sistema de generación y desarrollo de plantillas para la

SISTEMA DE GENERACIÓN Y DESARROLLO DE PLANTILLAS PARA LA ELABORACIÓN DE CUADROS BORDADOS
SISTEMA DE GENERACIÓN Y DESARROLLO DE PLANTILLAS
PARA LA ELABORACIÓN DE CUADROS BORDADOS
Categoría:
Pre-Grado – Alumno
Área Temática
Ingeniería de Sistemas - Procesamiento Digital de Imágenes
Autores
Giancarlo Paoli Rosas
Anderson Sinche Albornoz
Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC)
Facultad de Ingeniería – Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
Lima - Perú
Asesor
Dr. Guillermo Kemper Vásquez
RESUMEN
El presente proyecto apunta a implementar un sistema computacional de procesamiento de imágenes que permita
obtener plantillas para la generación de cuadros bordados en diferentes tipos de punto (punto cruz, pespunte, vainica
simple, etc). Para la generación de esta plantilla, se define un tamaño de bloque conformado por una gran cantidad
de píxeles correspondientes a la imagen original. El tamaño del bloque dependerá del tamaño real en centímetros en
que se desea el bordado y el tamaño del punto a utilizar, pues este varía de acuerdo a la tela o lienzo seleccionado.
Luego, a lo largo y ancho de la imagen, se halla el color que mayor predominancia posea en cada bloque, utilizando
para ello la técnica de histograma. El color predominante es guardado en una matriz. Luego se haya el color
equivalente a partir de la base de datos de colores de hilos de fabricantes. Cuando se obtiene la imagen cuadriculada
con los colores existentes, se le asigna el símbolo correspondiente al color y luego se muestra la leyenda con los
símbolos y un código asociado del fabricante del hilo. Esto con el fin de que el usuario pueda distinguir el color de
cada punto. Adicionalmente, se crea otra imagen donde se ha generado un efecto en el cual el usuario podrá
visualizar con anticipación el resultado del bordado. El programa permite al usuario personalizar sus imágenes
mediante herramientas de edición, agregar características propias y eliminar secciones indeseadas sin la necesidad
de utilizar otro programa. El objetivo principal del proyecto consiste en disminuir los costos de los fabricantes de
cuadros bordados así como su tiempo de producción, ya que, por lo general, estos diagramas son enviados a elaborar
al extranjero ya que no existe empresa que los desarrolle en el Perú.
ABSTRACT
This project is about the implementation of an images processing system that consists of getting a diagram for the
production of embroidered pictures made by different kinds of styles. For the diagram is necessary to define the size
of blocks which are formed by a lot of pixels of the original picture. This size depends of the real magnitude in
centimeters in which is desired the embroidering and the size of the point to use, because this parameters varies
according to the canvas selected. Then, all over the image, it finds the color that has greater predominance in each
block using the histogram technique. The predominant color is saved in a matrix and then the equivalent color is
compared with the thread’s data base colors of the manufacturers. When we have the squared picture with the real
thread colors, the symbol is assigned corresponding to each color and then a legend with the symbol codes is shown.
In Addition, another picture, where we can see an embroidered effect of the original picture simulating the final
product, is made. This additional characteristic represents an incentive for the customers. This software allows to the
customers to personalize their own images using editing tools developed to add specific characteristics and cut
unneeded sections without using another software. The main objective of the project is to decrease the cost and time
of the manufacturers of embroidered pictures, because nobody makes this diagrams in Peru, and it is very expensive
to buy them in Europe.
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SISTEMA DE GENERACIÓN Y DESARROLLO DE PLANTILLAS PARA LA ELABORACIÓN DE CUADROS BORDADOS
I.- INTRODUCCIÓN
En la actualidad, en el Perú existe un sector económico dedicado a la elaboración de artesanías, entre las cuales
destacan los productos bordados a mano. Es así que, se puede encontrar gran cantidad de revistas y publicaciones
con diversos diagramas de alta complejidad para cuadros profesionales, así como también páginas de Internet que
brindan diagramas simples para principiantes.
Para poder elaborar estos cuadros, los productores utilizan un diagrama que les permite guiarse a través del lienzo e
identificar específicamente el color de hilo que le corresponde en cada recuadro de la guía.
