基于人工智能的牙膏包装外观辅助设计方法与流程

1.本发明涉及人工智能领域，具体涉及一种基于人工智能的牙膏包装外观辅助设计方法。


背景技术：

2.牙膏最为作为大众消费品，其包装设计极为重要，一方面作为产品信息载体，既担负着传达和宣传产品信息的任务，又起着与消费者心理需求相沟通的作用；一个良好的外观设计对与产品的销量有极大的促进作用；但是在牙膏包装外观设计的过程中，设计思路不能一成不变，要紧跟市场变化，创新才能带来活力，才能给产品带来更好的市场前景。所以需要一个辅助系统帮助设计人员完成牙膏包装外观的设计。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明采用以下技术方案：一种基于人工智能的牙膏包装外观辅助设计方法，包括以下步骤：步骤：对市场进行调研，获得市场上各牙膏的销量热度作为牙膏设计图的得分；步骤：对每一个牙膏设计图进行分析，得到每一个牙膏设计的特征图；步骤：对步骤和得到的特征图以及对应得分进行分析，得到最佳的包装设计风格；步骤：根据最佳的包装设计风格和自身产品的设计内容得到最终的牙膏包装外观设计结果。
4.进一步，所述步骤为：搭建语义分割网络，语义分割网络的结构记为，输入为眼膏包装的设计图，经进行特征提取,对语义分割网络的输出进行分析，得到每一个牙膏设计图的特征图。
5.进一步，所述对语义分割网络的输出进行分析，得到每一个牙膏设计图的特征图为: 将牙膏的设计图送入语义分割网络得到输出结果，该输出结果中像素值可以代表各位置的类别，反映设计图中字符区域、图案元素的布局，记为牙膏的布局结构特征图，对牙膏中字符区域和图案元素区域的设计风格进行提取，分别记为，按照同样的方法得到牙膏中图案元素区域的风格特征，牙膏中字符区域和图案元素区域的设计风格特征,对牙膏设计图的颜色搭配风格进行提取,将牙膏的设计图由rgb图像转变至
hsv颜色空间，在hsv颜色空间中，为色相通道可以很好的反应各位置的颜色差异；进一步将色相通道图像送入语义分割网络中得到中每一个下采样后的特征图，将特征图每一个通道中所有的像素值构成当前通道的一维向量，按照同样的方法得到两两通道一维向量的内积，构成gramm矩阵，获得每一个特征图的颜色风格特征，记第特征图的颜色风格特征为，将每一个特征图的颜色风格特征堆叠在一起得到牙膏设计图的颜色搭配风格，得到牙膏布局结构特征图、字符区域风格特征、图案元素区域风格特征以及颜色搭配风格，得到每一个牙膏设计图的特征图，特征图包括布局结构特征图、字符区域风格特征、图案元素区域风格特征以及颜色搭配风格。
6.进一步，所述步骤具体如下：根据得到的各牙膏销量热度对所有的牙膏进行分类，记满足质量要求的牙膏数量为；获得个牙膏包装设计图的特征图，依次对个设计图中的布局结构特征图、字符区域风格特征、图案元素区域风格特征以及颜色搭配风格分别进行分析。
7.本发明的有益效果是：本发明根据市场调研的结果，对现有的牙膏包装设计进行分析，获得符合当下市场形式的各要素的风格特征，获得最佳的包装风格特征，根据最佳的包装风格特征和自身产品的设计内容得到符合当下市场形势的牙膏包装外观设计结果，辅助设计人员完成设计。
具体实施方式
8.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
9.本发明所针对的具体场景为：对自身牙膏产品进行包装的设计。
10.步骤：对市场进行调研，获得市场上各牙膏的销量热度作为牙膏设计图的得分；该步骤的目的是根据眼膏销量获得牙膏设计图的得分，对牙膏设计图的质量进行量化。需要说明的是，牙膏的有不同的功效，自身产品的功效设计人员已经知道，获得市场上所有与产品有相同功效的牙膏产品，每月统计一次牙膏的销量，记牙膏第1月销量统计结果记为，则当前时刻牙膏的销量热度的计算公式为：
