CN103021002A - 彩色素描图像生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种彩色素描图像生成方法，通过使用灰度合成方法生成第一轮廓图像，并将生成的灰度图像复制成图层A和图层B，再对图层A依次进行反色和高斯滤波处理后，将图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像，之后通过对输入的彩色图像进行高斯滤波处理，获得一模糊的背景图像，再叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像，获得彩色素描图像的方法，可以快速生成令人满意且具有手绘风格的彩色素描图像。进一步，通过肤色检测可以控制图像叠加的阀值，使得图像肤色部分更光滑，非肤色部分轮廓更分明。

Description

彩色素描图像生成方法

技术领域

本发明涉及使用计算机完成素描生成技术领域，尤其涉及一种彩色素描生成方法。

背景技术

素描图像的表现目的不在于图像的真实性，而在于图像的艺术特征。目前的使用计算机进行素描生成的方法，由于处理复杂，可靠性差而未得到广泛应用。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种彩色素描图像生成方法，以克服现有技术的不足，可以快速生成令人满意且具有手绘风格的彩色素描图像。

于是，本发明提供了一种彩色素描图像生成方法，包括：

步骤1，对输入的彩色图像采用灰度合成的方法生成第一轮廓图像，将第一轮廓图像复制成图层A和图层B；

步骤2，对图层A依次进行反色和高斯滤波处理后，将图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像；

步骤3，对输入的彩色图像进行高斯滤波处理，获得一模糊的背景图像；

步骤4，叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像，获得彩色素描图像。

其中，步骤1中所述对输入的彩色图像采用灰度合成的方法生成第一轮廓图像，包括：

将输入图像的每个像素按照公式R₁＝G₁＝B₁＝R₀×0.229+G₀×0.587+B₀×0.114得到新的像素值，进而得到灰度图像，其中，R1，G1，B1表示灰度图像像素的RGB分量值，R0，G0，B0表示输入图像的RGB分量值。

其中，步骤2中所述对图层A依次进行反色处理和高斯滤波处理，包括：

将图层A中的像素按照R₂＝255-R₁，G₂＝255-G₁，B₂＝255-B₁获得新的像素值，得到反色后的图像；

利用高斯模板计算公式 $g(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$ 将反色后的图像进行卷积处理，得到模糊图像，其中，g(x，y)是高斯滤波处理后模糊图像的像素点，σ是高斯的方差参数。

当高斯模板是n*n阶二维矩阵，记为M(x，y)时，则每个元素的值由高斯模板计算公式获得，其中x∈[0，n-1]，y∈[0，n-1]，n是高斯模板的阶数；

使用公式：

$f_N(x,y)=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}M(i,j)\×\left[f((x+i-\frac{n}{2}),(y+j-\frac{n}{2}))\right]$

对图像进行卷积得到高斯模糊后的图像，其中，f(x，y)为原图像在x，y处的像素值，f_N(x，y)为高斯滤波处理后的图像在x，y处的像素值。

其中，步骤2中所述图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像，包括：

按照合成计算公式f_N(x，y)＝255，

当A(x，y)＞255时， $f_N(x,y)=\min \left(\right[B(x,y)\×\frac{255}{255-A(x,y)}],255),$

其中，f_N(x，y)为第二轮廓图像在x，y处像素的值，A(x，y)为图层A在x，y处像素的值，B(x，y)为图层B在x，y处像素的值。

其中，步骤3包括：

利用高斯模板计算公式 $g(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$ 将输入的彩色图像进行卷积处理，得到模糊图像，其中，g(x，y)是高斯滤波处理后模糊图像的像素点，σ是高斯的方差参数。

当高斯模板是n*n阶二维矩阵，记为M(x，y)时，则每个元素的值由高斯模板计算公式获得，其中x∈[0，n-1]，y∈[0，n-1]，n是高斯模板的阶数；

使用公式：

$f_N(x,y)=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}M(i,j)\×\left[f((x+i-\frac{n}{2}),(y+j-\frac{n}{2}))\right]$

对图像进行卷积得到高斯模糊后的图像，其中，f(x，y)为原图像在x，y处的像素值，f_N(x，y)为高斯滤波处理后的图像在x，y处的像素值。

上述方法还包括：对所述得到的模糊图像进行亮度和对比度的调节，其中亮度调节方法为：正常的情况下，图像的亮度曲线是斜率为1的直线，直接为模糊图像的每个像素增加一个常量，使亮度直线向y轴正向平移来增强图像的亮度，相反为每个像素减少一个常量，使亮度直线向y轴负向平移来使图像变暗，对比度的调节方法为：调节B、G、R分量向127靠拢来降低图像的对比度，相反调节B、G、R分量向127发散来增强图像的对比度，各颜色分量的调节公式为：y＝(1-k)×127+k×x，其中，k为调节的强度。