El proceso del bordado puede durar desde unas pocas semanas cuando se bordan cosas pequeñas, llegando a tardar
seis u ocho meses cuando la imagen a bordar es de gran tamaño y/o complejidad.
Sin embargo, uno de los principales problemas para la elaboración de estos cuadros es obtener el diagrama o guia de
bordado específico de la imagen que se desea. Este tipo de diagramas no se generan en el Perú, de tal manera que los
artesanos deben enviar las imágenes a otro país para poder obtener el diagrama, con lo cual, se extiende aún más el
tiempo de producción y de igual manera los costos.
El presente proyecto tiene la finalidad de desarrollar un sistema para elaborar los diagramas o plantillas requeridos
para la fabricación de cuados bordados. El sistema tendrá la capacidad de desarrollar las plantillas en base a
imágenes que se obtienen de un archivo o por medio de un scanner de manera que se puedan aminorar el tiempo y
costos del producto final.
II.- OBJETIVOS
•
Desarrollar un aplicativo de software que permita la generación de plantillas y patrones confiables para la
confección de cuadros bordados.
•
Estudiar y desarrollar técnicas de procesamiento de imágenes orientadas a la mejora y edición de imágenes
digitales .
•
Desarrollar un sistema WEB que permita interactuar remotamente con el aplicativo a ser desarrollado.
•
Colocar a disposición una herramienta computacional de bajo costo que permita incentivar en el mercado
nacional la producción de cuadros bordados.
III.- JUSTIFICACIÓN
La gran demanda actual de cuadros bordados hace que el tiempo cumpla un papel importante en la realización de los
mismos. De esta manera, una solución a este inconveniente es el desarrollo de un software que permita entregar en
un plazo mas corto y a menor costo el diagrama requerido. Esto permitirá incrementar el rendimiento de producción
de los cuadros artesanales y crear una ventaja competitiva frente a otros mercados.
II.- APLICACIONES
•
Uso de de diagramas de bordado para fabricantes aficionados y pequeños productores, donde se disminuyan los
costos de elaboración.
•
Distribución de los diagramas realizados con el software para el proyecto sierra exportadora, que permita
promover las actividades de bordado en las comunidades mas alejadas. En provincias, existen muchos artesanos
que conocen diversos tipos de bordado pero que no son promovidos por que no se incentiva dicha actividad. De
esta manera, el sistema de generación de diagramas de bordado permitirá estandarizar los materiales utilizados
con la finalidad de mejorar la calidad, aumentar el volumen de fabricación y elevar el precio del producto final.
•
Utilizar el diagrama como guía en un sistema SCADA para máquinas automatizadas de bordado, que indiquen
la posición donde se coloque el color de hilo determinado. De esta manera, se generarán bordados a gran escala
utilizando de guía los diagramas realizados en conjunto con los equipos industriales.
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IV.- DESARROLLO DEL TRABAJO
El sistema de generación de plantillas para la elaboración de cuadros bordados consta de una primera etapa de
adquisición de datos, en la cual se utiliza un escáner, cámara digital u otro equipo transductor como dispositivo de
entrada para digitalizar la imagen que se desea bordar. La adquisición de la imagen del usuario podrá realizarse de
igual manera por parte WEB, teniendo una gran interacción y demostración del producto en línea. Luego de tener
dicha imagen en formato digital, esta ingresa a la etapa de procesamiento, donde, por medio de una computadora, se
procede a generar nuevas imágenes donde se muestren las guías para proceder con el bordado con su señalización
respectiva dependiendo de la marca del hilo a usar y una imagen de demostración de cómo sería el producto final
luego de ser bordado.
Posteriormente, la imagen final será enviada al dispositivo de salida que podría se una impresora, si la imagen no es
muy grande; o podría se enviada a un plotter, si es que la imagen resultante es de un tamaño mayor o devuelta de
forma WEB, si la operación se realiza remotamente.
Los dispositivos de entrada a utilizar pueden ser cámaras fotográficas digitales, escáneres, dispositivos de
almacenamiento USB entre otros. Cuando ya se tiene la imagen a ser procesada, esta es cargada en el programa y se
almacena en la memoria (Almacenamiento de imagen). Paralelamente, se ingresarán parámetros como el tamaño de
salida (en cms), el tipo de bordado y detalles del tamaño de píxel con que se va a cuadricular la imagen. Toda esta