其中，表示牙膏统计销量的数据量，每个月获得一个数据；表示第月与当前时间的时间间隔；为当前时间获得的牙膏的销量热度，其取值范围为。按照相同的方法获得每一个牙膏的销量热度，将该销量热度作为该牙膏包装设计图的得分。
11.步骤：对每一个牙膏设计图进行分析，得到每一个牙膏设计的特征图；该步骤的目的是对每一个牙膏包装设计图进行分析得到牙膏设计的特征图。该步骤的有益效果为：得到每一个设计图中字符区域、图案元素的布局结构特征以及字符风格、图案风格、颜色搭配风格特征，组成每一个设计图的特征图，用于后续最佳包装设计风格的获取。
12.首先搭建语义分割网络，语义分割网络的结构记为，输入为眼膏包装的设计图，经进行特征提取，需要说明的是，为多层卷积层结构，对输入图像不断进行下采样完成特征提取操作，每一次下采样使得特征图中一个像素点在原始图像中的感受野变大；对提取到的特征图进行上采样得到与输入图像等大的分割图，在分割图中字符区域的像素值为1，图案元素的像素值为2，其余背景区域的像素值为0。
13.语义分割网络可以采用现有的等语义分割网络；训练数据为牙膏设计图，人工为训练数据打上标签：将牙膏设计图中的文字区域的像素值标记为1，图案元素区域的像素值标记为2，其余区域的像素值标记为0得到标签数据；损失函数采用交叉熵函数，利用梯度下降法完成网络训练。
14.对语义分割网络的输出进行分析，得到每一个牙膏设计图的特征图，具体的分析方法如下：a)将牙膏的设计图送入语义分割网络得到输出结果，该输出结果中像素值可以代表各位置的类别，反映设计图中字符区域、图案元素的布局，记为牙膏的布局结构特征图；b)进一步，对牙膏中字符区域和图案元素区域的设计风格进行提取，分别记为。需要说明的是，设计风格表示字符区域和图案元素区域中纹理的分布规律，本发明利用语义分割网络的编码器中提取到的字符区域和图案元素区域内的多通道特征的gramm矩阵来表示对应区域的风格。gramm矩阵为风格迁移中的公知技术，可以反应不同通之间特征的相互关系，提取图像的风格信息，在此不再赘述。
15.c)以牙膏中字符区域的风格特征为例详细说明获取方法：由于中每一次下采样会扩大在原图中的感受野，中不同层的特征图可以不同尺度的风格特征，浅层的特征图反应局部风格，越深层的特征图越能反应全局的风格。
16.1.从语义分割网络的输出结果中提取到像素值为1的区域，该区域为字符区域，记为；获得中第一次下采样之后的第一特征图中每一个像素点在牙膏的设计图上的感受野，记为，该像素点的像素值反应感受野范围内的特征；2.进一步获得该像素点与字符区域特征的重合指标：其中，表示位置的感受野与字符区域的重合程度，数值越大表示该位置的像素值越能反应字符区域内的特征。当重合指标大于阈值时，表示当前像素点提取到的为字符区域特征。本发明取值为，该阈值为经验阈值，实施者可根据风格特征提取的精度自行更改；将第一特征图中满足要求的像素点进行标记，得到第一特征图中所有反应字符区域特征的像素点集合，记为；3.进一步，获得第一特征图中牙膏字符区域的风格特征。需要说明的是，得到的第一特征图为多通道图像，记其通道数量为；获得每一个通道上在集合内的像素点，记集合内的像素点数量为，则每一个通道得到1行列的向量，则第一特征图中牙膏字符区域的第一风格特征的gramm矩阵，其计算方法为：其中，表示通道和通道向量的内积。至此，获得第一特征图中牙膏字符区域的第一风格特征的gramm矩阵。
17.4.按照相同的方法获得第二特征图中所有反应字符区域特征的像素点集合，并得到尺寸为的第二风格特征；需要说明的是特征图的层数越深，每一个像素对应