其中，步骤4包括：

把所述输入的彩色图像RGB空间映射到YCbCr颜色空间，其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，Cr指红色色度分量，对YCbCr空间的图像进行遍历，当某个像素点133＜Cr＜173并且77＜Cb＜128时，则认为该像素点为肤色像素点；

叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像

当A(x，y)≥Th时，f_N(x，y)＝f(x，y)

当A(x，y)＜Th时，f_N(x，y)＝B(x，y)

其中f_N(x，y)为最终生成的彩色素描图像在x，y点像素的值，A(x，y)为第一轮廓图像在x，y处的值，B(x，y)为第二轮廓图像在x，y处像素点的值，Th为叠加的阈值，肤色像素点叠加的阈值小于非肤色像素点叠加的阈值。

Th取值为0～255。

本发明所述一种彩色素描图像生成方法，通过使用灰度合成方法生成第一轮廓图像，并将生成的灰度图像复制成图层A和图层B，再对图层A依次进行反色和高斯滤波处理后，将图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像，之后通过对输入的彩色图像进行高斯滤波处理，获得一模糊的背景图像，再叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像，获得彩色素描图像的方法，可以快速生成令人满意且具有手绘风格的彩色素描图像。

进一步，通过肤色检测可以控制图像叠加的阀值，使得图像肤色部分更光滑，非肤色部分轮廓更分明。

附图说明

图1为本发明实施例所述彩色素描图像生成方法流程示意图；

图2为图1所示从输入的彩色图像到获得第二轮廓图像的流程示意图；

图3为图所示从输入的彩色图像到获得背景图像再到获得彩色素描图像流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本实施例提供了一种彩色素描图像生成方法，包括：

对输入的彩色图像采用灰度合成的方法生成第一轮廓图像，将第一轮廓图像复制成图层A和图层B，之后对图层A依次进行反色和高斯滤波处理后，将图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像；

再对输入的彩色图像进行高斯滤波处理，获得一模糊的背景图像，之后叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像，获得彩色素描图像。

如图2所示，从输入的彩色图像到第二轮廓图像的获得，具体的说由如下步骤实现：

首先，对输入的图像，即原始图像进行灰度化处理，使得彩色图像变成灰色图像，按照公式R₁＝G₁＝B₁＝R₀×0.229+G₀×0.587+B₀×0.114，可将原始图像上的像素点值都转换成新的像素值，进而得到灰度图像，即我们所述的第一轮廓图像，其中，R1，G1，B1表示灰度图像像素的RGB分量值，R0，G0，B0表示输入图像的RGB分量值；

之后将第一轮廓图像复制成两个图层，分别是图层A和图层B；

按照R₂＝255-R₁，G₂＝255-G₁，B₂＝255-B₁公式对图层A进行反色处理，计算出新的像素值，得到反色后的图像，即反色图；之后对反色图进行高斯滤波处理，其过程为：

利用高斯模板计算公式 $g(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$ 将反色后的图像进行卷积处理，得到模糊图像，其中，g(x，y)是高斯滤波处理后模糊图像的像素点，σ是高斯的方差参数。

当高斯模板是n*n阶二维矩阵，记为M(x，y)时，则每个元素的值由高斯模板计算公式获得，其中x∈[0，n-1]，y∈[0，n-1]，n是高斯模板的阶数；

使用公式：

$f_N(x,y)=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}M(i,j)\×\left[f((x+i-\frac{n}{2}),(y+j-\frac{n}{2}))\right]$

对图像进行卷积得到高斯模糊后的图像，其中，f(x，y)为原图像在x，y处的像素值，f_N(x，y)为高斯滤波处理后的图像在x，y处的像素值。

由于σ是高斯的方差参数，σ越小，图像越模糊；高斯模板的阶数n越大，图像也越模糊；所以，可以通过控制σ和n这两个参数对图像进行不同效果的模糊，进而来控制轮廓笔画的粗细，形成不同风格的彩色素描图像。

高斯滤波处理后得到滤波图，还在图层A上。于是，将图层A和图层B进行合成，得到第二轮廓图像。

图层A和图层B进行合成算法为：

按照合成计算公式f_N(x，y)＝255，

当A(x，y)＞255时， $f_N(x,y)=\min \left(\right[B(x,y)\×\frac{255}{255-A(x,y)}],255),$

其中，f_N(x，y)为第二轮廓图像在x，y处像素的值，A(x，y)为图层A在x，y处像素的值，B(x，y)为图层B在x，y处像素的值。

如图3所示，从输入的彩色图像到模糊图像的获得，具体的说由如下步骤实现：

利用高斯模板计算公式 $g(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$ 将输入的彩色图像，即原始图像进行高斯模糊卷积处理，得到模糊图像，其中，g(x，y)是高斯滤波处理后模糊图像的像素点，σ是高斯的方差参数；