información es evaluada en el etapa de validación de datos para que estos sean coherentes y correctos. Esta fase esta
encargada de que la información no tenga errores al momento del procesamiento de la imagen. En el programa, se
tienen herramientas tanto para la generación de diagramas y efectos como para la edición de la imagen. Estas
herramientas se pueden apreciar en la presentación del programa de la Fig. 1.
Menú
Principal
Zona de
Trabajo
Barra de
Herramientas
Barra de
Edición
Barra de
Estado
Fig. 1 Presentación del Aplicativo.
En el menú principal, se tienen las opciones básicas para el programa, como abrir una imagen, guardar los cambios,
la configuración de impresión e impresoras, cerrar todo y salir del programa. También se tienen la opción de ocultar
o mostrar la barra de herramientas que se desee, opciones de configuración de imagen y las opciones de ayuda.
En la barra de herramientas se tienen las opciones rápidas de abrir y guardar imagen. Así también, se tiene la opción
de configuración, la cual abre una ventana emergente donde se ingresan los valores de altura y ancho en la que se
desea la imagen resultado así como el tamaño de cada cuadro del lienzo a usar. La opción siguiente es la de
procesar, en la cual se asignará un tamaño de bloque dependiendo del tamaño de salida ingresados compuesto de
varios píxeles y de los cuales de hallará en píxel con mayor predominancia en cada bloque. Luego, este píxel será
comparado con la base de datos de los hilos para encontrar el color que más se asemeje y asignarlo a la imagen
resultante. Este proceso puede observarse gráficamente en la Fig. 2.
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Imagen Original
Imagen Final
W
1
2
1
1
m
1
Píxel
Predominante
Cuadro
H
Píxeles de Imagen
n
n
n = floor (
H
)
tamaño cuadro
m = floor (
W
)
tamaño cuadro
Fig. 2 Asignación de colores.
Debido a que el algoritmo desarrollado para la generación de diagrama de bordado trabaja como máximo con las
dimensiones de la imagen original, se generó la necesidad de implementar un algoritmo para poder incrementar el
tamaño de las imágenes cuando el tamaño final deseado es mayor que el de la imagen original. De esta manera, se
implemento el algoritmo de interpolación bilineal para poder mejorar la calidad de la imagen resultante .El
algoritmo de interpolación bilineal se basa en la inserción de nuevos píxeles en la imagen en función a los colores de
los vecinos. De esta manera, el píxel no distorsiona la imagen de forma significativa.
Considerando a la imagen como una función de dos dimensiones f(x,y)que se denota por fij con i = 0,1,... m y j =
0,..., n, y sea (x, y) el punto en el que se desea interpolar, la expresión del polinomio de interpolación bilineal viene
dada por:
θ ( x, y) = (1 − t ) f i , j + t (1 − u ) f i +1, j + tufi +1, j +1 + (1 − t )uf i , j +1
(1)
Siendo:
t=
u=
x − xi
xi +1 − xi
y− yj
(2)
y j +1 − y j
Con t, u = [ 0, 1 ] y:
xi ≤ x ≤ xi +1
y j ≤ y ≤ y j +1
(3)
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La interpolación bilineal puede descomponerse en dos interpolaciones lineales sucesivas, una en cada variable. El
principal inconveniente de este método es la discontinuidad del gradiente del polinomio de interpolación en las
fronteras de cada celda. Es decir la imagen va a estar dada por los vecinos que se encuentren alrededor del píxel de
esta manera se concluyó en desarrollar dos funciones de interpolación: factor 3/2 y factor 2. Debido a que si se
incrementa demasiado la imagen a un factor demasiado alto el tiempo de procesamiento aumentaría.
El siguiente botón es el de Símbolos, el cual se activa luego de haber procesado la imagen y permite asignar un
símbolo a cada color asociado con el código del fabricante de los hilos. Para esta asignación, se tiene guardada una
base de datos el código del hilo con su respectivo símbolo y a lo que se procede es asignar dicho símbolo donde
corresponda en la imagen resultado. Esta asignación es realizada por bloques, es decir, cada símbolo compuesto de
23 píxeles es trasladado a la nueva imagen en un solo bloque y no píxel a píxel con lo que el tiempo de
procesamiento es corto.
La siguiente opción es la de Efecto de Bordado, que se activa igualmente después de haber procesado la imagen y
permite generar una vista previa de cómo quedaría el cuadro luego de ser bordado. Para poder realizar el efecto de
bordado es necesario obtener el modelo HSV de la imagen debido a que este efecto consiste en modificar la
luminancia. Para producir este efecto se tuvo que realizar la transformación del modelo de aproximación de RGB al
HSV y viceversa :
−1



