CN102819821A - 一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法 - Google Patents

一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法，该方法提取出原图像和驱动图像中的主要色彩的色调区间和主色调值，完成色调风格的转移，并利用HSV色彩空间中纯度对转换后的图片进行色彩修正，完成纯度风格的转移，提出了一种能够保留驱动图像同一色彩渐变趋势且能将这种趋势转移到原图片上的方法，完成色彩渐变风格的转移，在尽量体现驱动图片的色彩风格的同时保留原图片纹理特征，实现产品外观设计色彩风格的快速转换。

Description

一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法
技术领域
本发明涉及产品外观配色技术领域，尤其涉及一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法，能够实现色调风格的转移，纯度风格的转移以及色彩渐变趋势的转移。
背景技术
传统产品的外观配色设计，如动漫、服装、箱包、鞋等产品的设计属于主观设计，受设计人员的主观影响较大，对于不同的风格不同的设计人员的诠释不尽相同，所以设计者为了得到许多不同风格的配色设计往往需要花费许多时间。
传统产品的外观配色设计一般是先由设计人员进行外观设计，然后设计者根据对产品风格的理解对不同的区域进行配色，而在这一过程中产品风格受设计人员主观的影响获得的配色结果往往只有几种，现在普遍使用计算机辅助设计提高了设计人员的效率，但在配色方面还是需要人工进行，尤其在产品的二次开发中，色彩风格的转换需要重新配色，设计效率偏低。
发明内容
为了克服传统产品创意设计阶段人工主观配色效率低下的问题，本发明的目的在于提供一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法，该方法不仅能够利用图片来快速对已有的产品设计进行色彩风格的重新设计和应用，并且使用方便、操作简单，而且在使用时能保持产品原有的纹理特征，可以使设计者快速地完成产品外观重配色。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法，包括以下步骤：
（1）首先确定需要进行色彩重设计的图片和驱动图片，将需要进行色彩重设计的图片和驱动图片从RGB（Red Green Blue）色彩空间转换到HSV（Hue SaturationValue）空间；
（2）对步骤1转换后的需要进行色彩重设计的图片的色调值进行百分比统计f(H)；再根据统计结果进行色调区间划分；
（3）根据下式加权获得每个色调区间的主色调值：
Figure BDA00001922655800011
其中，Hj表示在该色调区间内的一个色调值，nj表示色调值等于Hj的像素数，N总表示这个区间内总的像素数，i为区间序号；
（4）对步骤1转换后的驱动图片的色调值进行百分比统计F(H)；再根据统计结果进行色调区间划分，并根据步骤3加权获得每个色调区间的主色调值：
（5）对划分了色调区间后的需要进行色彩重设计的图片进行色彩的替换，完成色调风格的转移，得到色调替换图；
（6）通过色彩的纯度分量修正色调替换图的色彩偏差，完成纯度风格的转移；
（7）对纯度风格转移后的色调替换图进行纯度上的进一步修正，达到将驱动图片中色彩渐变趋势转移到修正色彩偏差后的色调替换图上的目的；
（8）对完成色彩渐变趋势保留转移以后的色调替换图进行色彩空间的转换，即从HSV色彩空间转化到RGB色彩空间，保存，同时在显示器上显示。
本发明与现有其他产品外观色彩设计方法相比，具有的有益效果是：
1、基于HSV色彩空间中色调百分比统计的方法，能快速的确定图片的色彩组成，并提出一种完成色调风格转移的方法，初步完成色彩风格转移。
2、根据不同的色彩区域，提出了两种不同的色调替换的方法，能够使转换后的图片在色彩组成上与驱动图片的色彩更加接近。
3、利用色彩的纯度对初步风格转换后的图片进行纯度风格转移，修正色彩偏差。
