CN101437169A - 一种彩色图像黑白化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色图像黑白化的方法，包括：将原始图像复制出第一和第二临时图像；根据预先设定的阈值和羽化参数值，对第一临时图像中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理，按照预设的亮度转换列表对第二临时图像中各像素点进行暗化处理；将原始图像和暗化处理后的第二临时图像，以经过亮化处理的第一临时图像为蒙层进行图层叠加，并对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像；将所述灰度图像复制出第三临时图像；将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法叠加，得到原始图像黑白化后的图像。本发明同时公开一种彩色图像黑白化的装置。本发明这种彩色图像黑白化的方法和装置，能够实现批量化和自动化的黑白化处理。

Description

一种彩色图像黑白化的方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种彩色图像黑白化的方法和装置。

背景技术

黑白图像是一种常见的照片形式，传统的黑白图像是利用涂有药膜的底片对于光照强度的敏感程度不同的原理，通过在底片上呈现不同层次的灰色影像进行成像而得到的一种影像形式。虽然彩色图像具有更好的色彩表现能力，能够更加忠实地还原被摄影像的各种细节。但是，黑白图像通过单一的灰度颜色，去除了彩色图像中各种颜色本身所具有的视觉效果，图像的观察者更容易完全将注意力集中在构图和光影的对比上，使得黑白图像能够更好的表现光和影的效果，因此很多时候比彩色图像更具有视觉冲击力——黑白图像尤其适合表现大对比度环境下的光影对比。

传统上如果要拍摄黑白图像需要使用黑白胶片，而拍摄彩色图像时则使用彩色胶片，随着数码相机的日益普及，这种拍摄方式已经发生了根本的改变。伴随着数字图像处理技术的迅速发展和广泛应用，现在，如果需要获得黑片图像，通常是对数码相机拍摄的彩色图像进行黑白化处理来得到黑白图像。从原理上说，通过灰度处理——灰度处理的方法本身十分简单，计算彩色图像中的各像素点的红绿蓝三基色的亮度值的算术平均，再将像素点各颜色分量，即所述红绿蓝三基色的亮度值设置为等于所述均值——就可以将彩色图像转换为黑白图像。所以，彩色图像黑白化处理的关键不在于如何得到黑白图像，而在于如何使得转化成的黑白图像具有更好的视觉效果。因此，黑白化处理作为一个专门的技术课题，得到了众多图像处理领域技术人员和企业的重点关注。

目前，主要是通过市场上的主流图像处理领域的商业软件来实现对彩色图像黑白化的处理——比如常用的Picasa或Photoshop软件。由于这些软件日常使用较多，此处不再详细介绍它们的工作原理和操作方式。虽然这些商业软件能够实现彩色图像黑白化，但是存在着明显的缺陷：

首先，这些软件的操作使用比较复杂，不仅步骤繁多，而且需要人为操作和调整的参数十分繁杂，没有一定图像处理基本知识的使用者根本无法使用，通用性不强；其次，由于这些软件需要完全依靠用户进行操作，虽然有经验的使用者可以很好的完成图像的黑白化处理，但是这种需要过多人为介入的处理方式显然无法满足批量化和自动化处理的要求；最后，这些软件的适用范围有限——当彩色图像本身的对比度较低时，会导致进行黑白化处理后得到的黑白图像发灰，不仅会丢失图像中的许多细节，而且无法体现黑白照片应有的光影效果。

发明内容

本发明提供一种彩色图像黑白化的方法和装置，能够在保证处理效果的情况下实现黑白化操作的批量化和自动化。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种彩色图像黑白化的方法，包括：

将原始图像复制出两个复本，分别为第一临时图像和第二临时图像；

根据预先设定的阈值和羽化参数值，对第一临时图像中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理，按照预设的亮度转换列表对第二临时图像中各像素点进行暗化处理；

将原始图像和经过暗化处理后的第二临时图像，以经过亮化处理的第一临时图像为蒙层进行图层叠加，并对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像；

将所述灰度图像复制出一个复本，为第三临时图像；

将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法进行叠加，得到所述原始图像黑白化后的图像。

所述根据预先设定的阈值和羽化参数值，对第一临时图像中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理的方法包括：

对第一临时图像中的各像素点，根据公式Gray＝(G×77+B×151+R×28)/255计算其灰度值，其中，gray表示像素点的灰度值，R为该像素点红色分量的亮度值，G为该像素点绿色分量的亮度值，B为该像素点蓝色分量的亮度值；

将灰度值大于Threshold+Feather的像素点全部白化，将灰度值小于Threshold的像素点全部黑化；还将灰度值位于[Threshold，Threshold+Feather]范围内的所有像素点，将其灰度值代入公式(gray-Threshold)×255/Feather计算，以计算得到的结果为该像素点亮化处理后的灰度值；其中，Threshold和Feather为预先设定的参数，其取值范围为[0，255]。

