CN103236071A - 一种点画效果图片的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，公开了一种点画效果图片的生成方法，包括如下步骤：第一步：基于源图片，建立一张与所述源图片相同尺寸的空白目标图片；第二步：确定在所述目标图片上绘制彩点的终止条件；第三步：在所述源图片上确定一个彩点的位置，计算所述彩点的边缘强度信息确定彩点尺寸；第四步，根据所述彩点的所在区域的色彩信息确定彩点色彩；第五步：在所述目标图片的相同位置使用相同色彩绘制彩点；第六步：判断终止条件是否成立，如是则结束绘图，得到目标图片；如否则返回第三步；本方法实现点画效果图的快速高效绘制。

Description

一种点画效果图片的生成方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种点画效果图片的生成方法。

背景技术

点画效果图片是针对一幅参考图片，以不同尺寸的点重现其图片内容，以分散的点来表现连续的色调变换效果。以点构成画面的方法，包含Pointillism和Stippling，Halftone（dithering）三种：第一种是以不同色彩的、不同尺寸的纯色点叠加，表现一幅图片的内容，通常是指一种绘画方法和风格；第二种是以疏密相间的单一颜色的点来分别表现亮、暗色调，描绘图片内容，也是指一种绘画方法和风格；第三种与第二中方法类似，更多地针对数码图片，以疏密相间、大小不一的点来模拟表现亮、暗色调。

现有的点绘画技术中，都是以疏密相间的单色点（Stippling）或重合的彩色点（Pointillism）等方法来表现自然的图片色调变化。在绘画领域，要依靠画家的技巧与直觉。在半色调（halftone或dithering）方法中，对点彩的模拟最典型的是将误差传递分散的Floyd-Steinberg dithering方法。这些方法从总体上将参考图片转换为点彩图，但是并未针对每一幅图片，考查其具体的色调、频率特征。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种点画效果图片的生成方法，以期实现点画效果图片。

本发明采取的技术方案是：

一种点画效果图片的生成方法，其特征是，包括如下步骤：

第一步：基于源图片，建立一张与所述源图片相同尺寸的空白目标图片；

第二步：确定在所述目标图片上绘制彩点的终止条件；并设定彩点形状及其最大和最小尺寸；

第三步：在所述源图片上确定一个彩点的位置，计算所述彩点的边缘强度信息以确定彩点尺寸；

第四步，根据所述彩点的所在区域的色彩信息确定彩点色彩；

第五步：在所述目标图片的相同位置使用相同色彩绘制彩点；

第六步：判断终止条件是否成立，如是则结束绘图，输出目标图片；如否则返回第三步；

进一步，在所述第二步之前，还包括计算所述源图片的边缘强度信息；设定彩点的形状、最大尺寸和最小尺寸的步骤，所述第三步中得到的彩点尺寸应该确保在所述最大尺寸与最小尺寸之间；

进一步，所述彩点的形状为外凸的多边形、圆形或椭圆形。

进一步，所述第六步中的终止条件为在所述目标图片上绘制彩点的次数达到指定次数。

进一步，所述第六步中的终止条件为所述目标图片上绘制的彩点达到指定密度。

进一步，所述第二步中的终止条件为所述目标图片上绘制彩点的时间达到指定时间。

进一步，所述源图片的分量为单一的灰度强度分量、三维的RGB分量、HSV分量或LAB分量。

进一步，所述计算源图片的边缘强度信息的方法为通过采用计算机数字图像处理技术中的边缘算子或者梯度算子，计算源图片中的边缘强度信息。

进一步，所述第三步中确定彩点位置的方法是随机确定。

进一步，所述第三步中确定彩点的尺寸的方法包括如下步骤：

采用数字图像处理技术中的边缘算子或梯度算子过滤源图片，得到一张二维的边缘强度图片；

根据边缘强度图片考查全部边缘强度值的上、下边界值以及彩点位置的边缘强度值；

根据公式d=f（Rmax，Rmin，Emax，Emin），计算出彩点的尺寸d，其中Rmax、Rmin分别为彩点的最大尺寸和最小尺寸，Emax、Emin分别为边缘强度值的上、下边界值。

进一步，在所述第四步，将彩点覆盖区域内的像素色彩的平均值作为彩点的色彩。

本发明的有益效果是：

以计算机为工具，针对数字图片，自动、快速地产生点画效果的图片。

附图说明

附图1是本发明中实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种点画效果图片的生成方法的具体实施方式作详细说明。

一种点画效果图片的生成方法，包括如下步骤：

第一步：基于源图片，建立一张与所述源图片相同尺寸的空白目标图片。

源图片为电子彩色图片，其色彩分量为RGB、HSV或LAB。目标图片也对应为与源图片同样格式的彩色图。

第二步：确定在所述目标图片上绘制彩点的终止条件并设置彩点尺寸的上、下边界值和彩点形状。

终止条件为确定目标图片绘制完成的条件，终止条件可以通过以下几种算法来确定，一种是根据目标图片上绘制彩点的次数达到指定次数时，确定为绘制终止条件；另一种是根据目标图片上绘制彩点达到指定密度时，确定为绘制终止条件；还有一种是根据目标图片上绘制彩点时间达到指定时间，确定为绘制终止条件。这三种终止条件可根据实际应用的源图片大小，源图片的色彩等参数进行选择。

