CN101075344B - 一种对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，该图像格式所能支持的最大颜色数为M，包括：A、对源图像的颜色进行直方图统计，并判断直方图中的颜色数是否小于或等于M，如果是，则使用直方图中的颜色作为合成图像的调色板，并执行步骤C，如果不是则执行步骤B；B、按照出现频率的由大到小顺序，在直方图中选择m个颜色；在直方图的剩余颜色中，按照与m个颜色之间的色差由大到小顺序，选择M-m个颜色，以共同作为合成图像的调色板；C、对于每个合成图像中的像素，在合成图像的调色板中选择与其色差最小的颜色，并使用选中的颜色的索引值来实现图像合并。应用本发明后，解决了图像合并时偏色、变色现象，取得良好视觉效果。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法。
背景技术
医学已证明，人类具有“视觉暂留”的特性。也就是说，人的眼睛看到一幅画或一个物体后，在1/24秒内不会消失。利用这一原理，在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，就会给人造成一种流畅的视觉变化效果，电影和电视正是基于这一原理。动画是指连续播放一系列静态图片，每张静态图片显示特定时间后切换到下一张静态图片，从而给观察者带来图画连续变化的视觉效果。动画的基本原理与电影、电视一样，都是视觉原理。动画中的每张图片称为一帧，帧率为动画每秒播放的帧数。比如，帧率24表示每秒播放24张图片，也就是每秒播放24帧。
目前常见的动画文件存储方式主要有两种。一种是将每张静态图片存成一个文件，另外存储一个文件说明每张图片显示多长时间后切换至下张图片，在播放时按照顺序读取每个文件。另一种存储方式是将所有图片数据和播放时间存放在一个文件中，播放时从该文件中读出所有帧的图片信息。具体而言，目前常见的动画文件存储格式有BMP文件格式、TGA文件格式和GIF文件格式等。GIF文件格式是由CompuServe公司开发的一种图形文件格式，其广泛用于动画文件处理中。在GIF文件格式中，用一个文件存储动画中所有图片的信息，包括每张图的播放时间。
在基于索引色的图像格式中，颜色列表是指所使用到的色彩的RGB集合，它所存储的数据是该点的颜色对应于颜色列表的索引值。GIF图像是一种典型的基于索引色的图像格式，GIF图像格式最多只支持8位(256色)。另外，GIF文件内部分成许多存储块，用来存储多幅图像或者是决定图像表现行为的控制块，以实现动画和交互式应用。GIF文件还通过LZW压缩算法压缩图像数据来减少图像尺寸。
图1为现有技术中GIF文件格式的结构示意图。如图1所示，GIF文件包括GIF文件头、各帧的图像块以及GIF结尾标志。其中GIF文件头包括GIF署名、版本号、逻辑屏幕标识符、全局颜色列表等信息；每帧的图像块包括图像标识符、图像局部颜色列表以及基于颜色列表的图像数据。然而，正如上述，在GIF文件中，由于使用全局颜色列表和图像局部颜色列表来存储颜色索引值，所以最多只能表现256种颜色，颜色质量并不高。
在图像处理中，经常需要对多张基于索引色的图像格式进行合并。比如，在动画文件制作中，经常会需要将若干张GIF文件合并，以形成具有良好表达效果的合成GIF文件。以GIF图像格式为例，下面说明在现有技术中如何对基于索引色的图像格式进行合并。
图2为现有技术中对基于索引色的图像格式进行合并的方法流程示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤201：确定源图像的调色板在合成GIF文件的合成调色板中所占的比例。
步骤202：从每一副源图像的调色板中选择合适的颜色进入合成调色板。
根据上述方法流程，最终的合成调色板由多个源图像的调色板中的颜色而组成。图3为现有技术中对基于索引色的图像格式进行合并的合成调色板生成示意图。
在现有技术中，每一幅源图像的调色板在最终的合成调色板中所占的比例，以及如何选取适当的颜色是对现有技术方法影响非常重大的两个因素。
然而，在现有技术中，对于如何确定源图像调色板在最终的合成调色板中所占的比例，以及如何选取适当的颜色，却并没有合适的技术手段。可是，比例以及颜色的选取会在很大程度上影响最终的图像合并结果，因此现有技术的图像合并中经常会出现变色、偏色等情况，使得视觉效果非常不理想。
另外，当源图像的数量比较多，或者源图像的调色板差别较大时，这种现有技术的图像合并效果非常差。当多幅源图像的调色板差别较大时，按照现有技术最终合成图像的色差比较大，但是选择的合成调色板色彩却无法很好地表现这个特点，这就会导致一些像素的索引色与真实色彩差别太大，人眼对这种像素点的感觉比较敏感，因此视觉效果很差。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，以保证图像合并时的良好视觉效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，该图像格式所能支持的最大颜色数为M，该方法包括以下步骤：
A、对源图像的颜色进行直方图统计，并判断所述直方图中的颜色数是否小于或等于所述M，如果是，则使用所述直方图中的颜色作为合成图像的调色板，并执行步骤C，如果不是，则顺序执行步骤B和步骤C；
B、按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色，并将所述m个颜色和所述M-m个颜色共同作为合成图像的调色板，其中m和M均为正整数，并且m的取值为0到M之间的任意正整数；
C、对于每个合成图像中的像素，在所述合成图像的调色板中选择与其色差最小的颜色，并使用选中的颜色的索引值来实现图像合并。
步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中连续选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色。
步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中连续选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色.
