CN103413342B - 一种基于像素点的图像文字渐变方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于像素点的图像文字渐变方法，该方法首先识别源文字图像和目标文字图像中的文字，并将它们缩放为大小一致的标准化图像；再根据像素颜色值分别对其进行二值化处理；判断并修改两幅图像中文字的阴阳性；新建合成图像，并根据像素颜色值判断源图像和目标图像中文字的重叠情况，为合成图像划分区域；提取合成图像中不同区域的像素点集，分别对点集进行排序；最后依序变换合成图像中不同区域的像素点颜色，实现文字之间的渐变效果。本发明能够实现任意文字之间的渐变，原理简单，易于实现，并能够保证文字之间的自然过渡，效果较好。

Description

一种基于像素点的图像文字渐变方法

技术领域

本发明公开了一种基于像素点的图像文字渐变快速绘制方法，属于图像处理技术领域，尤其涉及图像渐变处理的技术方法。

背景技术

文字图像渐变在动画制作、广告设计和影视特效等领域有着广泛的应用。该技术主要包括两个方面，即图像文字像素提取和文字渐变效果实现。现有技术公开了多种提取图像文字的方法。

一种提取图片文字边缘图的方法(参见：易剑等，专利“一种图片文字检测的方法”，申请号：CN200710122155.2)，该技术根据图像像素在各颜色分量上的边缘图得到累积边缘图，再利用基于颜色的聚类方法将累积边缘图分解成若干子边缘图，从而简化图像文字边缘区域，但是需要分别获取各颜色分量的边缘，检测较繁琐。

一种基于滤波方法的图像文字检测(参见：姚鸿勋等，专利“自然场景图像文字检测方法”，申请号：CN200810137571.4)，该技术采用多尺度向性滤波的方法进行图像文字检测，再利用纹理扫描算子在多尺度的小波特征上提取局部纹理模式，并利用文字区域的纹理方向特性最终确定文字区域。该方法能够适应图像对比度和文字粗细和大小的变化，鲁棒性较好，但涉及大量数学公式，计算过程较为复杂。

文字渐变效果的实现主要根据图像变形的原理，使两幅图像中的文字按照一定的时间顺序向相反方向变化，实现源图像和目标图像的灰度混合。文字图像渐变效果的好坏关键在于渐变的平滑自然程度。现有技术主要分为三类方法。

基于区域划分的变换，该类方法主要采取分割统一的思想，将文字图像分割成若干子块，通过改变局部子块的形态来实现整幅文字图像形态的改变，例如基于网格划分的变形和三角剖分的变形(参见：朱桂斌等，基于Delaunay三角剖分的图像变形技术研究，中国图像图形学报A辑，2003，8(6):641-646)，该类算法运算速度快，但处理分割的好坏决定变化的效果，实现效果不一定理想。

基于特征线的变换(参见：林永兴等，一种改进的基于特征线对的图像变形方法。浙江理工大学学报，2010，1(27):98-102)，该技术提取图像上的特征线，并利用特征线确定活动像素点的偏移量，该类算法能够保证文字图像的过渡平滑，但计算速度较慢。

基于像素点的变化(参见：张朋霞等，一种基于像素的图像变形算法应用。绵阳师范学院学报，2007，11(26):95-97)，该技术将文字图像看成是由若干像素点组成的无规则点集，通过建立源图像和目标图像之间的映射关系来获得源图像在目标图像中像素点的位置，求解函数获得映射关系，例如径向基函数。该类算法效果较好，但需要求解复杂的函数，故运算效率不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于像素点的图像文字渐变方法，能够快速生成文字渐变效果，提取文字像素点时无需计算各个颜色分量上的边缘图，能够快速获取文字像素点，并自动划分图像区域。无需计算复杂的函数以获取图像之间的映射，提高了运算效率，能够简单、快捷地制作出任意文字的渐变动画。

本发明公开一种基于像素点的图像文字渐变快速绘制方法，其步骤如下：

1.对文字图像进行预处理：读取两张位图格式的文字图像，分别定义为源图像和目标图像，对两幅图像进行标准化预处理，通过识别相关文字的包围盒以及删减像素点和线性插值颜色的方法，将它们缩放为大小相等的标准化图像，图像以平面像素点集的形式存储。