4、对修正色彩偏差后的驱动图片进行色彩渐变趋势的转移保留，达到在尽量体现驱动图片的色彩风格的同时保留原图片纹理特征的目的。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明实施例中需要进行色彩重设计的小熊玩具的图片；
图3是本发明实施例中的驱动图片；
图4是本发明实施例中以图3为驱动图片进行产品配色重设计以后的小熊玩具图片；
图5是本发明实施例中需要进行色彩重设计的服装的图片；
图6是本发明实施例中以图3为驱动图片进行产品配色重设计以后的服装的图片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明从产品外观配色重设计出发，实现一个基于色彩风格转移的产品外观快速重配色过程，方法其技术路线如图1所示，具体包含以下实施步骤：
1、首先确定需要进行色彩重设计的图片和驱动图片，需要进行色彩重设计的图片和驱动图片均可以是JPG、JPEG、PNG、BMP、TIF、PBM等格式的图片，将需要进行色彩重设计的图片和驱动图片从RGB（Red Green Blue）色彩空间转换到HSV（Hue Saturation Value）空间。
2、对步骤1转换后的需要进行色彩重设计的图片的色调值进行百分比统计f(H)；再根据统计结果进行色调区间划分，具体如下：
2.1、从色调百分比统计f(H)结果中选出所占比例最高的f(H1)所对应的色调值H1，从这个色调值开始向两侧开始搜索该色调区间的上下限；
2.2、从色调值H1开始向上搜索，即判断f(H1+1)的值是否大于阈值，这里的判断阀值在实际操作时可以由用户根据效果自行设定，若大于阈值则判断该像素值可以和之前的像素合并为一个区间，继续向上侧搜素直到色调值不满足搜索条件，最后得到满足条件的色调值b1即为区间的上限，若这个上限值超出了色调环的上限，即360，则将下一个色调值指向色调值1，继续搜索，
2.3、从步骤2.1中获得的色调值H1开始按步骤2.2中的方法向左侧搜索，获得区间的下限啊a1，若该下限值低于零，则将下一个指针指向360，继续向下搜索下限；最后将这个结果存贮在一个类中，这个类包括的信息有色调分类区间的上限值bi和下限值ai、以及像素数所占比例ηi；
2.4、根据步骤2.1-2.3就可以获得第一个区间的上下限值，重复步骤2.1-2.4获得之后的4-5个区间，此时在搜索色调值像素数所占比例最高的对应的色调值时应排除已经被归入带已有的色调区间的像素值；
2.5、对于获得的每个色彩区间进行统计，统计4-6个区间，并根据该区间内像素所占的比例判断该区间是否合理。若选定的区间像素数所占比例大于阈值，则保留这个区间，若小于阈值则舍去这个区间，这里的阀值在实际操作时可以由用户根据效果自行设定。
2.6、对保留的区间按区间内像素所占比例高低排序，最后获得色彩提取的结果。
根据以上的操作过程，在实际实验中，对图2的提取结果如下所示：共提取出两个色彩区间，区间一的色调区间为316~375，对应的是小熊皮毛，鼻子部分的颜色，区间二的色调区间为16~54，对应的是小熊肚子，脸部，手掌部分的颜色。
3、根据下式加权获得每个色调区间的主色调值：
Figure BDA00001922655800031
其中Hj表示在该色调区间内的一个色调值，nj表示色调值等于Hj的像素数，N总表示这个区间内总的像素数，i为区间序号。
4、对步骤1转换后的驱动图片的色调值进行百分比统计F(H)；再根据统计结果进行色调区间划分，划分过程与步骤2.1-2.6相同。并根据式（1）加权获得每个色调区间的主色调值。
根据以上的操作，对图3的提取结果如下区间一的色调区间为190~220对应的是蓝色天空部分，区间二的色调区间为2~55对应的是红色岩石部分。
5、对划分了色调区间后的需要进行色彩重设计的图片进行色彩的替换，完成色调风格的转移，得到色调替换图，具体如下：
5.1、创建一个需要进行色彩重设计的图片的副本，命名为色调替换图；
5.2、从驱动图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的主色调值H′1；