的感受野就越大，越能反应全局的风格特征，像素点集合内像素点的数量越少。当像素点集合内的数量为0时，表示当前特征图之前已经获得字符区域的全局风格特征，记当前的特征图下采样次数为，则最终得到牙膏中字符区域的风格特征：d)按照步骤c)同样的方法可以得到牙膏中图案元素区域的风格特征。至此，牙膏中字符区域和图案元素区域的设计风格特征。
18.e)进一步对牙膏设计图的颜色搭配风格进行提取。首先将牙膏的设计图由rgb图像转变至hsv颜色空间，在hsv颜色空间中，为色相通道可以很好的反应各位置的颜色差异；进一步将色相通道图像送入语义分割网络中得到中每一个下采样后的特征图，将特征图每一个通道中所有的像素值构成当前通道的一维向量，按照同样的方法得到两两通道一维向量的内积，构成gramm矩阵，获得每一个特征图的颜色风格特征，记第特征图的颜色风格特征为，将每一个特征图的颜色风格特征堆叠在一起得到牙膏设计图的颜色搭配风格。
19.f)至此，得到牙膏布局结构特征图、字符区域风格特征、图案元素区域风格特征以及颜色搭配风格。需要说明的是，颜色搭配风格包含中每一次下采样特征图gramm矩阵，字符区域风格特征、图案元素区域风格特征中包含的下采样特征图gramm矩阵的数量分别与字符区域和图案元素区域的尺寸相关。
20.至此，得到每一个牙膏设计图的特征图，特征图包括布局结构特征图、字符区域风格特征、图案元素区域风格特征以及颜色搭配风格。
21.步骤：对步骤和得到的特征图以及对应得分进行分析，得到最佳的包装设计风格；该步骤的目的是对步骤和的结果进行分析得到最佳的包装设计风格。首先根据步骤得到的各牙膏销量热度对所有的牙膏进行分类，认为销量热度在牙膏其设计图的质量较高，记满足质量要求的牙膏数量为；按照步骤的方法获得个牙膏包装设计图的特征图。
22.进一步，依次对个设计图中的布局结构特征图、字符区域风格特征、图
案元素区域风格特征以及颜色搭配风格分别进行分析：a) 首先将两个牙膏的布局结构特征图相减得到差值图，当差值图中的像素值为0的点的数量时，表示两牙膏的布局结构特征图属于相同布局，将其归为一类；为布局结构特征图的尺寸信息；b) 统计每一类布局结构特征图的数量，数量最多的一类为最佳的结构图，记为；需要说明的是，由于布局结构相同则对应的类别中每一个牙膏设计图的字符区域风格特征、图案元素区域风格特征以及颜色搭配风格尺寸均相同，分别取该类中所有牙膏特征的均值作为最终的最佳风格特征，分别记为：。
23.c)至此得到最佳的包装设计风格：。
24.步骤：根据最佳的包装设计风格和自身产品的设计内容得到最终的牙膏包装外观设计结果。
25.搭建风格迁移网络，利用步骤得到的最佳包装设计风格以及自身产品设计内容得到最终的牙膏包装外观设计结果。首先根据牙膏的布局结构特征图得到布局结构，设计人员根据布局结构将自身产品的设计内容进行部署，得到设计内容图。需要说明的是，设计内容包括文字介绍和图案元素内容。
26.将设计内容图送入步骤的得到不同尺寸的特征图，需要说明的是浅层的特征图保留的图像中的内容越多，为了保留内设计内容图的大致内容又不影响风格迁移的效果，本发明取第4层的特征图作为内容标签。
27.搭建风格迁移网络，风格迁移网络的特征提取网络与步骤的语义分割网络相同，输入为一个白色图像，图像中像素点的像素值为可调节参数，将白色图像送入的语义分割网络，按照步骤的方法获得输入图像实时的字体区域风格矩阵、图案元素区域风格特征以及颜色搭配风格矩阵；同时获得第4层的特征图，则构建风格迁移损失函数：
其中，为字体区域风格特征的深度，即为包含子风格特征的数量；为实时采集的第特征图上得到的第子风格特征。
28.利用梯度下降法不断更新输入图像上的像素点的值，得到最终的牙膏包装外观设计结果。
29.以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。