专利名称：一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法
技术领域：
本发明涉及动画线拍技术领域，尤其是一种基于图像识别的动画快速定位方法。
背景技术：
在动画教学中，线拍软件起了重要作用。在传统的二维有纸动画制作中，线检，亦 即动检工作一直处于一个较为重要的地位。虽然其在整个动画制作过程中所占的工作量较 小，但是起到的作用却非常关键——线检工作直接抑或间接的掌控了动画形象运动规律的 准确与否。 线检工作主要针对动画制作前期的原画以及动画，通过对图像的捕捉以及合成之
后的镜头连续播放来辅助检查设计师，原、动画师在纸上绘制的动画形象的动作和表情是
否流畅。线检工作在动画艺术的前期创作过程中，起到了绝对的辅助检查作用。 线拍系统从商业角度分析，在动画片制作过程中可以减少成本、降低动画制作返
稿修线的次数；提高制作效率，最终提升动画品质。从教学角度来分析，在给学生创作学习
中给予自我肯定、否定的同时，又给老师提供了一个更加便捷的教学平台，形成实时的现场
演示，现场学习的良好氛围。现有的国内线拍软件主要有迪生、欧雷、宇杰网络线拍系统，都
是采用线拍台面+摄像头+线拍软件的方式实现。 传统的线拍拍摄方式将多张动画线稿放置在线拍台面上，用动画定位尺固定，然 后用线拍软件控制摄像头进行拍摄，拍一张，然后手动拿掉一张，再拍下一张，直到所有线 稿拍摄完毕。 利用该线拍设备，可以实时将线稿拍摄转化为动画、调整动画次序等，但是缺点也 是显而易见的(l)首先拍摄的操作复杂，需要事先设置拍摄的清晰度、对比度；(2)拍摄时 候受环境光源影响大，光源的强弱都会导致线稿背景以及线条的清晰度；(3)拍摄进度慢， 时间长，以100张的稿纸，需要30-60分钟的拍摄时间；(4)软件稳定性差，常出现拍摄故障 而导致整个拍摄需要重新开始的情况；(5)线拍设备昂贵。
发明内容
为了克服已有的动画线拍方法的操作复杂、受环境影响大、速度慢、稳定性差、成
本高的不足，本发明提供一种操作简单、不易受到环境影响、速度快、稳定性好、成本低的基
于图像识别的动画快速扫描定位方法。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 —种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，所述动画快速扫描定位方法包括以 下步骤 1)、将动画稿纸通过高速扫描仪扫描成动画稿纸图像序列，所述动画稿纸上设有n 个定位孔，n为自然数，且n > 3，定位孔包括实心圆孔和长条形孔，所述实心圆孔位于长条 形孔之间； 2)、将动画稿纸图像进行预处理，首先将动画稿纸图像转换成二值化图像，再进行
3去噪处理； 3)、将处理后的动画稿纸图像进行定位孔的识别和定位，具体过程如下 (3. 1)、对该图片进行扫描，当扫描到灰度值小于223的像素点时，利用种子法找
出与该点相连通的所有灰度值小于223的点，找到一个连通域；找出所有的连通域，并计算
每个连通域的中心点的坐标(X， Y)、像素点数量S、连通域中所有像素点到中心点的距离的
平方的和即、同时计算a =即+ S、判断中心点坐标是否在连通域内、计算连通域的实心程
度fillRate、计算连通域边缘点到中心点的最大最小距离maxD和minD ; (3. 2)、定位孔的连通域必须同时满足以下条件①连通实心程度fillRate大于
0. 95 ;②)连通域像素点数量S大于100，并且整张图片的像素点数量是该连通域像素点数
量的600倍以上；③)连通域中心点在连通域内； (3. 3)、用每个满足条件的连通域的像素点数量S值计算出它的最小即值，如果该 连通域的实际ap值与它的最小即值相差不大，则认为该连通域是一个实心圆孔；
(3. 4)、找到实心圆孔之后，开始找两头的长条形的定位孔，如果连通域的maxD/ minD大于3并且小于8，而且像素点数量S大于实习圆的像素点数量，就认为是两头长条形 孔； 4)、根据定位孔的定位，对动画稿纸图像进行倾斜校正；
5)、通过范围选择，对动画稿纸图像进行区域裁切；
6)、将动画稿纸图像序列。 作为优选的一种方案所述步骤(3. 1)中，对动画稿图片进行跳行扫描。
或者是所述步骤(3. 1)中，对动画稿图片进行逐行逐点扫描。 作为优选的另一种方案所述步骤3)中，以第一张动画稿图片的定位孔的位置作 为参考点，从参考点位置逐渐向外扫描，一直到找到定位孔。
