CN104978708A - 交互式绝版套色木刻数字合成技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了交互式绝版套色木刻数字合成技术，采集刻痕图像，获取刻痕元素，并对刻痕元素进行编辑，生成刻痕库；将输入图像进行色彩聚类处理；按聚类后的颜色进行分层，得到各版次彩色模板和二值模板，对刻痕库中的刻痕采用刻痕绘制算法，将刻痕变形后放置到与彩色模板线条对应的位置，生成各版次黑白木刻图像并完成刻痕纹理的合成工作；进行着色和边缘绘制；得到最终的图像。本发明的有益效果是数字合成的绝版套刻效果图和艺术家实际创作的作品较为相似，效果好。

Description

交互式绝版套色木刻数字合成技术

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，涉及交互式绝版套色木刻数字合成技术。

背景技术

绝版套色木刻版画，简称绝版套刻，是对普通木刻版画的一种延伸。普通套色木刻采用多版套印的形式，而绝版套刻利用一版多套的原理，在同一版面上采用边刻边印的方法完成作品套印，仅用一块木板，刻一版印一版。完成一次颜色印刷后，将画面需要该颜色的部分刻去，使之在木板上呈现凹面，再次印刷时，该部分颜色保留在画面上，而其它部分被再次印刷的颜色所覆盖，因此产生色彩重叠的特殊效果。由于每完成一次印刷均要进行一次刻制，刻制之后无法印刷前一版内容，因此称为“绝版”。绝版套刻正因其特殊的创作形式使其更具艺术价值。本发明通过计算机数字模拟技术，以数字的方式合成具有绝版套刻效果的图像。。绝版套刻是一种极具云南地方特色和艺术价值的中国传统文化，因此数字模拟合成该艺术形式不仅解决了其“绝版”问题，更是对中国传统文化的保留和传承。本发明提出一种交互式云南绝版套色木刻版画数字合成方法，并开发了相关的软件系统。该方法依靠笔刷绘制，操作简单快捷，同时提供了更加灵活的创作空间以产生不同风格的艺术作品。

在非真实感绘制领域，套色木刻数字合成方面的研究并不多。MIZUNO,S.^[1]等人提出一个虚拟的木刻自动生成系统，对木刻版画中使用到的工具按物理特性建模，通过对虚拟颜料的模拟来生成木刻版画。但该方法是对三维物理过程的模拟，交互过于复杂，计算速度较慢。Mello^[2]等人提出基于图像的虚拟木刻风格化方法，先进行图像分割，然后计算方向场、模拟木刻纹理，最后渲染纹理来完成木刻风格化绘制。但是该函数模型过于简单，产生的线条较为单一，与真实的木刻刻痕存在较大差距。而且，该方法仅限于黑白木刻。Winnemoller^[3]提出一种扩展于高斯差分(XDOG)的风格化方法，该方法通过调整参数可以得到铅笔画、炭笔画和黑白木刻画等风格化效果，但是该方法局限于图像边缘部分的风格化，并且参数较多，不容易控制。解婉誉[4]提出一种基于改进的ETF模型，在生成的流线上放置刻痕纹理的木刻合成方法，其将图像分为前景背景，前景进行二值化后局部膨胀，再贴入刻痕，背景采用纹理合成方法生成木刻版画背景，再将前景背景进行合成。但该方法效果并不理想，并且局限于黑白木刻，无法应用于套色木刻版画的合成。

发明内容

本发明的目的在于提供交互式绝版套色木刻数字合成技术，解决了现有木刻版画数字模拟合成技术中刻痕不真实和过于简单，局限于对黑白木刻版画模拟的问题。

本发明所采用的技术方案是交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于提供一种基于二维的图形、图像交互操作的方式来生成具有绝版套刻版画效果的图像，该方案按照以下步骤进行：

步骤1：采集刻痕图像，获取刻痕元素，并对刻痕元素进行编辑，生成刻痕库；

步骤2：首先将输入图像进行色彩聚类处理；

步骤3：按聚类后的颜色进行分层，相同颜色为一层，得到各版次彩色模板和二值模板，彩色模板模拟真实套刻时的各版次，二值模板则为后面着色前的掩膜处理做准备；

步骤4：对刻痕库中的刻痕采用刻痕绘制算法，将刻痕变形后放置到与彩色模板线条对应的位置，生成各版次黑白木刻图像；对于大量重复并简单的刻痕，利用画笔绘制小块刻痕纹理样本，通过纹理合成技术合成大块刻痕纹理，最终通过笔刷将合成的纹理绘制到彩色模板中；

步骤5：采用Image Quilting纹理合成方法来完成刻痕纹理的合成工作；

步骤6：着色；

步骤7：色彩传递；基于已有真实绝版套刻色彩素材，交互式的拾取颜色对原颜色表中各版颜色值进行更改。

步骤8：边缘绘制；采用XDoG(eXtended Difference-of-Gaussians)算法进行边缘提取及风格化处理。

进一步，所述步骤1中刻痕元素的获取方法采用闭合型抠图算法。

进一步，所述步骤1所述刻痕元素编辑分为扭曲，旋转，缩放，编辑操作利用图像几何变换中的投影变换完成。

进一步，所述步骤2中进行色彩聚类处理采用K-mean聚类算法。

进一步，所述步骤6中着色的方法为：

1)步骤4、5刻痕绘制合成后，得到各版次的黑白木刻图像如图7所示，设各版图像为I_wi，i∈(0,k-1)，其中k为版数(即层数)，利用步骤2、3生成的二值模板(记为T_Bi，i∈(0,k-1))进行掩膜处理，去除不属于本层的部分；