步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中间隔性地选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色。
步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中间隔性地选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色。
所述连续选择m个颜色为：从出现频率最高的颜色开始，连续选择m个颜色。
所述连续选择M-m个颜色为：从平均色差最高的颜色开始，连续选择M-m个颜色。
步骤A所述对源图像的颜色进行直方图统计包括：对于被前景图像的非透明色覆盖的区域所遮挡的背景图像区域的颜色，不进行直方图统计。
所述基于索引色的图像格式为GIF图像格式。
从上述技术方案中可以看出，首先假设该基于索引色的图像格式所能支持的最大颜色数为M。在本发明的方法中，首先对源图像的颜色进行直方图统计，并判断直方图中的颜色数是否小于或等于所述M，如果是，则使用所述直方图中的颜色作为合成图像的调色板；如果不是，则按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色，并将所述m个颜色和所述M-m个颜色共同作为合成图像的调色板；然后，再对于每个合成图像中的像素，在合成图像的调色板中选择与其色差最小的颜色，并使用选中的颜色的索引值来实现图像合并。由此可见，应用本发明以后，充分保留了色差较大的颜色，使源图像和合成图像在人眼的视觉上不会产生较大的差距，从而解决了图像合并时偏色、变色现象，保证了良好的视觉效果。
另外，在本发明中，对于被前景图像的非透明色覆盖的区域所遮挡的背景图像区域的颜色，不进行直方图统计。因此，在进行图像颜色的直方图统计时，不需要选择源调色板的比例，将在合并图像中应当出现的色彩全部进行了统计，而且通过去除在合并图像中被前景图像所遮挡的背景区域的色彩，可以减少直方图的项目(hist)数量，降低色彩合并的难度，并且所得到的直方图可以表现出合成图像的真正色彩特点。
附图说明
图1为现有技术中GIF文件格式的结构示意图。
图2为现有技术中对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法流程示意图。
图3为现有技术中对基于索引色的图像格式进行图像合并的合成调色板生成示意图。
图4为本发明对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法示范性流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明的主要思想是：假设基于索引色图像格式所能支持的最大颜色数为M，首先对源图像的颜色进行直方图统计，并判断所述直方图中的颜色数是否小于或等于所述M，如果是，则使用所述直方图中的颜色作为合成图像的调色板；如果不是，则按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，并在直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色，并将所述m个颜色和所述M-m个颜色共同作为合成图像的调色板，其中m和M均为正整数，并且m的取值为0到M之间的任意正整数；最后，对于每个合成图像中的像素，在所述合成图像的调色板中选择与其色差最小的颜色，并使用选中的颜色的索引值来实现图像合并。
另外，在对源图像的颜色进行直方图统计中，对于被前景图像的非透明色覆盖的区域所遮挡的背景图像区域的颜色，本发明优选不进行直方图统计。
图4为本发明对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法示范性流程示意图。假设该图像格式所能支持的最大颜色数为M，如图4所示，该方法包括：
步骤401：对源图像的颜色进行直方图统计。
优选地，在对源图像的颜色进行直方图的统计时，还进一步考虑到合成时前景图像和背景图像所处的z序。由于很多基于索引色的图像格式(比如GIF文件)中存在透明色，因此只有前景图像的透明色所覆盖的区域才能出现背景图像，这就是通常的z序遮挡效果。所以，在进行直方图的统计时，本发明对于被前景图像的非透明色覆盖的区域遮挡的背景图像区域的颜色，优选不进行直方图的统计。显然，本领域人员可以意识到，这样的直方图的统计方式仅为优选的实施方式，如果为了简化流程，也可以不考虑前景图像和后景图像的遮挡关系。
步骤402：判断所述直方图中的颜色数是否小于或等于所述M，如果否，则执行步骤403及其后续步骤，如果是，执行步骤404及其后续步骤。
步骤403：按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色，并将所述m个颜色和所述M-m个颜色共同作为合成图像的调色板，其中m和M均为正整数，并且m的取值为0到M之间的任意正整数；执行完步骤403后执行步骤405。