所述按照预设的亮度转换列表对第二临时图像中各像素点进行暗化处理的方法包括：

预先设置各亮度值对应的暗化处理后亮度值，遍历第二临时图像中各像素点，将所述各像素点的亮度值调整为对应的暗化处理后亮度值。

所述将原始图像和经过暗化处理后的第二临时图像，以经过亮化处理的第一临时图像为蒙层进行图层叠加的方法包括：

按照下述公式计算每个像素点的各颜色分量的亮度值：

Result1[i]＝Pic[i]+{(1-Pic[i]/255)×Temp[i]×K2×(255-Mask[i])/255}；其中，K2为预先设置的图层透明度系数，且0≤K2≤1；Pic[i]表示原始图像的第i个像素，Temp[i]表示经过暗化处理后的第二临时图像的第i个像素，Mask[i]表示经过亮化处理后的第一临时图像的第i个像素；Result1表示图层叠加后得到的图像，Result1[i]表示该图像的第i个像素；

遍历图像中所有的像素点，即可得到图层叠加后的图像中各像素点的各颜色分量的亮度值。

所述对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像的方法包括：

对所述图像中的每个像素点，计算该像素点的各颜色分量亮度值的算术平均，并将该像素点的各颜色分量的亮度值进一步设置为等于所述均值。

将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法进行叠加的方法包括：

按照下述公式计算每个像素点中各颜色分量的亮度值：

若Pb[i]<127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;\frac{255-\mathrm{Pa}\left[i\right]}{255\&times;127}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255};$

若Pb[i]>127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\frac{\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;2\&times;(255-\mathrm{Pa}\left[i\right])}{127+\mathrm{Pa}\left[i\right]}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255};$

其中，K2＝S/100，S为0至100间的任意整数；Pa[i]表示Pa的第i个像素，Pb[i]表示Pb的第i个像素；Result2表示柔光模式叠加后的图像，Result2[i]表示该图像的第i个像素点；

遍历图像中所有的像素点，即可得到柔光模式叠加后的图像中各像素点的各颜色分量的亮度值。

将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法进行叠加，得到所述原始图像黑白化后的图像之后，该方法进一步包括：

将所述黑白化后的图像按照对比度参数进行调整，得到最终的黑白化后的图像，所述对比度参数为预先设定的缺省值，或设定的(-100，100)间的任意整数。

一种彩色图像黑白化的装置，包括：

第一预处理模块，用于将原始图像复制出两个复本，分别为第一临时图像和第二临时图像；

亮化操作模块，用于根据预先设定的阈值和羽化参数值，对第一临时图像中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理；

暗化处理模块，用于按照该模块中保存的亮度转换列表对第二临时图像中各像素点进行暗化处理；

图层叠加模块，用于将原始图像和经过暗化处理后的第二临时图像，以经过亮化操作的第一临时图像为蒙层进行图层叠加；

灰度处理模块，用于对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像；

第二预处理模块，用于将所述灰度图像复制出一个复本，为第三临时图像；

柔光叠加模块，用于将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法进行叠加，得到所述原始图像黑白化后的图像。

所述亮化操作模块包括：

灰度值计算单元，用于对第一临时图像中的各像素点，根据公式Gray＝(G×77+B×151+R×28)/255计算其灰度值，其中，gray表示像素点的灰度值，R为该像素点红色分量的亮度值，G为该像素点绿色分量的亮度值，B为该像素点蓝色分量的亮度值；

亮化处理单元，用于将灰度值大于Threshold+Feather的像素点全部白化，将灰度值小于Threshold的像素点全部黑化；还将灰度值位于[Threshold，Threshold+Feather]范围内的所有像素点，将其灰度值代入公式(gray-Threshold)×255/Feather计算，以计算得到的结果为该像素点经过亮化处理后的灰度值；其中，Threshold和Feather为预先设定的参数，其取值范围为[0，255]。

所述暗化处理模块包括：

对应关系保存单元，用于保存预设的亮度转换列表，所述列表中包含各亮度值对应的暗化处理后的亮度值；

暗化单元，用于遍历第二临时图像中各像素点，根据所述列表将所述各像素点的亮度值调整为对应的调整后亮度值。

所述图层叠加模块包括：

图层叠加计算单元，用于按照下述公式计算图层叠加后的图像中，每个像素点的各颜色分量的亮度值：

Result1[i]＝Pic[i]+{(1-Pic[i]/255)×Temp[i]×K2×(255-Mask[i])/255}；其中，K2为预先设置的图层透明度系数，且0≤K2≤1；Pic[i]表示原始图像的第i个像素，Temp[i]表示经过暗化处理后的第二临时图像的第i个像素，Mask[i]表示经过亮化处理后的第一临时图像的第i个像素；Result1表示图层叠加后得到的图像，Result1[i]表示该图像的第i个像素。

