CN103093437B - 生成铅笔画风格图像的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生成铅笔画风格图像的方法，包括：获取原始图像；对所述原始图像进行灰度处理，生成灰度图像；对所述灰度图像进行最大值滤波操作，生成滤波图像；对所述滤波图像做反色处理，生成反色图像，对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合，生成混合图像；对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合，生成铅笔画风格图像。此外，还包括一种生成铅笔画风格图像的装置。上述生成铅笔画风格图像的方法及装置可以提高处理速度，且生成的铅笔画风格图像表现出形与色的充分融合，充满唯美的铅笔淡彩以及卡通意趣。

Description

生成铅笔画风格图像的方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种生成铅笔画风格图像的方法及装置。

背景技术

日常生活中，人们在拍照之后为了使照片具有一定的艺术风格，通常会对照片进行后期处理，将拍摄的照片风格化，生成具有艺术效果的图片，例如生成具有铅笔画风格的图片。

目前生成铅笔画风格图像的方法有两种，一种是基于真实图像的图像处理渲染生成方法（IBR），另一种是基于模型的非真实感渲染生成方法（NPR）。

基于模型的非真实感渲染生成方法需要对场景建模以及与人交互才能生成，且需要具备一定的绘画技术才能创作出一幅令人满意的画，所以无法满足多样的场景和自动化处理的需求，在自动生成铅笔画方面不具有普遍性。

基于真实图像的图像处理渲染生成方法符合多样的场景需求，目前一般是通过Photoshop等图像编辑软件对真实图像进行复杂的设计来生成，此方法需要在PC端才能完成，而且需要一定的计算机和美术基础，设计耗时，无法满足自动生成的需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高处理速度的生成铅笔画风格图像的方法。

一种生成铅笔画风格图像的方法，包括：

获取原始图像；

对所述原始图像进行灰度处理，生成灰度图像；

对所述灰度图像进行最大值滤波操作，生成滤波图像；

对所述滤波图像做反色处理，生成反色图像，对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合，生成混合图像；

对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合，生成铅笔画风格图像。

在其中一个实施例中，所述对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合的步骤之前还包括：

提高所述原始图像的饱和度，并降低所述原始图像的对比度。

在其中一个实施例中，所述提高所述原始图像的饱和度，并降低所述原始图像的对比度的步骤为：

将所述原始图像的饱和度提高30至60，并将所述原始图像的对比度降低30至60。

在其中一个实施例中，所述对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合生成混合图像的步骤为：

根据第一Alpha混合算子：

$C_{1(i,j)}=(1-{\mathrm{\α}}_1)\×B_{1(i,j)}+{\mathrm{\α}}_1\×\frac{B_{1(i,j)}}{255-F_{1(i,j)}}$

生成混合图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₁为所述混合图像，α₁为第一混合透明度，B₁为所述反色图像，F₁为所述灰度图像。

在其中一个实施例中，所述对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合的步骤包括：

获取所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度；

根据所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度生成副本图像，且所述副本图像的色相与饱和度为所述原始图像的色相与饱和度，所述副本图像的亮度为所述混合图像的亮度；

根据第二Alpha混合算子：

C_2(i，j)＝(1-α₂)×B_2(i，j)+α₂×A_(i，j)

生成铅笔画风格图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₂为所述铅笔画风格图像，α₂为第二混合透明度，B₂为所述原始图像，A为所述副本图像。

此外，还有必要提供一种能提高处理速度的生成铅笔画风格图像的装置。

一种生成铅笔画风格图像的装置，包括：

原始图像获取模块，用于获取原始图像；

灰度图像生成模块，用于对所述原始图像进行灰度处理，生成灰度图像；

滤波图像获取模块，用于对所述灰度图像进行最大值滤波操作，生成滤波图像；

混合图像生成模块，用于对所述滤波图像做反色处理，生成反色图像，对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合，生成混合图像；

风格化图像生成模块，用于对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合，生成铅笔画风格图像。

在其中一个实施例中，所述风格化图像生成模块还用于提高原始图像的饱和度，并降低原始图像的对比度。

在其中一个实施例中，所述风格化图像生成模块还用于将原始图像的饱和度提高30至60，并将原始图像的对比度降低30至60。

在其中一个实施例中，所述混合图像生成模块还用于根据第一Alpha混合算子：

$C_{1(i,j)}=(1-{\mathrm{\α}}_1)\×B_{1(i,j)}+{\mathrm{\α}}_1\×\frac{B_{1(i,j)}}{255-F_{1(i,j)}}$