第三步：在所述源图片上确定一个彩点的位置，计算所述彩点的边缘强度信息确定彩点尺寸。

彩点的形状可选为圆形、椭圆或任意的多边形，优选圆形。

彩点位置的确定可通过随机方式。彩点尺寸的确定方法包括如下步骤：

采用数字图像处理技术中的边缘算子或梯度算子过滤源图片，得到一张二维的边缘强度图片；根据边缘强度图片计算出边缘强度值的上、下边界值以及彩点的边缘强度值；根据公式d=f（Rmax，Rmin，Emax，Emin），计算出彩点的尺寸d，其中Rmax、Rmin分别为彩点的最大尺寸和最小尺寸，Emax、Emin分别为边缘强度的上、下边界值。

在第二步之前，需要先行计算所述源图片的边缘强度信息，也要事先设定彩点的形状、最大尺寸和最小尺寸，第三步中得到的彩点尺寸要确保在所述最大尺寸与最小尺寸之间。

计算源图片的边缘强度信息的方法为通过采用计算机数字图像处理技术中的边缘算子或者梯度算子，计算源图片中的边缘强度信息。

第四步，根据所述彩点的所在区域的色彩信息确定彩点色彩。

彩点色彩的确定方法是，取彩点覆盖区域内的像素色彩的平均值作为彩点的色彩。

第五步：在所述目标图片的相同位置使用相同色彩绘制彩点；

第六步：判断终止条件是否成立，如是则结束绘图，输出目标图片；如否则返回第三步。每次在目标图片上绘制线条前，都要进行终止条件的判断。

下面以一个具体的实施例对本发明进行更详细的阐述。

参见附图1，在建立好彩色目标图片I_TAR后，计算源图片I_SOU的边缘强度信息（参见图中步骤S1）。以下叙述中，I_SOU和I_TAR也表示源图片和目标图片的色彩矩阵。

将I_SOU转换为灰度图片矩阵I_GRAY。对I_SOU每一个像素的红、绿、蓝三个分量值r、g、b，其灰度值为

gray=(r+g+b)/3   （1）

利用公式1将I_SOU的所有彩色像素转换为灰度图片阵列I_GRAY。

选择边缘检测算子，过滤I_GRAY，得到I_SOU的边缘强度矩阵I_EDGE。

对于I_GRAY中任何一个像素p，其3×3邻域表示为 $N=\left[\begin{array}{ccc}p1& p2& p3\\ p4& p& p6\\ p7& p8& p9\end{array}\right],$ 那么，采用Sobel算子 $\mathrm{Hh}=\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 0& 0& 0\\ -1& -2& -1\end{array}\right]$ 和 $\mathrm{Hv}=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -1\\ 2& 0& -2\\ 1& 0& -1\end{array}\right],$ 对于I_GRAY上任一像素p，其在I_EDGE上的对应位置上的边缘强度值e计算为：

$e=0.5\×(\mathrm{Hh}\·N+\mathrm{Hv}\·N)=0.5\×(\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 0& 0& 0\\ -1& -2& -1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}p1& p2& p3\\ p4& p& p6\\ p7& p8& p9\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -1\\ 2& 0& -2\\ 1& 0& -1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}p1& p2& p3\\ p4& p& p6\\ p7& p8& p9\end{array}\right])$

$=0.5\×(p1+2p2+p3-p7-2p8-p9+p1+2p4+p7-p3-2p6-p9)=0.5\×(2p1+2p2+2p4-2p6-2p8-2p9)$

$=p1+p2+p4-p6-p8-p9---\left(2\right)$

所以，本例中计算像素p的强度值，也可以用 $H=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& 0& -1\\ 0& -1& -1\end{array}\right]$ 来滤波。

边缘强度正规化。对于I_EDGE，正规化以方便后续计算。计算公式如下：

I_EDGE=(I_EDGE-I_EDGEmin)/(I_EDGEmax-I_EDGEmin)   (3)

公式（3）中的I_EDGEmax和I_EDGEmin是I_EDGE中的最大值和最小值。经过公式（3）处理之后的I_EDGE，其强度值的范围在[0,1]之间。

设定彩点的形状、最大尺寸、最小尺寸以及允许绘制的最大点数及绘制的终止条件（参见图中步骤S2）。

彩点的形状从便于控制、方便实现的角度考虑，优先选择圆形。这样，设置圆点的最大直径为Dmax，最小直径为Dmin。圆心的位置就是后续步骤中的绘画彩点的位置。允许绘制的最大点数设置为Nd，这个是为后续步骤用作截止判断用的。