作为优选的另一种方案在所述步骤4)中，将所有动画稿图片安定位孔位置对齐 排好，如果某张动画稿图片相对于标准位置倾斜角度e ，进行如下校正
如果把图片按角度9逆时针旋转，则它的变换公式为
x， = xcos 9 +ysin 9 y， = -xsin 9 +ycos 9
其中，(x， y)为原图坐标，(x'， y')为旋转后的坐标。 本发明的技术构思为动画线稿从纸质转化为数字文件的手段，除了通过摄像头 的拍摄，还可以通过扫描的方式。传统扫描仪分辨率大，但是扫描速度太慢。而近年出现的 快速扫描仪，除具有扫描仪分辨率大的优势，还具有快速扫描的优点，百张稿纸几分钟就能 完成扫描。因此利用快速扫描仪，可以替代传统的摄像头，完成对稿纸到动画数字文件的转换。 但是利用快速扫描仪完成动画线拍过程，还存在几个技术难点稿纸在快速扫描 中，会出现纸张位置的微移，从而导致动画画面出现无法对齐；扫描的画面如何产生动画视 频；其中，稿纸对齐是技术关键。 基于以上构思，我们设计了一种动画快速扫描定位方法及系统，通过软件驱动通 用的快速扫描仪，将稿纸扫描成图像文件，因为动画稿纸都有定位孔，如图1所示，因此利 用系统可以对动画稿纸的定位孔进行快速识别、定位、然后进行纸张图像的校正，裁切，最 后利用图像生成视频。
本发明的有益效果主要表现在1、操作简单、不易受到环境影响、速度快、稳定性好、成本低；2、适用性强、准确性高。
图1是单张动画稿图片的示意图。
图2是基于图像识别的动画快速扫描定位工作流程图。
图3是系统功能模块结构总图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。 参照图1 图3，一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，所述动画快速扫描定位方法包括以下步骤 1)、将动画稿纸通过高速扫描仪扫描成动画稿纸图像序列，所述动画稿纸上设有n个定位孔，n为自然数，且n > 3，定位孔包括实心圆孔和长条形孔，所述实心圆孔位于长条形孔之间； 2)、将动画稿纸图像进行预处理，首先将动画稿纸图像转换成二值化图像，再进行去噪处理； 3)、将处理后的动画稿纸图像进行定位孔的识别和定位，具体过程如下 (3. 1)、对该图片进行扫描，当扫描到灰度值小于223的像素点时，利用种子法找
出与该点相连通的所有灰度值小于223的点，找到一个连通域；找出所有的连通域，并计算
每个连通域的中心点的坐标(X， Y)、像素点数量S、连通域中所有像素点到中心点的距离的
平方的和即、同时计算a =即+ S、判断中心点坐标是否在连通域内、计算连通域的实心程
度fillRate、计算连通域边缘点到中心点的最大最小距离maxD和minD ; (3. 2)、定位孔的连通域必须同时满足以下条件①连通实心程度fillRate大于
0. 95 ;②)连通域像素点数量S大于100，并且整张图片的像素点数量是该连通域像素点数
量的600倍以上；③)连通域中心点在连通域内； (3. 3)、用每个满足条件的连通域的像素点数量S值计算出它的最小即值，如果该连通域的实际ap值与它的最小即值相差不大，则认为该连通域是一个实心圆孔；
(3. 4)、找到实心圆孔之后，开始找两头的长条形的定位孔，如果连通域的maxD/minD大于3并且小于8，而且像素点数量S大于实习圆的像素点数量，就认为是两头长条形孔； 4)、根据定位孔的定位，对动画稿纸图像进行倾斜校正；
5)、通过范围选择，对动画稿纸图像进行区域裁切；
6)、将动画稿纸图像序列。 本实施例中，批量快速自动识别技术有三部分构成基于连通域的定位孔自动识别技术，单张图片版面分析加速技术，多张图片快速定位孔查找技术。首先结合基于连通域的定位孔自动识别技术和单张图片版面分析加速技术，对第一张动画稿图片进行分析找出三个定位孔，并记录其位置、像素点集合等信息，然后再根据第一张动画的三个定位孔信息，结合多张图片快速定位孔查找技术，分别找出剩下的动画稿的定位孔。
5
基于连通域定位孔自动识别技术该技术实现了从单张动画稿图片中自动找出3个定位孔(一般情况下都是三个定位孔)，无需人工指出定位孔所在方位。实现过程如下