所述灰度处理模块包括：

均值计算单元，用于对所述图层叠加后的图像中的每个像素点，计算该像素点的各颜色分量亮度值的算术平均，并将所述均值通知灰度设置模块；

灰度设置模块，用于接收均值计算单元的计算结果，将所述像素点的各颜色分量的亮度值设置为等于所述计算得到的均值。

所述柔光叠加模块包括：

柔光计算单元，用于按照下述公式计算每个像素点中各颜色分量的亮度值：

若Pb[i]<127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;\frac{255-\mathrm{Pa}\left[i\right]}{255\&times;127}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255};$

若Pb[i]>127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\frac{\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;2\&times;(255-\mathrm{Pa}\left[i\right])}{127+\mathrm{Pa}\left[i\right]}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255};$

其中，K2为预先设置的图层透明度系数，且0≤K2≤1；Pa[i]表示Pa的第i个像素，Pb[i]表示Pb的第i个像素；Result2表示柔光模式叠加后的图像，Result2[i]表示该图像的第i个像素点。

该装置进一步包括：

对比度调整输出模块，用于对柔光叠加后得到的图像按照设定的对比度参数进行调整，得到最终的黑白化后的图像，所述对比度参数为预先设定的缺省值，或设定的(-100，100)间的任意整数。

由上述的技术方案可见，本发明实施例的这种彩色图像黑白化的方法和装置，通过对图片进行补光，避免图像中浅色部分的细节在灰度处理的过程中丢失，进一步通过柔光模式对图像进行柔化处理，能够将彩色图像转化成具有良好效果的黑白图像，且该方案在处理过程中不需要操作者的过多介入，能够有效实现批量化和自动化的处理。

附图说明

图1为本发明实施例中彩色图像黑白化的方法流程示意图。

图2为本发明实施例中彩色图像黑白化的装置组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供一种彩色图像黑白化的方法，为简单起见，下文中将需要进行黑白化处理的彩色图像称为原始图像，该方法流程如图1所示，其中包括：

一、首先，对原始图像进行补光处理，所述补光处理的步骤具体包括：

步骤101：将原始图像复制两份，得到两个与之完全相同的复本，分别称为TempPic和MaskPic，原始图像则称为Pic；

步骤102：对MaskPic，分别计算其中各像素点的灰度值，公式如下：

Gray＝(G×77+B×151+R×28)/255；其中，R表示红色分量的值、G表示绿色分量的值、B表示蓝色分量的值；

步骤103：根据预先设定的阈值(Threshold)和羽化参数(Feather)的值，将所述像素点中灰度值大于Threshold+Feather的像素点全部白化——即将满足所述条件的所有像素点的灰度值都设为最大值255，将所述像素点中灰度值小于Threshold的像素点全部黑化——即将满足所述条件的所有像素点的灰度值设为最小值0，还将所述像素点中灰度值位于[Threshold，Threshold+Feather]范围内的所有像素点，按照(gray-Threshold)×255/Feather的计算结果重新设定所述像素点的灰度值，显然，位于[Threshold，Threshold+Feather]范围内的像素点处理后的灰度值范围为[0，255]；其中，Threshold和Feather的取值范围为(0，255)，具体取值可以根据不同的应用需要自由设定；

本文将步骤102～103的处理方法称为亮化处理，通过所述的亮化处理后，所有灰度值大于设定值的像素点全部白化，所有灰度值小于设定值的像素点全部黑化，同时灰度值位于阈值点附近的像素点不是离散地被直接黑化或白化，而是经过了一个自然过渡的过程；可见，所述亮化处理的作用在于忽略图像中灰度值过大或过小的像素点，并将图像中位于阈值点附近设定范围内的像素点进行加光处理，即将所述像素点的灰度值范围从[Threshold，Threshold+Feather]放大到[0，255]——即，将图像中所述设定范围内的图像对比度放大，增强所述范围内的图像的细节。同时容易理解，经过亮化处理，所述MaskPic图像由起初的彩色图像已经转化成了灰度图像；

步骤104：按照预设的亮度转换列表将TempPic中各像素点进行暗化处理；

应当说明，本发明实施例中给出的亮度转换列表仅为举例，并非表示限定，实际应用中也可根据不同的需要自行设定。所述亮度转换列表为一1×256的行向量T，对于T中的任一元素a_i，i＝0，1，2...255且i为整数；i表示暗化处理前的亮度值，a_i的值表示暗化处理后的亮度值，所述