G−B
 60 ×

MAX − MIN

G−B
H = 60 ×
+ 360
MAX − MIN

B− R
 60 ×
+ 120

MAX − MIN

R −G
+ 240
60 ×

MAX − MIN
0

S = 1 − MIN
 MAX
V = MAX
H
Hi =   mod 6, → f =
 60 
0 : R = V 1:

s i : Hi = 
G

B
=p

(4)
(5)
(6)
H
− Hi , → p = V(1 − S), → q = V(1− fS), → t = V(1− (1 − f )S)
60
R = q 2: R = p 3: R = p 4: R = t 5: R = V
G=V
G=V
G=q
G=p
G=p
B=p
B=t
B=V
B=V
B =q
(7)
Es así que, afectando a la luminancia de los píxeles, se generaron cuatro patrones de 4x4 píxeles que forman la
imagen con el efecto de bordado.
Una herramienta de mejora que se tiene es un filtro de mediana que se aplica a la imagen para suavizarla y eliminar
contrastes altos así como eliminar ruidos indeseables. Este es un tipo de filtro no lineal que degrada la imagen en
menor grado que otro tipo de filtros pasa bajos. Los únicos inconvenientes del filtro de mediana son que se
disminuye el desempeño cuando el número de píxeles con ruido es mayor que la mitad del número total de píxeles
que cubre la máscara y además de ser más lento que los filtros lineales. Para este caso, se utiliza una máscara de
3x3.
Además, se tienen las opciones de Zoom, la cual permite lograr un acercamiento de hasta 1600. La otra opción
realizada es la de mover la imagen hacia donde se desea para realizar las modificaciones deseadas con lo que se
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ahorra el uso de los scrolls. Asimismo, se tienen dos botones de flechas, derecha e izquierda, con los cuales se
pueden navegar entre las imágenes que se van generando en el proceso de creación del diagrama de bordado.
En la barra de Edición se tienen las herramientas desarrolladas para la modificación y personalización de las
imágenes. Estas herramientas ayudaran a la mejora del diagrama de salida así como a obtener un mejor diseño. Se
tiene la opción de lápiz, la cual permite trazar líneas continuas a lo largo de la imagen con el color que haya sido
seleccionado. En esta opción es posible escoger el ancho del lápiz seleccionándolo a la izquierda del menú. Para la
selección de los colores se ha creado un menú que se activa al hacer clic derecho sobre la imagen mostrando dos
opciones de Absorber y Colores de Anchor. La opción Absorber permite capturar el color donde se encuentre el
cursor sobre la imagen. Este color también es mostrado en el visor de la barra de Edición. La siguiente opción,
Colores de Anchor, abre una ventana emergente en la cual se encuentran todos los colores de la base de datos de
hilos y nos permite seleccionar directamente dichos colores para la edición de las imágenes. Al pasar el cursor por
cada color se muestra el código de catalogo lo cual resulta muy útil cuando se buscan colores específicos.
Fig. 3 Selección de colores de Anchor
Se tiene también la herramienta Polígono, con la cual es posible realizar una figura sobre la imagen y rellenarla con
el color seleccionado. Es posible hacer hasta un máximo de 100 puntos y para cerrar el polígono se presiona doble
clic y la imagen quedará como en la Fig 4. La siguiente herramienta, Delimitador, es muy similar a la de Polígono
con diferencia de que esta conserva dentro del polígono la imagen original y fuera de este lo cambia al color
seleccionado. Esta herramienta es muy útil cuando se quieren eliminar los fondos y se desea limitar un objeto como