2.对标准化图像进行二值化处理：逐行检测源图像和目标图像的像素颜色值，即平面像素点集内各像素点的三个颜色分量值，求出三个分量的平均值代表该像素点的颜色值。设置阈值，将像素点集分为颜色值高于或低于阈值的两类，通过修改颜色值，将具有连续色调变化的标准化图像转化为图像区域内由黑色和白色像素点构成的平面像素点集。

3.调整图像文字的阴阳性：定义白底黑字为阳字，黑底白字为阴字，检测图像边缘即平面像素点集中首行和末行、首列和末列的像素点颜色值，根据颜色分布情况判断两幅图像中文字的阴阳性。若检测到阴字，通过修改像素点的颜色值将阴字修改为阳字。

4.新建文字图像的合成图：生成宽高与源图像和目标图像一致的合成图像，即行数和列数与前两组点集相同的平面像素点集，并为合成图像点集内各元素设置标记位，用于记录文字混合后的重叠情况。

5.判断文字图像重叠情况：首先，检测源图像中的文字像素，通过逐行扫描的方法检测平面像素点集内各像素点的颜色值，若检测到颜色值为0的像素点，进一步搜索周围相邻的像素点，分别判断颜色值，若颜色值为0的像素点个数超过给定阈值，则该像素点为源图像中的文字像素点，即渐变过程中的源文字。接着，为合成图像中的对应像素点设置标记用以区分属于源文字的像素点和属于背景的像素点。其次，按照相同方法逐行检测目标图像中各像素点的颜色值，判断目标图像中的文字像素点，即渐变过程中的目标文字，若检测到目标文字像素点，则为合成图像的对应像素点设置标记，并根据上一步的标记情况判断该像素点是否属于源文字和目标文字的重叠区域，即两文字的公共部分，并重新设置标记。合成图像根据标记情况被划分为4个不同部分，即源文字和目标文字的重叠部分，仅属于源文字的部分，仅属于目标文字的部分和图像背景部分。

6.提取活动区域和固定区域的像素点集：根据合成图像的划分情况分别生成三组平面像素点集，点集1包括源文字和目标文字重叠部分的像素点，点集2包括仅属于源文字的像素点，点集3包括仅属于目标文字的像素点。定义前者为固定区域的像素点集，在渐变过程中始终保持颜色值不变，定义后两者为活动区域的像素点集，通过不断改变该区域内像素点的颜色值实现文字渐变效果。

7.确定活动区域内像素点的显示顺序：设置活动区域内各像素点的初始搜索范围，即以像素点v为圆心，R为半径的圆形区域，半径R为待输入参数，逐渐扩大搜索范围直到搜索到位于固定区域的像素点v’，若搜索区域包含若干个像素点，取距离v最近的像素点v’。将v到v’的几何距离作为v的参考权值。针对不同的像素点集，根据权值大小分别对其进行排序，确定各像素点的显示排序。

8.实现文字渐变效果：通过变换合成图像中各像素点的颜色值实现文字的渐变效果。首先，分别为合成图像中各区域的像素点设置初始颜色值，查找属于点集1，即固定区域的像素点，保持颜色为黑色，查找属于点集2，即活动区域中仅属于源文字的像素点，设置初始颜色为黑色，查找属于点集3，即活动区域中仅属于目标文字的像素点，设置初始颜色为白色，并设置图像背景颜色被白色，使合成图仅显示源文字。其次，针对活动区域，按照显示顺序，逐渐淡化黑色像素点，同时逐渐加深白色像素点的颜色，使源文字消失的同时逐渐生成目标文字。变化过程中活动区域像素点的颜色值Color由线性插值公式计算得出，受变化速率s影响，s为给定的控制参数，保证像素颜色按照给定的速率平滑过渡，从而实现文字之间的渐变效果。