T＝(0，1，2，3，4，5，6，7，

8，9，10，11，12，13，14，14，

15，16，17，18，19，19，20，21，

22，23，24，25，25，26，27，28，

29，30，31，32，32，33，34，35，

36，37，38，39，39，40，41，42，

43，44，44，45，46，47，48，48，

49，50，51，52，52，53，54，55，

55，56，57，58，59，59，60，61，

62，62，63，64，65，65，66，67，

68，68，69，70，70，71，72，73，

73，74，75，75，76，77，77，78，

78，79，79，80，81，81，82，82，

83，83，84，84，85，85，86，86，

87，87，88，88，89，89，89，90，

90，91，91，92，92，93，93，93，

94，94，95，95，95，96，96，97，

97，97，98，98，98，99，99，100，

100，100，101，101，101，102，102，102，

103，103，103，103，104，104，104，105，

105，105，106，106，106，107，107，107，

108，108，108，109，109，109，110，110，

110，111，111，111，112，112，112，113，

113，113，113，114，114，114，114，115，

115，115，115，116，116，116，116，117，

117，117，117，117，118，118，118，118，

118，118，119，119，119，119，119，120，

120，120，120，121，121，121，121，122，

122，122，122，122，123，123，123，123，

124，124，124，124，124，125，125，125，

125，125，126，126，126，126，126，127，

127，127，127，127，128，128，128，128)；

举例来说，对于TempPic中亮度为108的某像素点，在向量T中查找a₁₀₈，得到a₁₀₈＝85，则85即为暗化处理后该像素点的亮度值。

需要说明的是，步骤102～103和步骤104之间不存在严格的先后顺序，在保证步骤105之前分别完成步骤102～103和步骤104即可。

步骤105：将Pic和经过暗化处理的TempPic以经过亮化处理的MaskPic做蒙层进行图层叠加；

所述图层叠加的方法为屏幕模式(ScreenMode)，该方法是一种公知的图层叠加算法，其作用在于对图像进行加亮处理。下面简述ScreenMode的原理，用Pic[i]表示Pic的第i个像素，Temp[i]表示TempPic的第i个像素，Mask[i]表示MaskPic的第i个像素；设Result1表示图层叠加后的图像，Result1[i]表示该图像的第i个像素，所述ScreenMode方法就是对每个像素的各颜色分量(即RGB三种颜色分量)分别按照如下公式1进行计算：

Result1[i]＝Pic[i]+{(1-Pic[i]/255)×Temp[i]×K2×(255-Mask[i])/255}；

其中，需要说明的是，按照RGB颜色分量分别计算是指：分别将Pic、TempPic和MaskPic中同一点的R值代入上述公式，计算得到图层叠加后得到的图像中该像素点的R分量值；对G、B分量同样执行上述过程；如此遍历图像中所有的像素点，即可得到图层叠加后得到的图像中各像素点RGB分量的亮度值；

上述公式1中，K2为预先设置的图层透明度系数，在本发明实施例中取经验值0.5，经过实践证明该值具有最好的处理效果，但应当说明，通过调节该图层透明度系数可以调整最后的补光效果，因此在实际应用中，也可以根据不同的需要自由调节。

如前所述，步骤102～103的阈值化处理，是对用作蒙层的MaskPic进行细节加光处理以突出细节；同时，在选择所述[Threshold，Threshold+Feather]的范围时，需要保证该范围应当与人眼对于图像细节的感知较为敏感的范围基本保持一致，本发明实施例据此提供的经验值为：Threshold的取值在150附近，Feather的取值在100附近时，能够获得比较理想的处理效果，从而保证在后续进行灰度处理后，能够仍然保持所述细节的清晰，避免出现图像细节的丢失；步骤104的暗化处理，是对TempPic进行整体暗化，并通过对TempPic的整体暗化，控制步骤105中进行ScreenMode处理时对于图像的补光(加亮)程度——公式1用于对Pic进行加亮，步骤104通过暗化处理减小了Temp[i]的值，从而能够通过该暗化处理控制对Pic[i]的加亮程度。

二、其次，进行灰度(GrayScale)处理，具体方法包括：

步骤106：将图层叠加后的图像进行灰度处理，即：计算所述图层叠加后的图像中的各像素点RGB分量亮度值的算术平均，再将像素点各颜色分量(即所述RGB分量)的亮度值都设置为等于所述均值，即可将所述图像转化成灰度(黑白)图像。显然，灰度处理后的图像的每个像素点中，该像素点RGB分量的值相同。