生成混合图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₁为所述混合图像，α₁为第一混合透明度，B₁为所述反色图像，F₁为所述灰度图像。

在其中一个实施例中，所述风格化图像生成模块还用于获取所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度；根据所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度生成副本图像，且所述副本图像的色相与饱和度为所述原始图像的色相与饱和度，所述副本图像的亮度为所述混合图像的亮度；根据第二Alpha混合算子：

C_2(i，j)＝(1-α₂)×B_2(i，j)+α₂×A_(i，j)

生成铅笔画风格图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₂为所述铅笔画风格图像，α₂为第二混合透明度，B₂为所述原始图像，A为所述副本图像。

上述生成铅笔画风格图像的方法及装置，仅对图像做了灰度处理、最大值滤波以及Alpha混合等操作，上述操作均为线性计算，因此计算量较小，从而提高了处理速度。

同时，本发明能够在PC端或移动智能终端将一幅拍摄的照片快速自动地生成一幅铅笔画风格图像（若处理的照片为彩照，则为彩色铅笔画风格；若处理的照片为灰度照，则为灰度铅笔画风格），有效地解决了传统技术中存在的问题，而且其还能够在硬件环境相对较差的智能终端中也能够快速自动地处理。铅笔画风格最终效果表现出形与色的充分融合以及充满唯美的铅笔淡彩和卡通意趣。

附图说明

图1为一个实施例中生成铅笔画风格图像的方法的流程图；

图2为一个实施例中原始图像的效果图；

图3为一个实施例中铅笔画风格图像的效果图；

图4为一个实施例中生成铅笔画风格图像的装置的结构示意图。

具体实施方式

在一个实施例中，如图1所示，一种生成铅笔画风格图像的方法，包括：

步骤S102，获取原始图像。

原始图像即需要对其添加铅笔画风格的艺术特效的图像。在一个实施例中，可监听智能终端的拍照事件，当捕获到智能终端的拍照事件时，自动获取拍照得到的照片作为原始图像。

步骤S104，对原始图像进行灰度处理，生成灰度图像。

灰度处理即是使彩色图像的RGB分量相等的过程。

在一个实施例中，可根据公式：

p(i,j)＝0.299×r(i,j)+0.587×g(i,j)+0.114×b(i,j)

计算原始图像中像素点对应的灰度值，从而生成灰度图像。其中p(i,j)为像素点(i,j)处的灰度值，r(i,j)为像素点(i,j)处的红色分量，g(i,j)像素点(i,j)处的绿色分量，b(i,j)像素点(i,j)处的蓝色分量。

需要说明的是，由于对原始图像进行灰度处理后，原始图像的大小以及分辨率不变，因此，原始图像的像素点(i,j)与灰度图像的像素点(i,j)位置上对应。

步骤S106，对灰度图像进行最大值滤波操作，生成滤波图像。

最大值滤波即以滤波窗口中灰度值最大的像素点的像素值作为滤波窗口中心的像素点的像素值。在一个实施例中，滤波半径为1像素，即滤波窗口为3×3的像素区域。也就是说，可以该3×3的像素区域遍历灰度图像的所有像素点，并将该像素区域中最大的灰度值作为遍历到的像素点的灰度值。

步骤S108，对滤波图像做反色处理，生成反色图像，对灰度图像与反色图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合，生成混合图像。

反色处理即将滤波图像中像素点的灰度值取反，即用255减去像素点的灰度值得到反色处理后的像素点的灰度值。

在一个实施例中，对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合而生成混合图像的步骤为：

根据第一Alpha混合算子：

$C_{1(i,j)}=(1-{\mathrm{\α}}_1)\×B_{1(i,j)}+{\mathrm{\α}}_1\×\frac{B_{1(i,j)}}{255-F_{1(i,j)}}$

生成混合图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₁为所述混合图像，α₁为第一混合透明度，B₁为所述反色图像，F₁为所述灰度图像。

由上述公式可知，灰度图像中灰度值较高的部分在混合图像中得到保留，灰度值较低的部分在简单图像中得到了削弱，由于混合图像仍为反色，因此，实质上色彩较重的部分得到保留，颜色较浅的部分被削弱成，使得图像中的边缘部分得到突出，从而使颜色得到减淡。