随机确定一个彩点p的位置（参见图中步骤S3）。

彩点位置坐标在I_TAR覆盖的范围内随机选择确定。在以计算机语言实现时，就是生成两个范围在[0，1]的伪随机数rand1和rand2。假设I_TAR的总行数和总列数分别是row0和column0，那么随机确定一个彩点p的行和列位置（row，column）为：

row=ceil（rand1×row0）

column=ceil（rand2×column0）   （4）

公式（4）中的ceil是向上圆整函数。

取得源图片I_EDGE上位置（row，column）处的边缘强度信息以确定彩点尺寸（参见图中步骤S4）。

彩点p的直径d与其所在位置的边缘强度成反比例关系。计算方法如下：

d=round{[1-I_EDGE(row，column)]×(D_max-D_min)+D_min}   (5)

公式（5）中的round是圆整函数。

取得源图片I_SOU上彩点位置所在区域的色彩信息以确定彩点色彩（参见图中步骤S5）。

根据当前彩点的位置（row,column）以及彩点直径d，确定彩点覆盖的I_SOU区域。彩点覆盖区域，也就是以当前彩点位置（row,column）为圆心，以d为直径的圆形区域。规则如下：

假设彩点色彩分量初始值为（r’，g’，b’）＝（0，0，0），累计像素数量为n，那么

（1）考查I_SOU的一个像素（r1，g1，b1），如果这个像素属于当前彩点位置所在区域，那么r’＝r’+r1，g’＝g’+g1，b’＝b’+b1，n=n+1；否则考查下一个像素直到考查全部像素结束为止。

（2）r’＝r’/n，g’＝g’/n，b’＝b’/n。

也就是说，按照上述规则确定的（r’,g’,b’）是彩点所在区域色彩的平均值。

在目标图片I_TAR的彩点位置上绘制彩点（参见图中步骤S6）。

以I_TAR上的位置（row，column）为圆心，以d为直径，绘制一个色彩为的圆。也就是说，将I_TAR上的所有位于当前彩点覆盖区域内的像素的色彩设置为（r’，g’，b’）。

判断绘制彩点数是否已经达到设定的最大点数Nd：是，则返回步骤S3，否则继续下一步（参见图中步骤S7）。

得到点绘画目标图片I_TAR（参见图中步骤S8）。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种点画效果图片的生成方法，其特征在于，包括如下步骤： 

第一步：基于源图片，建立一张与所述源图片相同尺寸的空白目标图片； 

第二步：确定在所述目标图片上绘制彩点的终止条件；并设定彩点形状及其最大和最小尺寸； 

第三步：在所述源图片上确定一个彩点的位置，计算所述彩点的边缘强度信息确定彩点尺寸； 

第四步，根据所述彩点的所在区域的色彩信息确定彩点色彩； 

第五步：在所述目标图片的相同位置使用相同色彩绘制彩点； 

第六步：判断终止条件是否成立，如是则结束绘图，输出目标图片；如否则返回第三步。

2.根据权利要求1所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：在所述第二步之前，还包括计算所述源图片的边缘强度信息，确定彩点的形状、最大尺寸和最小尺寸的步骤，所述第三步中得到的彩点尺寸应该确保在所述最大尺寸与最小尺寸之间。

3.根据权利要求2所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：所述彩点的形状为外凸的多边形、圆形或椭圆形。 

4.根据权利要求1所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：所述第二步中的终止条件为在所述目标图片上绘制彩点的次数达到指定次数。 

5.根据权利要求1所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：所述第二步中的终止条件是所述目标图片上绘制的彩点达到指定密度。 

6.根据权利要求1所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：所述第二步中的终止条件是所述目标图片上绘制彩点的时间达到指定时间。 

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种点画效果图片的生成方法，其 特征在于：所述源图片的分量为单一的灰度强度分量、三维的RGB分量、HSV分量或LAB分量。 

8.根据权利要求2所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：所述计算源图片的边缘强度信息的方法为通过采用计算机数字图像处理技术中的边缘算子或者梯度算子，计算源图片中的边缘强度信息。 

9.根据权利要求1至6中任一项所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：所述第三步中确定彩点位置的方法是随机确定。 

10.根据权利要求1至6中任一项所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：所述第三步中确定彩点的尺寸的方法包括如下步骤： 

采用数字图像处理技术中的边缘算子或梯度算子过滤源图片，得到一张二维的边缘强度图片； 

根据边缘强度图片考查全部边缘强度值的上、下边界值以及彩点位置的边缘强度值； 

根据公式d=f（Rmax，Rmin，Emax，Emin），计算出彩点的尺寸d，其中Rmax、Rmin分别为彩点的最大尺寸和最小尺寸，Emax、Emin分别为边缘强度值的上、下边界值。 

11.根据权利要求1至6中任一项所述的一种点画效果图片的生成方法，其特征在于：在所述第四步，将彩点覆盖区域内的像素色彩的平均值作为彩点的色彩。