5.3、从需要进行色彩重设计的图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的上限值b1和下限值a1、以及像素数所占比例η1；
5.4、计算5.3所述像素数所占比例最大的那个区间色调值的跨度β1，若a1<b1，则β1=b1-a1，若a1>b1，则β1=b1+360-a1；
5.5、若β1小于50，或η1小于0.3，则转向步骤5.6，否则转向5.7；
5.6、若a1<b1，则搜索原始图片中色调值属于[a1，b1]的像素值的位置；若a1>b1，则搜索原始图片中色调值属于[0,b1]∪[a1,360]的像素值的位置，然后在步骤5.1中的色调替换图中相同的位置将该像素的色调值置为H′1，然后转向步骤5.10；
5.7、计算步骤5.2所述像素数所占比例最大的那个区间内色调值相对百分比统计累加表G(H)，计算步骤5.3所述像素数所占比例最大的那个区间相对百分比统计累加表g(H)；
5.8、搜索原图片中属于步骤5-3中色调区间的像素点，并对色调替换图中相同位置的像素逐个进行色调替换，假设其中一个像素点的色调值为Hij（i表示第i行，j表示第j列），搜索步骤5.7中的统计表，找出满足式（2）的H：
G(H)≤g(Hij)≤G(H+1)      （2）
然后将色调替换图中第i行，第j列像素的色调值置为H；
5.9、完成整个区间的色调替换；
5.10、若原图片中的色调区间数X小于等于驱动图片中的色调区间数Y，只对前X个色调区间进行色调替换，并转向步骤5.13；若原图片中的色调区间数X大于驱动图片中的色调区间数Y，则转向步骤5.11；
5.11、对前X个色调区间进行色调替换，原图片中第Y+1个色调区间的色彩替换准则如下，取原图片和驱动图片中像素数所占比例最大的那个区间的主色调值H1和H′1，计算两者之差Δ=H1-H′1，则第Y+1个色调区间每个像素的色调值为H′Y+1=HY+1-Δ，其中H′Y+1表示第Y+1个色调区间替换后的色调值，HY+1表示第Y+1个色调区间的主色调值；
5.12、对剩余的色调区间按照步骤5.2-5.9完成色调替换；
5.13、色调风格转移保留结束。
根据以上操作，色调替换以后的小熊图片中小熊肚子，脸部，手掌部分的颜色变为紫色，小熊皮毛，鼻子部分变为淡绿色。
6、在完成色调风格转移以后，图片的颜色在视觉上还是存在偏差的，这就需要进行纯度风格的转移操作。其中纯度风格转移的具体步骤如下：
6.1、计算步骤5.2所述像素数所占比例最大的那个区间色调值相对百分比统计累加表F(S)，
6.2、计算步骤5.3所述像素数所占比例最大的那个区间内色调值相对百分比统计累加表f(S)；
6.3、对完成色调风格转移以后的色调替换图中属于步骤5.3所述像素数所占比例最大的那个区间的像素点逐个进行纯度修正；
6.4、假设其中一个像素点的纯度值为Sij（i表示第i行，j表示第j列），查找步骤6.2中的统计表获得f(Sij)，同时搜索步骤6.1中的统计表，找出满足式（3）的S：
F(S)≤f(Sij)≤F(S+1)       （3）
则该像素点在色调替换图中的纯度值为S；
6.5、对剩下的色调区间逐个进行纯度修正，对于没有对应色调区间的色彩区域不进行纯度修正。
根据以上操作，色彩修正以后的小熊图片中皮毛，鼻子部分的深蓝色变淡，小熊小熊肚子，脸部，手掌部分的淡红色加深，整幅图片的色彩组成更加接近驱动图片的色彩组成。
7、对修正色彩偏差后的驱动图片进行色彩渐变趋势的转移保留。对于有一些驱动图片，同一色调区间内的色彩也是存在变化的，这主要是由纯度分量引起的，故在进行纯度风格转移以后，为了使得转换后的图片的色彩变化更加接近驱动图片相对应区域的色彩变化，还要对纯度进一步的修正，具体如下：
7.1、对色调风格转移以后的色调替换图进行驱动图片宽度（横向）方向色彩渐变趋势的转移保留；
7.2、从驱动图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的上下限值B1、A1；
7.3、对驱动图片从图片左侧第一列像素开始统计；
7.4、判断该列中属于步骤7.2所述像素数所占比例最大的那个区间的像素点，计算这些像素点色彩纯度的平均值