步骤S110，对原始图像与混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合，生成铅笔画风格图像。

在本实施例中，原始图像的像素点的颜色为基色，混合图像的像素点的颜色为混合色，可利用混合色的明度以及基色的色相与饱和度生成铅笔画风格图像的像素点的颜色。混合色图像的像素点的灰度值仅仅影响原始图像的像素点的明暗度。

在一个实施例中，对原始图像与混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合而得到铅笔画风格图像的步骤可包括

获取所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度；根据所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度生成副本图像，且所述副本图像的色相与饱和度为所述原始图像的色相与饱和度，所述副本图像的亮度为所述混合图像的亮度；根据第二Alpha混合算子：

C_2(i，j)＝(1-α₂)×B_2(i,j)+α₂×A_(i，j)

生成铅笔画风格图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₂为所述铅笔画风格图像，α₂为第二混合透明度，B₂为所述原始图像，A为所述副本图像。

在本实施例中，可获取原始图像的副本，并通过将其亮度设置为混合图像的亮度生成副本图像；也可获取混合图像的副本，并通过将其色相与饱和度设置为原始图像的色相与饱和度来生成副本图像。也就是说，生成的副本图像同时具有原始图像的亮度以及混合图像的色相与饱和度。

需要说明的是α₁与α₂可以取相同的值也可取不同的值。

在一个实施例中，对原始图像与混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合的步骤之前还可提高原始图像的饱和度，并降低原始图像的对比度。

在本实施例中，提高原始图像的饱和度的步骤可具体为：将原始图像的饱和度提高30至60。

在本实施例中，降低原始图像的对比度的步骤可具体为：将原始图像的对比度降低30至60。

在一个实施例中，还可获取OpenGL、Direct3D或者OpenGL ES（一种图形处理接口）的GPU（Graphic Processing Unit，图形处理芯片）接口函数，通过接口函数执行上述步骤S104、步骤S106、步骤S108和步骤S110。

GPU即显卡的图形处理单元。由于GPU相对于CPU（Central ProcessingUnit，中央处理单元）拥有更多的计算单元，因此在并行计算上具有速度优势，从而提高了处理速度。

如图2和图3所示，图2为原始图像的效果图，图3为经过上述步骤得到的铅笔画风格图像效果图。由图3可看出，生成的铅笔画风格图像中线条部分颜色较深，而环境颜色较浅，具有典型的铅笔画艺术效果。

在一个实施例中，如图4所示，一种生成铅笔画风格图像的装置包括：原始图像获取模块102、灰度图像生成模块104、滤波图像获取模块106、混合图像生成模块108以及风格化图像生成模块110。其中：

原始图像获取模块102，用于获取原始图像。

原始图像即需要对其添加铅笔画风格的艺术特效的图像。在一个实施例中，可监听智能终端的拍照事件，当捕获到智能终端的拍照事件时，自动获取拍照得到的照片作为原始图像。

灰度图像生成模块104，用于对原始图像进行灰度转换，生成灰度图像。

灰度处理即是使彩色图像的RGB分量相等的过程。

在一个实施例中，灰度图像生成模块104可用于根据公式：

p(i,j)＝0.299×r(i,j)+0.587×g(i,j)+0.114×b(i,j)

计算原始图像中像素点对应的灰度值，从而生成灰度图像。其中p(i,j)为像素点(i,j)处的灰度值，r(i,j)为像素点(i,j)处的红色分量，g(i,j)像素点(i,j)处的绿色分量，b(i，j)像素点(i,j)处的蓝色分量。

需要说明的是，由于对原始图像进行灰度转换后，原始图像的大小以及分辨率不变，因此，原始图像的像素点(i,j)与灰度图像的像素点(i,j)位置上对应。

滤波图像获取模块106，用于对灰度图像进行最大值滤波操作，生成滤波图像D₂。

最大值滤波即以滤波窗口中灰度值最大的像素点的像素值作为滤波窗口中心的像素点的像素值。在一个实施例中，滤波半径为1像素，即滤波窗口为3×3的像素区域。也就是说，可以该3×3的像素区域遍历灰度图像的所有像素点，并将该像素区域中最大的灰度值作为遍历到的像素点的灰度值。

混合图像生成模块108，用于对滤波图像做反色处理得到反色图像后，对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合，生成混合图像。

反色处理即将滤波图像中像素点的灰度值取反，即用255减去像素点的灰度值得到反色处理后的像素点的灰度值。

在一个实施例中，混合图像生成模块108可用于根据第一Alpha混合算子：

$C_{1(i,j)}=(1-{\mathrm{\α}}_1)\×B_{1(i,j)}+{\mathrm{\α}}_1\×\frac{B_{1(i,j)}}{255-F_{1(i,j)}}$

