一种不规则带缺陷皮革的二维排样方法及系统

本发明属于皮革不规则排样，具体涉及一种不规则带缺陷皮革的二维排样方法及系统。

背景技术：

1、皮革排版作为皮革工业中的关键环节，一直以来都备受关注。皮革作为一种高贵的原材料，在时装、鞋类、汽车内饰、家具等领域有广泛应用，对产品的外观、品质和可持续性产生深远的影响。以国内某家居公司为例，其采用的自动套料设备是从外国引进的，每年还要支付几万元的维护费。目前国内也在不断研发自动套料的设备，但这需要长时间的技术投入。目前这是国内业界的一块短板。传统的排版方法主要基于规则的几何形状，且大部分都是研究皮革为矩阵的场景，需要保证每一块皮革都是完好无损的。但是这种场景显然不符合实际，未能很好地适应皮革原材料的不规则性和多样性。不规则皮革排版问题(也称为嵌套问题)属于切割和包装问题，包括将一组不规则或规则的部件分配到较大的矩形或不规则容器中，同时最大限度地减少材料或空间的浪费。

技术实现思路

1、针对现有研究和实际应用中存在的问题，本发明设计了一种不规则带缺陷皮革的二维排样方法及系统，能够提高材料利用率和工作效率，降低企业生产成本，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种不规则带缺陷皮革的二维排样方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1、获取标注好缺陷位置的不规则带缺陷皮革并用线扫相机对皮革成像，获得皮革图像；

5、步骤2、构建不规则带缺陷皮革的排样问题模型，制定全局优化目标函数和排样过程中的局部优化目标函数；

6、步骤3、基于计算机视觉技术对不规则带缺陷皮革图像进行预处理；

7、步骤4、根据皮革轮廓信息裁片信息，通过生成的坐标点排样序列顺序取出每一次搜索的起始排样位置并根据局部目标函数移动排样目标值最优的位置和裁块的类型；

8、步骤5、把坐标点序列作为禁忌表的禁忌对象，进行禁忌搜索寻找最优坐标点排样序列。

9、进一步的，步骤2具体为：

10、待排皮革数量为m，mj表示第j个待排皮革的栅格值非0坐标集，表示第j个待排皮革的(x,y)坐标的皮革质量，如果其值为0即为空洞位置，qmax则为质量最大的值，表示第j个待排皮革的第n种排样方式，表示第j个待排皮革的第n种排样方式对应的坐标点序列，表示第j个待排皮革的第n种排样方式中已排位置的质量和，表示第j个待排皮革的第n种排样方式中裁块的坐标集，表示第j个待排皮革的第n种排样方式里每个(x,y)位置的排样个数；

11、全局优化目标为：

12、

13、约束条件为：

14、

15、θi∈θ(0≤θ≤π) (4)

16、其中，排样方案里裁块的旋转角度为θi，待排样皮革相对于初始姿态允许旋转的角度为θ(可以自定义设置单位旋转角度，比如设置单位旋转为旋转的角度只能是0，三种，比不旋转或是只旋转90°及其倍数能更好利用待排皮革的可利用空间)。最终的排样方案中每个待排皮革的裁块的坐标集为该方案对应的利用面积为zn。式(1)为二维排样优化的目标函数，主要表示为最大化皮革利用率，式(2)表示每个排样数量只能是0或1，式(3)表示对应排样方案里的坐标点集对应的排样数量不能大于1，否则说明有重叠部分，式(4)表示待排皮革允许旋转的角度。

17、局部优化目标函数为：

18、

19、其中，为各个局部优化目标的加权和，σ(x,y,θ)表示在(x,y)排样旋转角度为θ后已排样裁块的总面积，μ(x,y,θ)表示在(x,y)排样旋转角度为θ后已排样裁块面积占已排样裁块最小包围矩阵的比例，β(x,y,θ)表示在(x,y)排样旋转角度为θ后该裁块上方和左方未排样位置个数和。最后用k1,k2,k3(权衡了三个优化目标重要程度)对各个优化目标进行加权和。

20、进一步的，步骤3具体为：

21、步骤3.1、对栅格化皮革数据进行二进制灰度处理。

22、步骤3.2、利用canny边缘检测算法，把大于设定阈值的数值像素点保存(保存缺陷画线痕迹)，寻找除了画线处的其他像素连通区域，得到画线处的轮廓信息，把轮廓信息画到图像上。