步骤404：使用所述直方图中的颜色作为合成图像的调色板，然后执行步骤405。
步骤405：对于每个合成图像中的像素，在所述合成图像的调色板中选择与其色差最小的颜色，并使用选中的颜色的索引值来实现图像合并。
在上述流程中，可以按照多种方式来在直方图中选择所述m个颜色，以及选择所述M-m个颜色，以共同作为合成图像的调色板。此处，本发明既考虑了颜色的出现频率，又考虑了色差之间的差异性，从而能够保证合成图像的良好视觉效果。
优选地，按照出现频率的由大到小顺序，可以在所述直方图中连续选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色.也就是说，首先计算直方图中的每个剩余颜色与m个颜色之间的色差，然后再针对每个剩余颜色，根据其与m个颜色之间的色差来计算平均色差，然后再按照平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色.
同样，还可以按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中连续选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色。也就是说，首先计算直方图中的每个剩余颜色与m个颜色之间的色差，然后再针对每个剩余颜色，根据其与m个颜色之间的色差来计算平均色差，然后再按照平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色。此处的间隔性选择既可以间隔固定的周期，也可以为随机间隔性选择。
类似地，按照出现频率的由大到小顺序，可以在所述直方图中间隔性地选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色。也就是说，首先计算直方图中的每个剩余颜色与m个颜色之间的色差，然后再针对每个剩余颜色，根据其与m个颜色之间的色差来计算平均色差，然后再按照平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色。
可选地，按照出现频率的由大到小顺序，可以在所述直方图中间隔性地选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色。也就是说，首先计算直方图中的每个剩余颜色与m个颜色之间的色差，然后再针对每个剩余颜色，根据其与m个颜色之间的色差来计算平均色差，然后按照平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色。此处的间隔性选择既可以间隔固定的周期，也可以为随机间隔性选择。
在以上计算平均色差的过程中，还可以考虑颜色的权重来进行加权处理。比如，在计算剩余颜色与m个颜色的平均色差时，对于m个颜色中出现频率较大的颜色，可以设置较大的权重来计算与其相关的平均色差，以使得出现频率较大的颜色占有较大的决定性因素。
以上过程中，对于连续选择m个颜色来说，可以是从出现频率最高的颜色开始进行连续选择。也可以是从出现频率第二高的颜色开始，连续选择m个颜色，还可以是从出现频率第三高的颜色开始，连续选择m个颜色。显然，如果从出现频率最高的颜色开始进行连续选择，能够获得更好的视觉效果。
同理，对于连续选择M-m个颜色为：可以从平均色差最高的颜色开始，连续选择M-m个颜色。也可以是从平均色差第二高的颜色开始，连续选择M-m个颜色，还可以是从平均色差第三高的颜色开始，连续选择M-m个颜色，等等。显然，如果从平均色差最高的颜色开始进行连续选择，能够获得更好的视觉效果。
有时，为了减少算法的复杂度等原因，可以选择较小的m值。比如，可以设定m为1。此时，首先在所述直方图中选择出现频率最高的颜色，将该颜色加入合成图像的调色板；然后再计算直方图中所有剩余颜色与所述出现频率最高的颜色之间的色差，然后从中选出色差最大的颜色并加入合成图像调色板中。接下来，再在直方图中选择没有被选中的色彩中出现频率最高的一个颜色作为下一个选中颜色，然后再计算直方图中所有剩余颜色与该下一个选中颜色之间的色差，并接着从中选出色差最大的颜色。依此循环选择下去，直到总共选出M个颜色作为合成图像的调色板。
比如，假设将本发明的示范性方法应用于GIF的图像合并中，此时，由于GIF支持的最大存储颜色为256，则M等于256。
首先，将直方图按照降序进行排列；然后，去掉排在直方图最后出现的数量为0的色彩，选择直方图中的第一项，也就是出现频率最高的一个色彩，并将其标志为已选色彩，以作为参照颜色；接下来，计算直方图中所有剩余颜色与参照颜色之间的色差，计算公式如下：
dst＝(r-r0)*(r-r0)+(g-g0)*(g-g0)+(b-b0)*(b-b0)； (1)
其中，r0，g0，b0是参照颜色的RGB分量，r，g，b是直方图剩余颜色中参与计算色差的颜色的RGB分量。计算完色差之后，选择直方图中色差最大的一个颜色，作为下一个被选颜色，并将其标志为已选色彩。