生成混合图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₁为所述混合图像，α₁为第一混合透明度，B₁为所述反色图像，F₁为所述灰度图像。

由上述公式可知，灰度图像中灰度值较高的部分在混合图像中得到保留，灰度值较低的部分在简单图像中得到了削弱，由于混合图像仍为反色，因此，实质上色彩较重的部分得到保留，颜色较浅的部分被削弱成，使得图像中的边缘部分得到突出，从而使颜色得到减淡。

风格化图像生成模块110，用于对原始图像与混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合，生成铅笔画风格图像。

在本实施例中，原始图形的像素点的颜色为基色，混合图像的像素点的颜色为混合色，可利用混合色的明度以及基色的色相与饱和度生成铅笔画风格图像的像素点的颜色。混合图像的像素点的灰度值仅仅影响原始图像的像素点的明暗度。

在一个实施例中，风格化图像生成模块110还用于获取所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度；根据所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度生成副本图像，且所述副本图像的色相与饱和度为所述原始图像的色相与饱和度，所述副本图像的亮度为所述混合图像的亮度；根据第二Alpha混合算子：

C_2(i，j)＝(1-α₂)×B_2(i，j)+α₂×A_(i，j)

生成铅笔画风格图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₂为所述铅笔画风格图像，α₂为第二混合透明度，B₂为所述原始图像，A为所述副本图像。

在本实施例中，可获取原始图像的副本，并通过将其亮度设置为混合图像的亮度生成副本图像；也可获取混合图像的副本，并通过将其色相与饱和度设置为原始图像的色相与饱和度来生成副本图像。也就是说，生成的副本图像同时具有原始图像的亮度以及混合图像的色相与饱和度。

需要说明的是α₁与α₂可以取相同的值也可取不同的值。

在一个实施例中，风格化图像生成模块110还可用于在对原始图像与混合图像根据第二Alpha混合算子进行混合的步骤之前提高原始图像的饱和度，并降低原始图像的对比度。

在本实施例中，风格化图像生成模块110还可用于将原始图像的饱和度提高30至60。

在本实施例中，风格化图像生成模块110还可用于将原始图像的对比度降低30至60。

在一个实施例中，生成铅笔画风格图像的装置还可包括GPU接口函数获取模块（图中未标示），用于获取OpenGL、Direct3D或者OpenGL ES（一种图形处理接口）的GPU（Graphic Processing Unit，图形处理芯片）接口函数。灰度图像生成模块104、滤波图像获取模块106、混合图像生成模块108和风格化图像生成模块110则可用于通过该接口函数执行上述的功能。

GPU即显卡的图形处理单元。由于GPU相对于CPU（Central ProcessingUnit，中央处理单元）拥有更多的计算单元，因此在并行计算上具有速度优势，从而提高了处理速度。

上述生成铅笔画风格图像的方法及装置，仅对图像做了灰度处理、最大值滤波以及图像混合等操作，上述操作均为线性计算，因此计算量较小，从而提高了处理速度。

同时，本发明能够在PC端或移动智能终端将一幅拍摄的照片快速自动地生成一幅铅笔画风格图像（若处理的照片为彩照，则为彩色铅笔画风格；若处理的照片为灰度照，则为灰度铅笔画风格），有效地解决了传统技术中存在的问题，而且其还能够在硬件环境相对较差的智能终端中也能够快速自动地处理。铅笔画风格最终效果表现出形与色的充分融合以及充满唯美的铅笔淡彩和卡通意趣。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种快速自动生成铅笔画风格图像的方法，包括：

获取原始图像，所述原始图像是通过监听智能终端的拍照事件，当捕获到智能终端的拍照事件时，自动获取拍照得到的照片；

对所述原始图像进行灰度处理，生成灰度图像；

所述灰度处理的处理过程为根据公式：

p(i,j)＝0.299×r(i,j)+0.587×g(i,j)+0.114×b(i,j)

计算原始图像中像素点对应的灰度值，从而生成灰度图像,其中p(i,j)为像素点(i,j)处的灰度值，r(i,j)为像素点(i,j)处的红色分量，g(i,j)像素点(i,j)处的绿色分量，b(i,j)像素点(i,j)处的蓝色分量；

对所述灰度图像进行最大值滤波操作，生成滤波图像；

对所述滤波图像做反色处理，生成反色图像，对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合，生成混合图像；