Figure BDA00001922655800061
7.5、转到下一列，重复步骤7.4，获得驱动图片中所有列的纯度平均值统计表
7.6、从原图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的上下限值b1、a1；
7.7、对色调风格转移以后的色调替换图从图片左侧第一列像素开始统计；
7.8、重复步骤7.4和步骤7.5，其中色调区间使用的是步骤7.6中的色调区间，获得所有列的纯度相对百分比统计表
Figure BDA00001922655800063
7.9、对色调风格转移以后的色调替换图从图片左侧第一列像素开始进行色彩渐变趋势转移保留；
7.10、取出新图片中第m列，查找步骤7.8中的表获得该列纯度平均值
Figure BDA00001922655800064
并在驱动图片中找到相对应的第n列，其中n＝width1×m/width2，width1表示驱动图片宽度，width2表示原图片宽度，并对公式右侧的值取整，查找步骤7.5中的表获得该列纯度平均值
Figure BDA00001922655800065
若
Figure BDA00001922655800066
则转到步骤7.11，若
Figure BDA00001922655800067
则转到步骤7.12；
7.11、判断该列中属于步骤7.6中色调区间的像素点，对每个像素点的纯度值做如下改变，
Figure BDA00001922655800068
其中Snj表示第m列第j行的像素的纯度值，S′mj表示修改后该像素的纯度值，转到步骤7.13；
7.12、判断选出该列中属于步骤7.6中色调区间的像素点，对这些像素点中纯度值小于的像素进行如下改变，
Figure BDA000019226558000610
其中Snj表示第m列第j行的像素的纯度值，S′mj表示修改后该像素的纯度值，其余的像素点保留原纯度；
7.13、按照步骤7.10-7.12完成其他列纯度的改变；
7.14、按照步骤7.2-7.13对色调风格转移以后的色调替换图进行驱动图片高度（竖向）方向色彩渐变趋势的转移保留。
根据以上操作，完成风格转移以后的小熊图片中小熊皮毛，鼻子部分的颜色变为淡蓝色而且颜色由上到下逐渐变淡，与图4中的天空部分颜色变化接近，小熊肚子，脸部，手掌部分的颜色变为红色，与图4中的红色岩石部分接近。
在本发明实施例2中，以图5为原图片，图3为驱动图片，进行色彩风格转移，生成的结果如图6所示，可以发现，图5服装中原来面积比较大的深红色的部分变成了图3中天空的颜色，并且颜色由上到下逐渐变淡，而图5服装中淡蓝色的人物部分变成了图3岩石部分的红色。
8、对完成色彩变化趋势保留转移以后的色调替换图进行色彩空间的转换，即从HSV色彩空间转化到RGB色彩空间，保存，同时在显示器上显示。

Claims (4)

1.一种基于色彩风格转移的产品外观快速重配色方法，其特征在于根据驱动图片对原图片完成色调风格的转移，纯度风格的转移以及色彩渐变趋势的转移，包括以下步骤：
（1）首先确定需要进行色彩重设计的图片和驱动图片，将需要进行色彩重设计的图片和驱动图片从RGB（Red Green Blue）色彩空间转换到HSV（Hue SaturationValue）空间；
（2）对步骤1转换后的需要进行色彩重设计的图片的色调值进行百分比统计获得百分比统计表f(H)；再根据统计结果进行色调区间划分；划分步骤具体如下：具体如下：
（2.1）从色调百分比统计表f(H)中选出所占比例最高的f(H1)所对应的色调值H1，从这个色调值开始向两侧开始搜索该色调区间的上下限；
（2.2）从色调值H1开始向上搜索，即判断f(H1+1)的值是否大于阈值，这里的判断阀值在实际操作时可以由用户根据效果自行设定，若大于阈值则判断该像素值可以和之前的像素合并为一个区间，继续向上侧搜素直到色调值不满足搜索条件，最后得到满足条件的色调值b1即为区间的上限，若这个上限值超出了色调环的上限，即360，则将下一个色调值指向色调值1，继续搜索，