然后，接下来选择直方图中没有被选中的色彩中数量最多的一个颜色作为下一个选中颜色，并将其标志为已选色彩，以作为更新的参照颜色，然后按照公式(1)再次计算直方图中所有剩余颜色与所更新的参照颜色之间的色差，以再次选择直方图中色差最大的一个颜色，作为下一个被选颜色，并将其标志为已选色彩。
依此类推，当选中的颜色达到256时，就得到了所有最终的256个颜色，作为合成图像的调色板。在得到合成图像的调色板之后，再对每一个合成图像中的像素，在所述合成图像的调色板中寻找与其原始色彩差别最小的一个颜色，使用这个颜色的索引值作为GIF图像块中的值。完成GIF图像合并的过程。
因此，本发明在进行GIF图像合并时，考虑到GIF图像调色板所存在的8位(256色)的限制，使用一种合理的直方图生成方法，并基于直方图和图像色差的特征来进行调色板的合并。所以，本发明一方面保存了在数量上占多数的颜色，另一方面保留了原始图像的色差特征。因此本发明充分考虑保留色差较大的颜色，使源图像和合成图像在人眼的视觉上不会产生较大的差距，良好地解决了基于索引色的图像合并中出现的偏色，变色现象，尤其非常适用于GIF图像合并。
以上虽然以GIF为例对本发明的示范性流程进行了详细说明。不过，本领域技术人员可以意识到，这仅是示范性的，而并不是穷举性的。本发明并不局限于GIF文件，而是能够适用于任意基于索引色的图像格式。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，该图像格式所能支持的最大颜色数为M，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、对源图像的颜色进行直方图统计，并判断所述直方图中的颜色数是否小于或等于所述M，如果是，则使用所述直方图中的颜色作为合成图像的调色板，并执行步骤C，如果不是，则顺序执行步骤B和步骤C；
B、按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M—m个颜色，并将所述m个颜色和所述M-m个颜色共同作为合成图像的调色板，其中m和M均为正整数，并且m的取值为0到M之间的任意正整数；
C、对于每个合成图像中的像素，在所述合成图像的调色板中选择与其色差最小的颜色，并使用选中的颜色的索引值来实现图像合并。
2.根据权利要求1所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中连续选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色。
3.根据权利要求1所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中连续选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色。
4.根据权利要求1所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中间隔性地选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，连续选择所述M-m个颜色。
5.根据权利要求1所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，步骤B所述按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中选择m个颜色，在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的色差由大到小的顺序，选择M-m个颜色为：
按照出现频率的由大到小顺序，在所述直方图中间隔性地选择m个颜色；在所述直方图的剩余颜色中，按照与所述m个颜色之间的平均色差由大到小的顺序，间隔性地选择所述M-m个颜色。
6.根据权利要求2或3所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，所述连续选择m个颜色为：从出现频率最高的颜色开始，连续选择m个颜色。
7.根据权利要求2或4所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，所述连续选择M-m个颜色为：从平均色差最高的颜色开始，连续选择M-m个颜色。
8.根据权利要求1-5中任一项所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，步骤A所述对源图像的颜色进行直方图统计包括：对于被前景图像的非透明色覆盖的区域所遮挡的背景图像区域的颜色，不进行直方图统计。
9.根据权利要求1-5中任一项所述对基于索引色的图像格式进行图像合并的方法，其特征在于，所述基于索引色的图像格式为GIF图像格式。
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