本发明相对于现有技术，具有如下优点：

1.首先对文字图像进行二值化处理，在二值化图片的基础上根据像素颜色值判断文字像素，相对于复杂的图像边缘提取算法，不仅计算简便，而且能够获得较好的文字识别效果。

2.采取基于同心圆的最近距离排序原则排列活动区域的像素点，保证渐变过程中不会产生离群点，保证了动画的质量。

3.采取线性插值的方法计算像素点在每帧的颜色值，保证颜色过渡平滑自然，提升了整体效果，并且设置参数用于满足任意速率的变化。

4.根据像素点颜色值将像素点进行分类，分别处理每类像素点，因此涉及较小范围的搜索过程和计算过程，无需求解复杂的函数建立图像之间的映射关系，节约了计算时间。

附图说明

图1为本发明方法的流程图及相关数据变化情况；

图2是标准化处理后得到的标准图像A；

图3是标准化处理后得到的标准图像B；

图4是具有连续色调的局部细节图；

图5是经过二值化处理后的局部细节图；

图6是平面像素点v的一阶相邻点示意图；

图7是合成图的局部标记示意图；

图8是源文字和目标文字共同部分的示意图；

图9是活动区域内仅属于源文字的示意图；

图10是活动区域内仅属于目标文字的示意图；

图11是像素点v搜索v’的过程，初始搜索范围是以v为圆心，R为初始半径的圆形区域；

图12是文字渐变效果图。

具体实施方式

为了更清楚地阐述本发明的技术方案，下面结合附图和实例，对本发明做详细说明。

如图1所示，一种图像文字渐变效果的快速生成方法，其具体实施步骤如下：

根据用户指定的源文字图像和目标文字图像以及控制参数(包括标准化图像的宽高、搜索半径、文字渐变速率等)，实现图像文字的渐变效果。

1.对文字图像进行预处理：本实例采取增加和删减像素点和线性插值颜色的方法对宽高不同的文字图像进行缩放。首先，定义两张位图格式的文字图像为源图像和目标图像，分别将其读入内存，并看作是具有连续色调变化的平面像素点集，建立二维数组存放点集内各像素点。定义顶点数据结构POINT，包含rgbBlue，rgbGreen和rgbRed三个分量，分别存放各像素点的RGB值。其次，根据给定的宽高参数，分别计算源图像和目标图像与标准化图像的宽高比例，按比例缩放，例如读入图像的宽为6像素，即每行像素为p0～p5，标准图像的宽为12像素，则复制p0～p5，插入到各像素的后一位。若缩放系数不是整数，则先确定像素点p0～p5在标准化图像中的位置，并通过线性插值的方法计算中间像素点的颜色值。附图2和附图3是标准化处理后得到的两张文字图像。

2.对标准化图像进行二值化处理：先后对源图像和目标图像进行二值化处理，逐行检测平面像素点集内各像素点的三个颜色分量值，即rgbBlue、rgbGreen和rgbRed，求出三个分量的平均值C，表示该像素点的颜色值。设置阈值K，将像素点集分为颜色值高于K值或低于K值的两类，对于高于K值的像素点，设置各个分量的颜色值为255，即像素点颜色为白色，对于低于K值的像素点，设置各个分量的颜色值为0，即像素点的颜色值为黑色，由此将具有连续色调变化的标准化平面像素点集转化仅由黑色像素点和白色像素点构成的平面像素点集。二值化过程重置了源图像和目标图像中颜色值介于黑色和白色之间的像素点，有利于对图像中文字像素点的识别。附图4是具有连续色调的文字局部细节图，附图5是经过二值化处理后得到的局部细节图。

3.调整图像文字的阴阳性：本实例采用检测图像边缘的方法判断文字的阴阳性。首先，定义白底黑字为阳字，黑底白字为阴字。其次先后检测源图像和目标图像中文字的阴阳性，对于M×N的平面像素点集，检测第1行和第M行、第1列和第N列像素点的颜色值，若白色像素点的个数大于阈值n(n为指定参数，取1.5×(M+N))，说明背景色为白色，图像文字为阳字，阴字反之。最后修改文字的阴阳性，若检测到图像文字为阴字，为图像上各像素点颜色值取反，即白色变为黑色，黑色变为白色，从而将源图像和目标图像中的文字统一转化为阳字。

4.新建文字图像的合成图：生成宽高与源和目标图像一致的合成图像，即行数和列数与前两组点集相同的平面像素点集，并为合成图像点集内各像素点设置标记位，共有0、1、2和3四种，分别记录源图像文字和目标图像文字混合后的四种情况。