假设一张动画稿图片有W行、h列的像素点组成，对该图片进行逐行扫描，当扫描到灰度值小于223的像素点时，利用种子法找出与该点相连通的所有灰度值小于223的点，这样就找到一个连通域，从人的视觉上来说，这就是图片上的一块连通的区域，比如一块斑点、一条线、一个实心圆。 找出所有的连通域，并计算每个连通域的中心点的坐标(X， Y)、像素点数量S、连通域中所有像素点到中心点的距离的平方的和即、同时计算a =即+ S、判断中心点坐标是否在连通域内、计算连通域的实心程度(双精度小数)fillRate、计算连通域边缘点到中心点的最大最小距离maxD和minD。 先在所有的连通域内找出所有可能是定位孔的连通域。可能是定位孔的连通域必须满足这些条件①连通实心程度fillRate大于0. 95 ;②)连通域像素点数量S大于100，并且整张图片的像素点数量是该连通域像素点数量的600倍以上；③连通域中心点在连通域内。 关于实心程度，图片1中的A连通域的实心程度是0. 8左右，B的连通域实心程度是0. 7左右。关于连通域的中心点是否在连通域内，图片2中的C连通域和D连通域的中心点都不在连通域内，E连通域的中心点在连通域内。 将这些满足条件的连通域存储在链表中，下一步将从这些满足条件的连通域中找出这3个定位孔。 先找三个定位孔中间的那个实心圆孔。对于具有相同像素点数量S的不同形状的连通域，实心圆连通域的即值(连通域中所有像素点到中心点的距离的平方的和)最小。根据这一特点，用每个满足条件的连通域的像素点数量S值计算出它的最小即值，如果这个连通域的实际即值与它的最小即值相差不大，则认为这是一个实心圆。
连通域最小即值的近似计算推导如下 因为当即值取最小时，连通域为实心圆。假设这个实习圆的半径为r个像素点，那么该连通域像素点数量S = Jir2，当半径为r-l个像素点时，S' = Ji (r-l)2 ;即-即'=(jir2-Ji (r-l)2) r2 ;推出最小ap = ji (r4/2+r3+r2/2) + ji r (r+l) (2r+l)/6 ;
因为每个像素点是一个正方形小块，所以以上的推导是近似的计算，还需要用实际数据对公式进行修正验证。最后得出最小即"Ji (n4/2+n3+n2/2)，其中n = r_0. 5，r=V^ (1) 在这里，如果最小ap值与实际ap值相差不大于3%，就认为是实心圆。 如果只找到一个实心圆，那么找到的这个实心圆就是定位孔的中心孔。 找到中心孔之后，开始找两头的长条形的定位孔。如果连通域的maxD/minD大于
3并且小于8，而且像素点数量S大于实习圆的像素点数量，就认为是两头长条形的定位孔。 如果找到的长条形的连通域刚好两个，那么这两个就是两头的定位孔。这样就把
三个定位孔都找出来了。 如果找到两个实心圆(其中一个是人工画上去的)，或找到三个以上的长条形定位孔，那就会提示人工指定哪三个是正确的定位孔。从而保证定位孔的100%正确识别。
单张图片版面分析加速技术该技术大大提高定位孔的自动查找速度，图片尺寸越大，速度的提高越明显。 在自动找定位孔的时候是进行逐行逐点扫描，因为定位孔自身有尺寸，所以不用一个点一个点地扫描，可以跳着扫，根据定位孔的尺寸，如果图片最短边的长度为1000个点，就跳8个点，如果是2000个点就跳16个点，以此类推。同时也以相同的跳跃幅度进行跳行扫描。 多张图片快速定位孔查找技术找到第一张动画稿图片的定位孔后，还需要找剩下的动画稿图片的定位孔。如果一张一张都按第一张的方法来查找的话，都要把整幅图片扫描一遍，这样效率很低。 考虑到这些动画稿图片的定位孔相对整幅图片的位置都相差不大，于是就以第一
张动画稿图片的定位孔的位置作为参考点，从参考点位置逐渐向外扫描，一直到找到定位
孔。通常情况下，扫描第一个点就能找到定位孔，这样节省了大部分的时间。 批量找定位孔完成后，再进行批量校正，将所有动画稿图片安定位孔位置对齐排
好，如果歪了，必须旋转校正。 如果把图片按角度9逆时针旋转，则它的变换公式为
x， = xcos 9 +ysin 9 y， = —xsin 9 +ycos 9 其中，(x， y)为原图坐标，(x'， y')为旋转后的坐标。它的逆变换公式为
x = x， cos 9 _y， sin 9 y = x， sin 9 +y， cos 9 完成动画稿图片的校正后，用户可以通过批量裁切模块对动画稿图片进行指定区域范围的裁切，当用户通过模块提供的选择工具选定矩形范围以后，系统保留区域内图像，删除区域外图像。通过该模块，用户可以完成对动画镜头区域的选择。 最后利用已经完成校正和裁切的动画稿图片，系统的动画视频生成模块将提供详细的设置窗口，让用户设定视频播放每秒帧数，完成设定后生成模块将计算每张动画稿图片停留的时间，将动画稿图片序列生成一段可播放的动画视频。