对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合，生成铅笔画风格图像；获取OpenGL、Direct3D或者OpenGL ES的GPU接口函数，通过GPU接口函数执行上述步骤；

所述对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合的步骤之前还包括：

提高所述原始图像的饱和度，并降低所述原始图像的对比度；

所述提高所述原始图像的饱和度，并降低所述原始图像的对比度的步骤为：

将所述原始图像的饱和度提高30至60，并将所述原始图像的对比度降低30至60。

2.根据权利要求1任一项所述的生成铅笔画风格图像的方法，其特征在于，所述对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合生成混合图像的步骤为：

根据第一Alpha混合算子：

$C_{1(i,j)}=(1-{\mathrm{\α}}_1)\×B_{1(i,j)}+{\mathrm{\α}}_1\×\frac{B_{1(i,j)}}{255-F_{1(i,j)}}$

生成混合图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₁为所述混合图像，α₁为第一混合透明度，B₁为所述反色图像，F₁为所述灰度图像。

3.根据权利要求1任一项所述的生成铅笔画风格图像的方法，其特征在于，所述对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合的步骤包括：

获取所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度；

根据所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度生成副本图像，且所述副本图像的色相与饱和度为所述原始图像的色相与饱和度，所述副本图像的亮度为所述混合图像的亮度；

根据第二Alpha混合算子：

C_2(i,j)＝(1-α₂)×B_2(i,j)+α₂×A_(i,j)

生成铅笔画风格图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₂为所述铅笔画风格图像，α₂为第二混合透明度，B₂为所述原始图像，A为所述副本图像。

4.一种快速自动生成铅笔画风格图像的装置，其特征在于，包括：

原始图像获取模块，用于获取原始图像，所述原始图像是通过监听智能终端的拍照事件，当捕获到智能终端的拍照事件时，自动获取拍照得到的照片；

灰度图像生成模块，用于对所述原始图像进行灰度处理，生成灰度图像，

所述灰度处理的处理过程为根据公式：

p(i,j)＝0.299×r(i,j)+0.587×g(i,j)+0.114×b(i,j)

计算原始图像中像素点对应的灰度值，从而生成灰度图像,其中p(i,j)为像素点(i,j)处的灰度值，r(i,j)为像素点(i,j)处的红色分量，g(i,j)像素点(i,j)处的绿色分量，b(i,j)像素点(i,j)处的蓝色分量；

滤波图像获取模块，用于对所述灰度图像进行最大值滤波操作，生成滤波图像；

混合图像生成模块，用于对所述滤波图像做反色处理，生成反色图像，对所述反色图像与所述灰度图像根据第一Alpha混合算子进行图像混合，生成混合图像；

风格化图像生成模块，用于对所述原始图像与所述混合图像根据第二Alpha混合算子进行图像混合，生成铅笔画风格图像；获取OpenGL、Direct3D或者OpenGL ES的GPU接口函数，通过GPU接口函数执行上述灰度图像生成模块、滤波图像获取模块、混合图像生成模块和风格化图像生成模块；

所述风格化图像生成模块还用于提高原始图像的饱和度，并降低原始图像的对比度；

所述风格化图像生成模块还用于将原始图像的饱和度提高30至60，并将原始图像的对比度降低30至60。

5.根据权利要求4任一项所述的生成铅笔画风格图像的装置，其特征在于，所述混合图像生成模块还用于根据第一Alpha混合算子：

$C_{1(i,j)}=(1-{\mathrm{\α}}_1)\×B_{1(i,j)}+{\mathrm{\α}}_1\×\frac{B_{1(i,j)}}{255-F_{1(i,j)}}$

生成混合图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₁为所述混合图像，α₁为第一混合透明度，B₁为所述反色图像，F₁为所述灰度图像。

6.根据权利要求4任一项所述的生成铅笔画风格图像的装置，其特征在于，所述风格化图像生成模块还用于获取所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度；根据所述原始图像的色相与饱和度以及所述混合图像的亮度生成副本图像，且所述副本图像的色相与饱和度为所述原始图像的色相与饱和度，所述副本图像的亮度为所述混合图像的亮度；根据第二Alpha混合算子：

C_2(i,j)＝(1-α₂)×B_2(i,j)+α₂×A_(i,j)

生成铅笔画风格图像；其中，(i,j)为像素坐标，C₂为所述铅笔画风格图像，α₂为第二混合透明度，B₂为所述原始图像，A为所述副本图像。