5.判断文字图像重叠情况：为获取源图像和目标图像中文字的重叠情况，本实例采取逐行扫描的方法分别检测源图像和目标图像中的文字像素，并在合成图像的对应像素点上设置标记以区分像素点的类别，主要包括以下3步：

1)检测源文字图像中的文字像素点，首先，采取逐行扫描的方法检测平面像素点集内各像素点的颜色值，即检测数组元素v的三个颜色分量值，计算平均值，代表其颜色值，若颜色值为0，进一步搜索v周围相邻的8个像素点，如附图6所示，记为v0～v7，分别判断颜色值。如果图像边界上的像素点v的相邻像素点数不足8个,按其实际相邻像素点数进行搜索。为防止图像中存在噪声点干扰判断，设置阈值N(一般为2)，若颜色值为0的周围像素点的个数超过阈值N，则说明像素点v是源图像的文字像素点，即渐变过程中的源文字。其次，为合成图像中与像素点v位置对应的像素点设置标记，如附图7(a)所示，标记2表示该像素点属于源文字部分，标记0表示该像素点属于源图像背景部分。

2)检测目标图像中的文字像素点，首先，按照相同方法逐行检测像素点集内各像素点的颜色值，若颜色值为0，进一步检测周围相邻8个像素点的颜色值(图像边界上的像素点v的相邻像素点数不足8个,按其实际相邻像素点数进行检测)，判断目标图像中的文字像素点，即渐变过程中的目标文字；。其次，为合成图像中的对应像素点设置标记，如附图7(b)所示，标记3表示该像素点属于目标文字部分，标记0表示该像素点属于目标图像背景部分。

3)为反映合成图像中源文字和目标文字的重叠情况，需要修改合成图像中相应像素点的标记，如附图7(c)所示，若第i行第j列的像素点存在标记值2和3，说明该像素点属于源文字和目标文字的共同部分，将标记值修改为1，若存在标记值2和0，说明该像素点仅属于源文字，同理，标记值为3和0，说明像素点仅属于目标文字，无需修改。若标记值始终为0，像素点为合成图的背景点。根据标记情况，合成图像被划分为四块区域，即共同部分、仅属于源文字的部分、仅属于目标文字的部分和图像背景部分。

6.提取活动区域和固定区域的像素点集：根据合成图像的划分情况提取三组像素点集，分别生成数组存放点集1，即源文字和目标文字重叠部分的像素点，点集2，即仅属于源文字的像素点，点集3，即仅属于目标文字的像素点。以繁体字“华”和“实”为例，附图8、9和10分别表示提取后的3组像素点集，其中，前者被定义为固定区域的像素点集，在渐变过程中始终保持不变，后两者被定义为活动区域的像素点集，在渐变过程中不断变换颜色。

7.确定活动区域内像素点的显示顺序：本实例采用基于几何距离的排序规则分别对活动区域内的两组点集进行排序，即仅属于源文字的像素点集和仅属于目标文字的像素点集。首先，设置各像素点的初始搜索范围，即以像素点v为圆心，R为半径的圆形区域，如附图11所示，其中半径R由输入参数确定。其次，在该范围内搜索属于固定区域(源和目标文字的共同部分)的像素点v’，若搜索区域包含若干个像素点v’，则取距离v最近的像素点v’，若搜索不到像素点v’，则扩大搜索范围直到搜索到属于固定区域的像素点v’，其中搜索半径R1为：

R1＝R+λR

R1的初始值为R，λ为增长因子，搜索过程如附图11所示。接着，将v到v’的几何距离作为像素点v的参考权值。其次，根据权值大小分别对活动区域中两组像素点集进行排序，对于仅属于源文字的像素点集，采取从大到小的顺序排列，对于仅属于目标文字的像素点集，采取从小到大的顺序排列，排序方法采取基于递归原理的快速排序算法。

8.实现文字渐变效果：本实例通过变换合成图像中各像素点的颜色值实现文字的渐变效果，主要分为以下2步：

1)为合成图像中各区域像素设置初始状态，查找合成图中属于点集1，即固定区域的像素点，在渐变过程中始终保持各像素点的RGB颜色值为0(黑色)，查找合成图中属于点集2，即活动区域中仅属于源文字的像素点，设置初始RGB颜色值为0(黑色)，查找合成图中属于点集3，即活动区域中仅属于目标文字的像素点，设置初始RGB颜色值为255(白色)，并设置合成图像中的背景像素点的颜色值为255(白色)，使合成图像仅显示源文字。