（2.3）从步骤2.1中获得的色调值H1开始按步骤2.2中的方法向左侧搜索，获得区间的下限啊a1，若该下限值低于零，则将下一个指针指向360，继续向下搜索下限；最后将这个结果存贮在一个类中，这个类包括的信息有色调分类区间的上限值bi和下限值ai、以及像素数所占比例ηi；
（2.4）根据步骤2.1-2.3就可以获得第一个区间的上下限值，重复步骤2.1-2.4获得之后的4-5个区间，此时在搜索色调值像素数所占比例最高的对应的色调值时应排除已经被归入带已有的色调区间的像素值；
（2.5）对于获得的每个色彩区间进行统计，统计4-6个区间，并根据该区间内像素所占的比例判断该区间是否合理；若选定的区间像素数所占比例大于阈值，则保留这个区间，若小于阈值则舍去这个区间，这里的阀值在实际操作时可以由用户根据效果自行设定；
（2.6）对保留的区间按区间内像素所占比例高低排序，最后获得色彩提取的结果；
（3）根据下式加权获得每个色调区间的主色调值：
Figure FDA00001922655700021
其中，Hj表示在该色调区间内的一个色调值，nj表示色调值等于Hj的像素数，N总表示这个区间内总的像素数，i为区间序号；
（4）对步骤1转换后的驱动图片的色调值进行百分比统计F(H)；再根据统计结果进行色调区间划分，划分过程与步骤2.1-2.6相同；并根据下式加权获得每个色调区间的主色调值：
Figure FDA00001922655700022
其中，Hj表示在该色调区间内的一个色调值，nj表示色调值等于Hj的像素数，N总表示这个区间内总的像素数，i为区间序号；
（5）对划分了色调区间后的需要进行色彩重设计的图片进行色调的替换，完成色调风格的转移，得到色调替换图；
（6）通过色彩的纯度分量修正色调替换图的色彩偏差，完成纯度风格的转移；
（7）对纯度风格转移后的色调替换图进行纯度上的进一步修正，达到将驱动图片中色彩渐变趋势转移到修正色彩偏差后的色调替换图上的目的；
（8）对完成色彩渐变趋势转移以后的色调替换图进行色彩空间的转换，即从HSV色彩空间转化到RGB色彩空间，保存，同时在显示器上显示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（5）包括如下子步骤：
（5.1）创建一个需要进行色彩重设计的图片的副本，命名为色调替换图；
（5.2）从驱动图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的主色调值H′1；
（5.3）从需要进行色彩重设计的图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的上限值b1和下限值a1、以及像素数所占比例η1；
（5.4）计算5.3所述像素数所占比例最大的那个区间色调值的跨度β1，若a1<b1，则β1=b1-a1，若a1>b1，则β1=b1+360-a1；
（5.5）若β1小于50，或η1小于0.3，则转向步骤5.6，否则转向5.7；
（5.6）若a1<b1，则搜索原始图片中色调值属于[a1，b1]的像素值的位置；若a1>b1，则搜索原始图片中色调值属于[0,b1]∪[a1,360]的像素值的位置，然后在步骤5.1中的色调替换图中相同的位置将该像素的色调值置为H′1，然后转向步骤5.10；
（5.7）计算步骤5.2所述像素数所占比例最大的那个区间内色调值相对百分比统计累加表G(H)，计算步骤5.3所述像素数所占比例最大的那个区间相对百分比统计累加表g(H)；
（5.8）搜索原图片中属于步骤5-3中色调区间的像素点，并对色调替换图中相同位置的像素逐个进行色调替换，假设其中一个像素点的色调值为Hij（i表示第i行，j表示第j列），搜索步骤5.7中的统计表，找出满足式（2）的H：
G(H)≤g(Hj)≤G(H+1)        （2）
然后将色调替换图中第i行，第j列像素的色调值置为H；
（5.9）完成整个区间的色调替换；
（5.10）若原图片中的色调区间数X小于等于驱动图片中的色调区间数Y，只对前X个色调区间进行色调替换，并转向步骤5.13；若原图片中的色调区间数X大于驱动图片中的色调区间数Y，则转向步骤5.11；