当高斯模板是n*n阶二维矩阵，记为M(x，y)时，则每个元素的值由高斯模板计算公式获得，其中x∈[0，n-1]，y∈[0，n-1]，n是高斯模板的阶数；

使用公式：

$f_N(x,y)=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}M(i,j)\×\left[f((x+i-\frac{n}{2}),(y+j-\frac{n}{2}))\right]$

对图像进行卷积得到高斯模糊后的图像，其中，f(x，y)为原图像在x，y处的像素值，f_N(x，y)为高斯滤波处理后的图像在x，y处的像素值。

对所述得到的模糊图像进行亮度和对比度的调节，以产生柔和朦胧效果。

其中，亮度调节方法为：正常的情况下，图像的亮度曲线是斜率为1的直线，直接为模糊图像的每个像素增加一个常量，使亮度直线向y轴正向平移来增强图像的亮度，相反为每个像素减少一个常量，使亮度直线向y轴负向平移来使图像变暗；

对比度的调节方法为：从RGB彩色立方体可以看出，RGB颜色立方体的8个角都对应8种纯颜色，这八种纯颜色向立方体的中心逐渐混合，越靠近(127，127，127)，颜色的可区分性减弱(对比度减弱)，为此，调节B、G、R分量向127靠拢来降低图像的对比度，相反调节B、G、R分量向127发散来增强图像的对比度，各颜色分量的调节公式为：

y＝(1-k)×127+k×x，

其中，k为调节的强度。

上述对比度和亮度是两个背景颜色深度参数。于是，通过上述过程，得到一模糊的背景图像。

之后，将图2所示得到的第二轮廓图像和图3所示得到的模糊的背景图像进行叠加，即可得到彩色素描图像。

上述叠加过程，具体为：

在彩色素描生成过程中，由于轮廓的影响，使得图像中人的皮肤部分分形成局部粗糙的不良效果，为了使图像肤色部分显得光滑，本实施例所述彩色素描图像生成过程增加了肤色检测，然后再对肤色部分进行特别处理。首先，把所述输入的彩色图像RGB空间映射到YCbCr颜色空间，其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，Cr指红色色度分量，对YCbCr空间的图像进行遍历，当某个像素点133＜Cr＜173并且77＜Cb＜128时，则认为该像素点为肤色像素点；

之后，叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像

当A(x，y)≥Th时，f_N(x，y)＝f(x，y)

当A(x，y)＜Th时，f_N(x，y)＝B(x，y)

其中f_N(x，y)为最终生成的彩色素描图像在x，y点像素的值，A(x，y)为第一轮廓图像在x，y处的值，B(x，y)为第二轮廓图像在x，y处像素点的值，Th为叠加的阈值，肤色像素点叠加的阈值小于非肤色像素点叠加的阈值。Th取值为0～255。

可见，第一轮廓图像轮廓颜色越深，其像素值越大，故通过轮廓图像来控制目标素描图像的渲染。当A(x，y)大于等于阈值Th时，素描图像在该像素点由原图像来渲染，反正由背景图像来渲染。由此可见，阈值Th与A(x，y)决定了素描图像的在输入图像和获得的模糊的背景图像中获取像素的比例。同时，对于被检测为肤色的像素点，肤色像素点叠加的阈值要比非肤色像素点叠加的阈值小，这样可以减少轮廓叠加的比例而增加背景叠加的比例，可以减少肤色部分的纹理，而图像其他部分的纹理可以较好得到保留。

本实施例所述方法克服了亲笔彩色素描绘制的难度，不需要专业的绘画技术，素描画能自动生成；同时生成素描图像速度快，克服了亲笔素描需要花费大量时间的缺点；生成的彩色素描图像细腻、自然而具有水彩画风格，并且能通过调节笔画大小与颜色深度来生成不同风格不同效果的素描画。

综上所述，本实施例所述一种彩色素描图像生成方法，通过使用灰度合成方法生成第一轮廓图像，并将生成的灰度图像复制成图层A和图层B，再对图层A依次进行反色和高斯滤波处理后，将图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像，之后通过对输入的彩色图像进行高斯滤波处理，获得一模糊的背景图像，再叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像，获得彩色素描图像的方法，可以快速生成令人满意且具有手绘风格的彩色素描图像。

进一步，通过肤色检测可以控制图像叠加的阀值，使得图像肤色部分更光滑，非肤色部分轮廓更分明。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种彩色素描图像生成方法，其特征在于，包括：