2)针对合成图中活动区域的像素点，按照显示顺序，逐渐淡化点集2中的黑色像素点，同时逐渐加深点集3中相应像素点的颜色，使源文字消失的同时逐渐生成目标文字。由于采用基于几何距离的顺序操作像素点，保证渐变过程中源文字由外而内逐渐消失，目标文字由内而外逐渐呈现。同时为实现文字之间的平滑过渡，活动区域像素点的颜色值Color1和Color2由线性插值公式计算得出：

Color1＝C₀+(1-t)·s·(C₁-C₀)

Color2＝C₀+t·s·(C₁-C₀)

Color1表示仅属于源文字的像素点颜色值，在变化过程中逐渐变淡，Color2表示仅属于目标文字的像素点颜色值，在变化过程中逐渐加深，t为变化量，值取0～1，s表示颜色变化速率，是用户给定的控制参数，C0表示初始颜色值，取255，C1表示最终颜色值，取0。利用线性插值公式，使像素点颜色按照给定的速率平滑过渡，从而实现文字之间的较为理想的渐变效果，附图12展示了由繁体字“华”逐渐变化到繁体字“实”的过程。

Claims (1)

1.一种基于像素点的图像文字渐变方法，其步骤是：

a.图像文字预处理：读取两幅位图格式的文字图像，分别定义为源图像和目标图像，识别文字的平面包围盒，对两幅位图图像进行标准化预处理，分别将它们缩放为宽高一致的标准化图像；

b.对标准化图像进行二值化处理：逐行检测源图像和目标图像的像素颜色值，将具有连续色调变化的标准化图像转化为图像区域内由黑色和白色像素点构成的平面像素点集；

c.调整图像文字的阴阳性：定义白底黑字为阳字，黑底白字为阴字，检测图像边缘的像素点的颜色值，根据两幅图像的颜色分布情况判断相关文字的阴阳性；若检测到阴字，通过修改像素点的颜色值将阴字修改为阳字；

d.新建文字图像的合成图像：即生成宽高与源图像和目标图像一致、由白色像素点组成的平面像素点集，并为点集内各元素设置标记位，记录文字像素的重叠情况；

e.判断文字图像的重叠情况：检测源图像中的文字像素，通过逐行扫描的方法检测平面像素点集内各像素点的颜色值，在搜索到颜色值为0的像素点的基础上，进一步判断相邻像素点的颜色分布情况，满足条件的像素点为源图像中的文字像素点，即渐变过程中的源文字，否则为背景像素点；按照相同方法检测目标图像中的文字像素，即渐变过程中的目标文字；为合成图像的对应像素点设置标记，用以划分合成图像中的不同部分，包括源文字和目标文字的重叠部分、仅属于源文字的部分、仅属于目标文字的部分和图像背景部分；

f.提取活动区域和固定区域的像素点：根据合成图像的划分情况分别提取三组像素点集，包括源文字和目标文字重叠部分的像素点集、仅属于源文字的像素点集和仅属于目标文字的像素点集，前者被定义为固定区域的像素点集，后两者被定义为活动区域的像素点集；

g.确定活动区域内像素点的显示顺序：为活动区域内各像素点设置搜索范围，即以像素点v为圆心，R为半径的圆形区域，在该范围内搜索距离像素点v最近且属于固定区域的像素点v’，将两点的几何距离作为参考权值，并根据权值大小分别对活动区域中各像素点进行排序，确定像素点的显示顺序；

h.实现文字渐变效果：通过变换合成图像中像素点的颜色值实现文字渐变效果，设置合成图像中各区域像素点的初始颜色值，保持固定区域的像素点为黑色，将活动区域中仅属于源文字的像素点设置为黑色，仅属于目标文字的像素点设置为白色；针对活动区域，按照显示顺序，逐渐淡化黑色像素点的同时加深白色像素点的颜色，即源文字消失的同时显现目标文字；通过线性插值颜色并设置变化速率，保证颜色的平滑过渡，实现文字之间的渐变效果。