三、然后，采用柔光(SoftLight)模式进行自我叠加，具体方法包括：

步骤107：对灰度处理后的图像进行复制得到与之完全相同的复本，然后把两幅图像，即灰度处理后的图像和其复本进行SoftLight模式的叠加；

下面简述SoftLight模式的原理，设步骤107中得到的两张图片为Pa以及Pb。其中，Pa的第i个像素为Pa[i]，Pb的第i个像素为Pb[i]，显然，Pa[i]与Pb[i]完全相同；设Result2表示SoftLight叠加后的图像，Result2[i]表示该图像的第i个像素点。对每个像素按照如下公式计算，其中，一个像素点亮度取值范围是0～255，127是中间灰度，因此0～127可以认为是深色，128～255可以理解为亮色：

当Pb[i]小于127时，

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;\frac{255-\mathrm{Pa}\left[i\right]}{255\&times;127}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255}$

当Pb[i]大于127时，

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\frac{\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;2\&times;(255-\mathrm{Pa}\left[i\right])}{127+\mathrm{Pa}\left[i\right]}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255}$

其中，K2＝S/100，S为柔光叠加度参数，由用户在0至100范围内自由选择设定任意整数，从而K2可以在0到1的范围内自由调节；

此外，所述步骤107中计算Result2[i]时，原则上对于每个像素点，都需要采用上述公式计算三次——分别使用Pa和Pb的R、G和B分量的值进行计算，但由于步骤106中得到的经过灰度处理后的图像的每个像素点中，RGB分量的值相同，因此实际上也可以只进行一次计算求出其中一个分量的值，则另外两个分量的值与该分量的值一定相同。

SoftLight作用是将上层图像以柔光的方式施加到下层。当底层图层的灰度值过高或过低时，叠加后图像的灰度值会趋于中间，从而获得色彩较为柔和的合成效果。因此，所述步骤107达到的效果是：图像的中亮色调区域变得更亮，暗色区域变得更暗。

需要说明的是，步骤107与步骤105中的K2，虽然都是表示图层透明度系数，但步骤105中的K2通常取0.5的经验值且一旦设定，使用中用户无法修改；而步骤107中的K2，用户可以在使用中随时通过改变参数S进行调整。

四、最后，调整图像对比度，具体包括：

步骤108：根据步骤107中计算得到的各像素点的灰度值，以及设定的对比度参数C进行调整，使得图像清晰或者灰化。对比度参数取值范围为(-100，100)，当C为负，图像灰化，当C为正，图像则变清晰。

在实际应用中，步骤107中的S和步骤108中的C可以采用多种使用模式，比如对于初级用户或对于图像处理缺乏了解的用户，可以选择缺省值方式使用，此时系统采用缺省值(S＝80，C＝5)进行处理，经过反复试验，所述缺省值能够对各种情况下的图像获得较好的处理效果；而对于高级用户或具备图像处理背景知识的用户，还可以选择自主设定的方式，此时可以由用户在S和C的取值范围中以进度条的方式自由选择参数取值，以进度条所在位置表示的参数值进行运算处理，并将所对应的图像以即时方式显示给用户，则用户可以通过拖动进度条，根据自己的喜好选择自己认为最满意的图像效果。

需要说明的是，所述调整图像对比度的步骤108为可选，即步骤107的柔光叠加处理后得到的图像已经是黑白化后的图像，如果对于步骤107得到的图像的效果作进一步优化处理，则可以通过步骤108再对图像的对比度进行进一步调整。

由上述可见，本发明实施例提供的彩色图像黑白化的方法，首先对图片进行补光，避免图像中浅色部分的细节在灰度处理的过程中丢失，进一步通过SoftLight模式对图像进行柔化处理，能够将彩色图像转化成具有良好效果的黑白图像，且该方法不需要操作者的过多介入，能够有效实现批量化和自动化的处理。

本发明实施例还同时提供一种对应于上述方法的装置，该装置的组成结构如图2所示，包括：第一预处理模块210，亮化操作模块220，暗化处理模块230，图层叠加模块240，灰度处理模块250，第二预处理模块260，柔光叠加模块270和对比度调整输出模块280；

其中，第一预处理模块210，用于将原始图像复制出两个复本，分别称为TempPic和MaskPic，原始图像则称为Pic；

亮化操作模块220，用于根据预先设定的阈值和羽化参数值，对MaskPic中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理；