权利要求
一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，其特征在于所述动画快速扫描定位方法包括以下步骤1)、将动画稿纸通过高速扫描仪扫描成动画稿纸图像序列，所述动画稿纸上设有n个定位孔，n为自然数，且n≥3，定位孔包括实心圆孔和长条形孔，所述实心圆孔位于长条形孔之间；2)、将动画稿纸图像进行预处理，首先将动画稿纸图像转换成二值化图像，再进行去噪处理；3)、将处理后的动画稿纸图像进行定位孔的识别和定位，具体过程如下(3.1)、对该图片进行扫描，当扫描到灰度值小于223的像素点时，利用种子法找出与该点相连通的所有灰度值小于223的点，找到一个连通域；找出所有的连通域，并计算每个连通域的中心点的坐标(X，Y)、像素点数量S、连通域中所有像素点到中心点的距离的平方的和ap、同时计算a＝ap÷S、判断中心点坐标是否在连通域内、计算连通域的实心程度fillRate、计算连通域边缘点到中心点的最大最小距离maxD和minD；(3.2)、定位孔的连通域必须同时满足以下条件①连通实心程度fillRate大于0.95；②)连通域像素点数量S大于100，并且整张图片的像素点数量是该连通域像素点数量的600倍以上；③)连通域中心点在连通域内；(3.3)、用每个满足条件的连通域的像素点数量S值计算出它的最小ap值，如果该连通域的实际ap值与它的最小ap值相差不大，则认为该连通域是一个实心圆孔；(3.4)、找到实心圆孔之后，开始找两头的长条形的定位孔，如果连通域的maxD/minD大于3并且小于8，而且像素点数量S大于实习圆的像素点数量，就认为是两头长条形孔；4)、根据定位孔的定位，对动画稿纸图像进行倾斜校正；5)、通过范围选择，对动画稿纸图像进行区域裁切；6)、将动画稿纸图像序列。
2. 如权利要求1所述的一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，其特征在于所述步骤(3. 1)中，对动画稿图片进行跳行扫描。
3. 如权利要求1所述的一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，其特征在于所述步骤(3. 1)中，对动画稿图片进行逐行逐点扫描。
4. 如权利要求1 3之一所述的一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，其特征在于所述步骤3)中，以第一张动画稿图片的定位孔的位置作为参考点，从参考点位置逐渐向外扫描，一直到找到定位孔。
5. 如权利要求1 3之一所述的一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，其特征在于在所述步骤4)中，将所有动画稿图片安定位孔位置对齐排好，如果某张动画稿图片相对于标准位置倾斜角度e，进行如下校正如果把图片按角度e逆时针旋转，则它的变换公式为 x， = xcos Q +ysin Q y， = 一xsin Q +ycos Q 其中，(x，y)为原图坐标，(x'，y')为旋转后的坐标。
全文摘要
一种基于图像识别的动画快速扫描定位方法，包括以下步骤1)将动画稿纸通过高速扫描仪扫描成动画稿纸图像序列，所述动画稿纸上设有n个定位孔，n为自然数，且n≥3，定位孔包括实心圆孔和长条形孔，所述实心圆孔位于长条形孔之间；2)将动画稿纸图像进行预处理，首先将动画稿纸图像转换成二值化图像，再进行去噪处理；3)将处理后的动画稿纸图像进行定位孔的识别和定位，具体过程如下4)根据定位孔的定位，对动画稿纸图像进行倾斜校正；5)通过范围选择，对动画稿纸图像进行区域裁切；6)将动画稿纸图像序列。本发明操作简单、不易受到环境影响、速度快、稳定性好、成本低。
文档编号G06K9/46GK101729738SQ20091015536
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者夏通, 常虹, 徐俊, 徐育忠, 肖刚, 陈艳 申请人:浙江工业大学