术的研究与应用［Ｄ】．南京：南京理