所述亮化操作模块220进一步包括：

灰度值计算单元221，用于对MaskPic中的各像素点，根据公式：

Gray＝(G×77+B×151+R×28)/255

计算其灰度值，其中，gray表示像素点的灰度值，R为该像素点红色分量的亮度值，G为该像素点绿色分量的亮度值，B为该像素点蓝色分量的亮度值；

亮化处理单元222，用于将灰度值大于Threshold+Feather的像素点全部白化，将灰度值小于Threshold的像素点全部黑化；还将灰度值位于[Threshold，Threshold+Feather]范围内的所有像素点，将其灰度值代入公式(gray-Threshold)×255/Feather计算，以计算得到的结果为该像素点经过亮化处理后的灰度值；其中，Threshold和Feather为预先设定的参数，其取值范围为[0，255]；

通过所述的亮化处理后，所有灰度值大于设定值的像素点全部白化，所有灰度值小于设定值的像素点全部黑化，同时灰度值位于阈值点附近的像素点不是离散地被直接黑化或白化，而是经过了一个自然过渡的过程。经过亮化处理，所述MaskPic图像由起初的彩色图像已经转化成了灰度图像；

暗化处理模块230，用于按照预设的亮度转换列表将TempPic中各像素点的亮度值进行暗化处理；

所述暗化处理模块230进一步包括：

对应关系保存单元231，用于保存预设的亮度转换列表，所述列表中包含各亮度值对应的暗化后亮度值；

暗化单元232，用于遍历TempPic中各像素点，根据所述列表将所述各像素点的亮度值调整为对应的暗化后亮度值；

图层叠加模块240，用于将原始图像和经过暗化处理后的TempPic，以经过亮化处理的MaskPic为蒙层进行图层叠加；

所述图层叠加模块240进一步包括：

图层叠加计算单元241，用于按照下述公式计算图层叠加后的图像中，每个像素点的各颜色分量的亮度值：

Result1[i]＝Pic[i]+{(1-Pic[i]/255)×Temp[i]×K2×(255-Mask[i])/255}；其中，K2为预先设置的图层透明度系数，且0≤K2≤1；Pic[i]表示原始图像的第i个像素，Temp[i]表示经过暗化处理后的TempPic的第i个像素，Mask[i]表示经过亮化处理后的MaskPic的第i个像素；Result1表示图层叠加后得到的图像，Result1[i]表示该图像的第i个像素；

其中，需要说明的是，在计算过程中，需要分别将Pic、TempPic和MaskPic中同一点的R值代入上述公式，计算得到图层叠加后得到的图像中该像素点的R分量值；对G、B分量同样执行上述过程；如此遍历图像中所有的像素点，即可得到图层叠加后得到的图像中各像素点RGB分量的亮度值；同时，K2为预先设置的图层透明度系数，在本发明实施例中取经验值0.5，经过实践证明该值具有最好的处理效果，但应当说明，通过调节该图层透明度系数可以调整最后的补光效果，因此在实际应用中，也可以根据不同的需要自由调节，但一旦选定某个值，用户在使用过程中无法再进行改变。

灰度处理模块250，用于对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像；

所述灰度处理模块250包括：

均值计算单元251，用于对所述图层叠加后的图像中的每个像素点，计算该像素点的各颜色分量亮度值的算术平均，并将所述均值通知灰度设置模块；

灰度设置模块252，用于接收均值计算单元的计算结果，将所述像素点的各颜色分量的亮度值设置为等于所述计算得到的均值；显然，灰度处理后的图像的每个像素点中，该像素点RGB分量的值相同。

第二预处理模块260，用于将所述灰度图像复制出一个复本，下文中将所述灰度图像称为Pa，该复本称为Pb；

柔光叠加模块270，用于将所述图像Pa和Pb以柔光模式的方法进行叠加；

所述柔光叠加模块270进一步包括：

柔光计算单元271，用于按照下述公式计算每个像素点中各颜色分量的亮度值：

若Pb[i]<127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;\frac{255-\mathrm{Pa}\left[i\right]}{255\&times;127}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255};$

若Pb[i]>127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\frac{\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;2\&times;(255-\mathrm{Pa}\left[i\right])}{127+\mathrm{Pa}\left[i\right]}+\frac{\mathrm{Pa}{\left[i\right]}^2}{255}$

其中，K2＝S/100，S为柔光叠加度参数，由用户在0至100范围内自由选择任意整数，从而K2可以在0到1的范围内自由调节；Pa[i]表示Pa的第i个像素，Pb[i]表示Pb的第i个像素；Result2表示柔光模式叠加后的图像，Result2[i]表示该图像的第i个像素点；

计算Result2[i]时，原则上对于每个像素点，都需要采用上述公式计算三次——分别使用Pa和Pb的R、G和B分量的值进行计算，但由于经过灰度处理后的图像的每个像素点中，RGB分量的值相同，因此实际上也可以只进行一次计算求出其中一个分量的值，则另外两个分量的值与该分量的值一定相同。