se observa en la Fig 5.
Fig. 4 Herramienta de Polígono
Fig. 5 Herramienta Delimitador.
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Otras herramientas que se tienen son la de Circulo, con la cual se especifica un radio y dibuja un circulo relleno del
color deseado; Difuminar, que permite homogenizar áreas especificas de la imagen. Esta herramienta se basa el
filtro de media que extrae el promedio del píxel elegido y los píxeles vecinos. Para obtener este efecto se
covolucionan una cierta cantidad de píxeles con una máscara de media de 5 x 5.
En la parte final del proyecto, se realizarán las opciones de impresión para poder plasmar el producto con las
dimensiones reales del diagrama y posteriormente su correcto bordado. En las opciones de ploteo se elige el modo
de como va a imprimirse la imagen: con marco, con medidas, y lo referente a las guías de bordado y el hilo.
En programa se desarrollara en C++ y se apoyara en API`s para la conexión con los electos hardware (Impresoras,
Scanner). Se realizará un estudio del mercado para establecer el costo de los diagramas de bordado para poder
competir en este.
IV.- RESULTADOS
Fig. 6 Edición de imagen
Como se puede observar, en la Fig. 6 se muestra el efecto generado por el programa que permite simular el
producto final terminado y donde se obtiene la sensación del bordado final. La figura de la izquierda ha pasado en
un primer lugar por filtros que permitieron eliminar los problemas de brillo y el fondo no uniforme que se observa
en la figura central. En la figura de la derecha, ya se muestra la imagen luego de ser editada y mostrando el efecto de
bordado. El siguiente resultado importante fue la generación de los símbolos que identifican el código de cada color.
Fig. 7 Imagen original y efecto de bordado
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Fig. 8 Diagrama de símbolos con su respectiva leyenda.
En la Fig. 8 se puede observar una parte del diagrama de símbolos de la Fig. 7 y la relación de símbolos con su
respectivo código de hilos que han sido utilizados en el diagrama.
V.- CONCLUSIONES
•
•
•
El producto permite reducir los costos en la elaboración de bordados debido a que los diagramas generalmente
se hacen en el extranjero.
Así también, muestra compatibilidad con las diversas marcas de hilos, permitiendo de esta manera tener
mayores opciones de precio en el mercado.
Debido a la aplicación web, este software permite exportar los diagramas fuera de país, aumentando su
distribución y compitiendo con el mercado extranjero.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] Hymsa. Labores del Hogar: Punto de Cruz. 2003
[2] Anchor. Cartilla de colores. http://www.puntodecruzconarbil.com/materiales/colores__anchor.htm
[3] Ingeniería de Sistemas y Automática. Filtrado de imágenes digitales. 2006
[4] www.sia.eui.upm.es/master/VA05.pdf
[5] http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_del_color
DATOS PERSONALES
Giancarlo Paoli Rosas
Ca. Las Torcazas 107 Santa Anita, Lima
e-mail: u210198@upc.edu.pe
Telf.: 01-3630597, Cel: 01-97335324, Nextel: 51*810*2921
Anderson Sinche Albornoz
Jr Laredo 443 Santiago de Surco, Lima
e-mail: u220177@upc.edu.pe
Telf.: 01-4344685, Cel: 0197409155
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