23、步骤3.3、利用设定好的双阈值把不规则牛皮的缺陷位置全都描成和背景相同颜色。

24、步骤3.4、利用canny边缘检测算法寻找整张牛皮的外轮廓信息，并用与背景色极端的另一种颜色画到图像上(例如：背景为白色，画黑色，或者，背景为黑色，画白色)。

25、步骤3.5、遍历图像信息，把画线处的内部(缺陷处)处理成和背景相同颜色。

26、进一步的，步骤4具体为：

27、步骤4.1、根据皮革轮廓信息提取内部可排样坐标点序列l，并按照排样最小裁块的值压缩坐标点之间的距离。

28、步骤4.2、按序列l顺序取出起始搜索点位置p，并初始化当前位置p对应的最优排样位置smax。

29、步骤4.3、从排样裁块列表里取出裁块i，并得到对应裁块的类型和尺寸，初始化一个当前裁块对应的最优排样位置为初始搜索点位置sp。

30、步骤4.4、根据三个损失函数加权得到的目标函数计算对应于当前位置的各个单位方向的目标函数值v，并取出各个方向的最大目标函数值vmax。

31、步骤4.5、如果得到的最大目标函数值vmax小于等于当前位置的目标函数值vlocal，则当前裁块的局部搜索终止，跳至步骤4.6；如果当前位置p对应的最优排样位置则更新smax为返回步骤4.3。

32、步骤4.6、搜索点位置p更新为最大目标值方向移动一单位后的位置，同时利用透视变换技术判断当前位置是否有其它裁块已经排样或者不满足其它排样需求，如果当前位置可行则更新并回到步骤4.4；否则，保持不变。

33、进一步的，步骤5具体为：

34、步骤5.1、定义将每个排样方案即每次排样的初始搜索坐标序列l作为禁忌对象，禁忌长度为禁忌表长，并根据皮革内部坐标点集从左往右从上往下生成一个初始解。

35、步骤5.2、定义邻域移动规则为随机打乱搜索坐标序列，从当前最优解生成多个候选解并计算各个候选解的全局目标函数，并选择候选解中目标值最大的候选解加入禁忌表，如果禁忌表满了则让禁忌表头移出；

36、步骤5.3、将最好的候选解和当前最优解进行比较，如果优于当前最优解，则更新最优解为当前最好候选解；否则，保持最优解为当前解；

37、步骤5.4、如果达到最大迭代次数或者在给定数目的迭代中没办法更新最优解则终止搜索。

38、本发明还公开了一种不规则带缺陷皮革的二维排样系统，基于上述的方法，其包括如下模块：

39、图像获取模块：获取标注好缺陷位置的不规则带缺陷皮革的图像；

40、目标函数制定模块：构建不规则带缺陷皮革的排样问题模型，制定全局优化目标函数和排样过程的局部优化目标函数；

41、图像预处理模块：基于计算机视觉技术对不规则带缺陷皮革图像进行预处理；

42、排样位置模块：根据皮革轮廓信息裁片信息，通过生成的坐标点排样序列顺序取出每一次搜索的起始排样位置并根据局部目标函数移动排样目标值最优的位置和裁块的类型；

43、搜索模块：把坐标点序列作为禁忌表的禁忌对象，进行禁忌搜索寻找最优坐标点排样序列。

44、本发明的有益效果是：通过利用计算机视觉技术和优化算法，能够有效地排样皮革，最大限度地减少废料，提高了皮革的利用率，从而降低了生产成本。传统的皮革排样通常需要大量的人工操作，而本发明利用计算机视觉和算法自动化了排样过程，减少了对人工的依赖，节省了人力成本。本发明通过成像系统的栅格化表示和数学建模，能够更准确地识别和定位皮革的缺陷，使得排样更加精准，提高了排样精度，避免了在制作过程中对缺陷的误处理。本发明采用了禁忌搜索算法等优化算法，能够在较短的时间内生成排样方案并不断优化，提高了排样效率，节约了时间，节约了制作周期。本发明通过对数字化缺陷皮革进行预处理，能够更好地识别和处理缺陷，从而提高了最终产品的质量和外观。