（5.11）对前X个色调区间进行色调替换，原图片中第Y+1个色调区间的色彩替换准则如下，取原图片和驱动图片中像素数所占比例最大的那个区间的主色调值H1和H′1，计算两者之差Δ=H1-H′1，则第Y+1个色调区间每个像素的色调值为H′Y+1=HY+1-Δ，其中H′Y+1表示第Y+1个色调区间替换后的色调值，HY+1表示第Y+1个色调区间的主色调值；
（5.12）对剩余的色调区间按照步骤5.2-5.9完成色调替换；
（5.13）色调风格转移保留结束。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（6）包括如下子步骤：
（6.1）计算步骤5.2所述像素数所占比例最大的那个区间色调值相对百分比统计累加表F(S)，
（6.2、计算步骤5.3所述像素数所占比例最大的那个区间内色调值相对百分比统计累加表f(S)；
（6.3）对完成色调风格转移以后的色调替换图中属于步骤5.3所述像素数所占比例最大的那个区间的像素点逐个进行纯度修正；
（6.4）假设其中一个像素点的纯度值为Sij（i表示第i行，j表示第j列），查找步骤6.2中的统计表获得f(Sij)，同时搜索步骤6.1中的统计表，找出满足式（3）的S：
F(S)≤f(Sij)≤F(S+1)       （3）
则该像素点在色调替换图中的纯度值为S；
（6.5）对剩下的色调区间逐个进行纯度修正，对于没有对应色调区间的色彩区域不进行纯度修正。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（7）包括如下子步骤：
（7.1）将驱动图片宽度方向色彩的渐变趋势转移到色调风格转移以后的色调替换图上；
（7.2）从驱动图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的上下限值B1、A1；
（7.3）对驱动图片从图片左侧第一列像素开始统计；
（7.4）判断该列中属于步骤7.2所述像素数所占比例最大的那个区间的像素点，计算这些像素点色彩纯度的平均值
Figure FDA00001922655700041
（7.5）转到下一列，重复步骤7.4，获得驱动图片中所有列的纯度平均值统计表
Figure FDA00001922655700042
（7.6）从原图片色调区间划分结果中选出像素数所占比例最大的那个区间，获得该区间的上下限值b1、a1；
（7.7）对色调风格转移以后的色调替换图从图片左侧第一列像素开始统计；
（7.8）重复步骤7.4和步骤7.5，其中色调区间使用的是步骤7.6中的色调区间，获得所有列的纯度相对百分比统计表
Figure FDA00001922655700043
（7.9）对色调风格转移以后的色调替换图从图片左侧第一列像素开始进行色彩变化趋势转移保留；
（7.10）取出新图片中第m列，查找步骤7.8中的表获得该列纯度平均值并在驱动图片中找到相对应的第n列，其中n＝width1×m/width2，width1表示驱动图片宽度，width2表示原图片宽度，并对公式右侧的值取整，查找步骤7.5中的表获得该列纯度平均值
Figure FDA00001922655700045
若
Figure FDA00001922655700046
则转到步骤7.11，若则转到步骤7.12；
（7.11）判断该列中属于步骤7.6中色调区间的像素点，对每个像素点的纯度值做如下改变，其中Snj表示第m列第j行的像素的纯度值，S'mj表示修改后该像素的纯度值，转到步骤7.13；
（7.12）判断选出该列中属于步骤7.6中色调区间的像素点，对这些像素点中纯度值小于
Figure FDA00001922655700049
的像素进行如下改变，
Figure FDA000019226557000410
其中Snj表示第m列第j行的像素的纯度值，S'mj表示修改后该像素的纯度值，其余的像素点保留原纯度；
（7.13）按照步骤7.10-7.12完成其他列纯度的改变；
（7.14）按照步骤7.2-7.13将驱动图片长度方向色彩的渐变趋势转移到色调风格转移以后的色调替换图上。
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