步骤1，对输入的彩色图像采用灰度合成的方法生成第一轮廓图像，将第一轮廓图像复制成图层A和图层B；

步骤2，对图层A依次进行反色和高斯滤波处理后，将图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像；

步骤3，对输入的彩色图像进行高斯滤波处理，获得一模糊的背景图像；

步骤4，叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像，获得彩色素描图像。

2.根据权利要求1所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，步骤1中所述对输入的彩色图像采用灰度合成的方法生成第一轮廓图像，包括：

将输入图像的每个像素按照公式R₁＝G₁＝B₁＝R₀×0.229+G₀×0.587+B₀×0.114得到新的像素值，进而得到灰度图像，其中，R1，G1，B1表示灰度图像像素的RGB分量值，R0，G0，B0表示输入图像的RGB分量值。

3.根据权利要求1所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，步骤2中所述对图层A依次进行反色处理和高斯滤波处理，包括：

将图层A中的像素按照R₂＝255-R₁，G₂＝255-G₁，B₂＝255-B₁获得新的像素值，得到反色后的图像；

利用高斯模板计算公式 $g(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$ 将反色后的图像进行卷积处理，得到模糊图像，其中，g(x，y)是高斯滤波处理后模糊图像的像素点，σ是高斯的方差参数。

4.根据权利要求3所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，当高斯模板是n*n阶二维矩阵，记为M(x，y)时，则每个元素的值由高斯模板计算公式获得，其中x∈[0，n-1]，y∈[0，n-1]，n是高斯模板的阶数；

使用公式： $f_N(x,y)=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}M(i,j)\×\left[f((x+i-\frac{n}{2}),(y+j-\frac{n}{2}))\right]$

对图像进行卷积得到高斯模糊后的图像，其中，f(x，y)为原图像在x，y处的像素值，f_N(x，y)为高斯滤波处理后的图像在x，y处的像素值。

5.根据权利要求1所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，步骤2中所述图层A和图层B进行合成，获得第二轮廓图像，包括：

按照合成计算公式f_N(x，y)＝255，

当A(x，y)＞255时， $f_N(x,y)=\min \left(\right[B(x,y)\×\frac{255}{255-A(x,y)}],255),$

其中，f_N(x，y)为第二轮廓图像在x，y处像素的值，A(x，y)为图层A在x，y处像素的值，B(x，y)为图层B在x，y处像素的值。

6.根据权利要求1所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，步骤3包括：

利用高斯模板计算公式 $g(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$ 将输入的彩色图像进行卷积处理，得到模糊图像，其中，g(x，y)是高斯滤波处理后模糊图像的像素点，σ是高斯的方差参数。

7.根据权利要求6所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，当高斯模板是n*n阶二维矩阵，记为M(x，y)时，则每个元素的值由高斯模板计算公式获得，其中x∈[0，n-1]，y∈[0，n-1]，n是高斯模板的阶数；

使用公式：

$f_N(x,y)=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}M(i,j)\×\left[f((x+i-\frac{n}{2}),(y+j-\frac{n}{2}))\right]$

对图像进行卷积得到高斯模糊后的图像，其中，f(x，y)为原图像在x，y处的像素值，f_N(x，y)为高斯滤波处理后的图像在x，y处的像素值。

8.根据权利要求6或者7所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，还包括：对所述得到的模糊图像进行亮度和对比度的调节，其中亮度调节方法为：正常的情况下，图像的亮度曲线是斜率为1的直线，直接为模糊图像的每个像素增加一个常量，使亮度直线向y轴正向平移来增强图像的亮度，相反为每个像素减少一个常量，使亮度直线向y轴负向平移来使图像变暗，对比度的调节方法为：调节B、G、R分量向127靠拢来降低图像的对比度，相反调节B、G、R分量向127发散来增强图像的对比度，各颜色分量的调节公式为：y＝(1-k)×127+k×x，其中，k为调节的强度。

9.根据权利要求1所述的彩色素描图像生成方法，其特征在于，步骤4包括：

把所述输入的彩色图像RGB空间映射到YCbCr颜色空间，其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，Cr指红色色度分量，对YCbCr空间的图像进行遍历，当某个像素点133＜Cr＜173并且77＜Cb＜128时，则认为该像素点为肤色像素点；

叠加所述第二轮廓图像和模糊的背景图像

当A(x，y)≥Th时，f_N(x，y)＝f(x，y)

当A(x，y)＜Th时，f_N(x，y)＝B(x，y)

其中f_N(x，y)为最终生成的彩色素描图像在x，y点像素的值，A(x，y)为第一轮廓图像在x，y处的值，B(x，y)为第二轮廓图像在x，y处像素点的值，Th为叠加的阈值，肤色像素点叠加的阈值小于非肤色像素点叠加的阈值。

10.根据权利要求9所述的彩色素描图像生成方法，Th取值为0～255。

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