SoftLight作用是将上层图像以柔光的方式施加到下层。当底层图层的灰度值过高或过低时，叠加后图像的灰度值会趋于中间，从而获得色彩较为柔和的合成效果。

经过柔光叠加模块270的处理，得到的即为黑白化后的图像。为了对该图像的效果作进一步优化调整，所述装置中还可以进一步包括：

对比度调整输出模块280，用于对柔光叠加后得到的图像按照用户设定的对比度参数C进行调整，得到所述原始图像黑白化后的图像。对比度参数C的取值范围为(-100，100)，当对比度值为负，图像灰化，当对比度值为正，图像则变清晰。容易理解，所述对比度调整输出模块280为可选模块。

由上述可见，本发明实施例提供的彩色图像黑白化的装置，通过对图片进行补光，避免图像中浅色部分的细节在灰度处理的过程中丢失，进一步通过SoftLight模式对图像进行柔化处理，能够将彩色图像转化成具有良好效果的黑白图像，且该装置在处理过程中不需要操作者的过多介入，能够有效实现批量化和自动化的处理。

最后，容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的精神和保护范围，任何熟悉本领域的技术人员所做出的等同变化或替换，都应视为涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1、一种彩色图像黑白化的方法，其特征在于，该方法包括：

将原始图像复制两份，得到第一临时图像和第二临时图像；

根据预先设定的阈值和羽化参数值，对所述第一临时图像中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理，按照预设的亮度转换列表对所述第二临时图像中各像素点进行暗化处理；

将原始图像和经过暗化处理后的第二临时图像，以经过亮化处理的第一临时图像为蒙层进行图层叠加，并对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像；

将所述灰度图像复制出一个第三临时图像；

将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法进行叠加，得到所述原始图像黑白化后的图像。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先设定的阈值和羽化参数值，对第一临时图像中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理的方法包括：

对第一临时图像中的各像素点，根据公式Gray＝(G×77+B×151+R×28)/255计算其灰度值，其中，gray表示像素点的灰度值，R为该像素点红色分量的亮度值，G为该像素点绿色分量的亮度值，B为该像素点蓝色分量的亮度值；

将灰度值大于Threshold+Feather的像素点全部白化，将灰度值小于Threshold的像素点全部黑化；还将灰度值位于[Threshold，Threshold+Feather]范围内的所有像素点，将其灰度值代入公式(gray-Threshold)×255/Feather计算，以计算得到的结果为该像素点亮化处理后的灰度值；其中，Threshold和Feather为预先设定的参数，其取值范围为[0，255]。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设的亮度转换列表对第二临时图像中各像素点进行暗化处理的方法包括：

预先设置各亮度值对应的暗化处理后亮度值，遍历第二临时图像中各像素点，将所述各像素点的亮度值调整为对应的暗化处理后亮度值。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将原始图像和经过暗化处理后的第二临时图像，以经过亮化处理的第一临时图像为蒙层进行图层叠加的方法包括：

按照下述公式计算每个像素点的各颜色分量的亮度值：

Result1[i]＝Pic[i]+{(1-Pic[i]/255)×Temp[i]×K2×(255-Mask[i])/255}；其中，K2为预先设置的图层透明度系数，且0≤K2≤1；Pic[i]表示原始图像的第i个像素，Temp[i]表示经过暗化处理后的第二临时图像的第i个像素，Mask[i]表示经过亮化处理后的第一临时图像的第i个像素；Result1表示图层叠加后得到的图像，Result1[i]表示该图像的第i个像素；

遍历图像中所有的像素点，即可得到图层叠加后的图像中各像素点的各颜色分量的亮度值。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像的方法包括：

对所述图像中的每个像素点，计算该像素点的各颜色分量亮度值的算术平均，并将该像素点的各颜色分量的亮度值进一步设置为等于所述均值。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述灰度图像和第三复本以柔光模式的方法进行叠加的方法包括：

按照下述公式计算每个像素点中各颜色分量的亮度值：

若Pb[i]<127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;\frac{255-\mathrm{Pa}\left[i\right]}{255\&times;127}+\frac{{\mathrm{Pa}\left[i\right]}^2}{255};$

若Pb[i]>127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\frac{\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;2\&times;(255-\mathrm{Pa}\left[i\right])}{127+\mathrm{Pa}\left[i\right]}+\frac{{\mathrm{Pa}\left[i\right]}^2}{255};$

其中，K2＝S/100，S为0至100间的任意整数；Pa[i]表示Pa的第i个像素，Pb[i]表示Pb的第i个像素；Result2表示柔光模式叠加后的图像，Result2[i]表示该图像的第i个像素点；

遍历图像中所有的像素点，即可得到柔光模式叠加后的图像中各像素点的各颜色分量的亮度值。

7、根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法进行叠加，得到所述原始图像黑白化后的图像之后，该方法进一步包括：

将所述黑白化后的图像按照对比度参数进行调整，得到最终的黑白化后的图像，所述对比度参数为预先设定的缺省值，或设定的(-100，100)间的任意整数。

8、一种彩色图像黑白化的装置，其特征在于，该装置包括：

第一预处理模块，用于将原始图像复制出两个复本，分别为第一临时图像和第二临时图像；

亮化操作模块，用于根据预先设定的阈值和羽化参数值，对第一临时图像中灰度值处于相应范围内的像素点进行亮化处理；

暗化处理模块，用于按照该模块中保存的亮度转换列表对第二临时图像中各像素点进行暗化处理；

图层叠加模块，用于将原始图像和经过暗化处理后的第二临时图像，以经过亮化操作的第一临时图像为蒙层进行图层叠加；

灰度处理模块，用于对图层叠加后得到的图像进行灰度处理得到灰度图像；

第二预处理模块，用于将所述灰度图像复制出一个复本，为第三临时图像；

柔光叠加模块，用于将所述灰度图像和第三临时图像以柔光模式的方法进行叠加，得到所述原始图像黑白化后的图像。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述亮化操作模块包括：

灰度值计算单元，用于对第一临时图像中的各像素点，根据公式Gray＝(G×77+B×151+R×28)/255计算其灰度值，其中，gray表示像素点的灰度值，R为该像素点红色分量的亮度值，G为该像素点绿色分量的亮度值，B为该像素点蓝色分量的亮度值；

亮化处理单元，用于将灰度值大于Threshold+Feather的像素点全部白化，将灰度值小于Threshold的像素点全部黑化；还将灰度值位于[Threshold，Threshold+Feather]范围内的所有像素点，将其灰度值代入公式(gray-Threshold)×255/Feather计算，以计算得到的结果为该像素点经过亮化处理后的灰度值；其中，Threshold和Feather为预先设定的参数，其取值范围为[0，255]。

10、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述暗化处理模块包括：

对应关系保存单元，用于保存预设的亮度转换列表，所述列表中包含各亮度值对应的暗化处理后的亮度值；

暗化单元，用于遍历第二临时图像中各像素点，根据所述列表将所述各像素点的亮度值调整为对应的调整后亮度值。

11、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述图层叠加模块包括：

图层叠加计算单元，用于按照下述公式计算图层叠加后的图像中，每个像素点的各颜色分量的亮度值：

Result1[i]＝Pic[i]+{(1-Pic[i]/255)×Temp[i]×K2×(255-Mask[i])/255}；其中，K2为预先设置的图层透明度系数，且0≤K2≤1；Pic[i]表示原始图像的第i个像素，Temp[i]表示经过暗化处理后的第二临时图像的第i个像素，Mask[i]表示经过亮化处理后的第一临时图像的第i个像素；Result1表示图层叠加后得到的图像，Result1[i]表示该图像的第i个像素。

12、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述灰度处理模块包括：

均值计算单元，用于对所述图层叠加后的图像中的每个像素点，计算该像素点的各颜色分量亮度值的算术平均，并将所述均值通知灰度设置模块；

灰度设置模块，用于接收均值计算单元的计算结果，将所述像素点的各颜色分量的亮度值设置为等于所述计算得到的均值。

13、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述柔光叠加模块包括：

柔光计算单元，用于按照下述公式计算每个像素点中各颜色分量的亮度值：

若Pb[i]<127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;\frac{255-\mathrm{Pa}\left[i\right]}{255\&times;127}+\frac{{\mathrm{Pa}\left[i\right]}^2}{255};$

若Pb[i]>127，则

$\mathrm{Result}2\left[i\right]=\frac{\mathrm{Pa}\left[i\right]\&times;\{K2(\mathrm{Pb}\left[i\right]-127)+127\}\&times;2\&times;(255-\mathrm{Pa}\left[i\right])}{127+\mathrm{Pa}\left[i\right]}+\frac{{\mathrm{Pa}\left[i\right]}^2}{255};$

其中，K2为预先设置的图层透明度系数，且0≤K2≤1；Pa[i]表示Pa的第i个像素，Pb[i]表示Pb的第i个像素；Result2表示柔光模式叠加后的图像，Result2[i]表示该图像的第i个像素点。

14、根据权利要求8至13中任一项所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

对比度调整输出模块，用于对柔光叠加后得到的图像按照设定的对比度参数进行调整，得到最终的黑白化后的图像，所述对比度参数为预先设定的缺省值，或设定的(-100，100)间的任意整数。

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