2)设二值模板图像T_Bi中某点像素值为Pt(x,y)，前面各版的累加二值模板为T_BO(i-1)，其对应像素值为Pto(x,y)，当前版黑白木刻图像I_wi上相同坐标点处的像素值为Pc(x,y)，上一版I_w(i-1)在该点处像素值为Pcp(x,y)；设当前版I_wi的颜色值为color_current，下一版I_w(i+1)的颜色值为color_next，且记gray为I_wi中当前像素的灰度值。则有

当Pt(x,y)＝0时：

如果Pto(x,y)＝1，则Pc(x,y)＝Pcp(x,y)；

如果Pto(x,y)＝0，则Pc(x,y)＝color_next；

当Pt(x,y)＝1时：

如果Pc(x,y)＝gray，则Pc(x,y)＝color_mix；

如果Pc(x,y)≠gray，则Pc(x,y)＝color_next；

其中color_mix为当前层颜色color_current和下一层颜色color_next的混合，即公式(3)。

$\mathrm{color}\_\mathrm{mix}=\mathrm{color}\_\mathrm{current}\×\frac{\mathrm{gray}}{255}+\mathrm{color}\_\mathrm{next}\×(1-\frac{\mathrm{gray}}{255})---\left(3\right).$

3)重复1)，2)两步直至所有图层着色完成。图8为每版着色效果。

进一步，所述步骤7中的式色彩传递方法前期收集已有的真实绝版套刻图像素材，并将这些素材整理生成颜色体系素材库，在进行着色前若需要更改原颜色表中各版颜色值时，从素材库中选取内容类似的素材，拾取该素材的相应颜色值，用其替换原颜色表中相应版的颜色值，然后再进行着色。

进一步，所述步骤8中XDoG定义为：

$g{(x}^{^},\mathrm{\σ})\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{-{\left|\right|x^{^}\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}---\left(4\right)$

$G(x^{^},\mathrm{\σ},I)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}\∫I\left(x\right)e^{\frac{-{\left|\right|x^{^}-x\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}\text{dx---}\left(5\right)$

D₀(x^，σ,k,I)＝G(x^,σ,I)-G(x^,k·σ,I)   (6)

公式(4)定义了以原点为中心的二维高斯函数，式中x^代表二维坐标系中的坐标点，σ为标准差，公式(5)为图像I与高斯函数g进行卷积，公式(6)为DoG算子。

本发明的有益效果是数字合成的绝版套刻图像和艺术家实际创作的绝版套刻作品较为相似，模拟效果好。

附图说明

图1是扫描得到的圆口刀真实刻痕图像示意图；

图2是改进的闭合型抠图算法抠图结果；

图3(a)是刻痕编辑界面示意图；

图3(b)是刻痕编辑结果示意图；

图4是刻痕放置算法中的向量计算的曲线上矢量计算；

图5是刻痕放置算法中的向量计算的刻痕上矢量计算；

图6是Image Quilting算法的边界最小路径示意图；

图7(a)为绘制后得到的黑白木刻图；

图7(b)为对应第2版木刻结果图；

图7(c)为对应第6版木刻结果图；

图8为从左至右依次为第1版，第2版，第3版，最终版的着色效果图；

图9为一幅真实绝版套刻素材进行交互式色彩传递后得到的着色结果图；

图10(a)为人物采用算法得到的灰度的风格化边缘图；

图10(b)为花采用算法得到的灰度的风格化边缘图；

图11(a)为输入的原始图像；

图11(b)为Photoshop木刻滤镜合成效果示意图；

图11(c)为采用本发明方法得到的效果图；

图11(d)为真实绝版套刻作品示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明所提出的方法分为两个阶段。第一阶段，前期收集了大量真实的版画作品和刻痕图像，从中提取了多种刻痕元素构建了刻痕库，刻痕库按刻刀种类分类，目前共有217种不同刻痕。第二阶段，数字模拟套印过程。首先对输入图片进行颜色聚类分层用以模拟不同版次；再通过笔刷绘制刻痕来模拟不同版次刻制操作；然后对每版图像着色来模拟真实绝版套刻的印刷过程；最后利用风格化边缘对合成版画的轮廓进行增强。最终合成具有云南绝版套刻风格的图像。

步骤1：首先进行刻痕图像采集；采用基于真实刻痕元素的绘制技术，因此收集多样的刻痕元素就显得尤为重要。我们前期搜集了大量数字扫描的真实版画作品和刻痕图像，从这些图像中可以提取出大量形状各异的刻痕元素。如图1所示为圆口刀数字扫描得到的部分真实刻痕图像。

刻痕元素的提取及刻痕库的生成：通过数字扫描得到的刻痕图像往往都是类似图1所示的，大量刻痕在一张图片上面。采用闭合型抠图算法(Closed-Form)，对刻痕图像进行抠图并获取刻痕元素。抠图结果如图2所示。

为方便使用提取的刻痕元素进行编辑等操作，本发明按不同刻刀进行分类并按页式管理方式建立了刻痕库，目前刻痕库有圆口刀刻痕69种，三角刀刻痕69种，平口刀刻痕74种，用户自定义刻痕5种，共217种不同刻痕。

刻痕元素编辑分为扭曲，旋转，缩放等操作。刻痕的编辑操作利用图像几何变换中的投影变换(Projective Mapping)完成。投影变换将图片投影到一个新的视平面上。投影变换的通用的变换公式如公式1所示。其中u,v为原图像坐标，x,y为目标图像坐标，m_ij为变换矩阵的矩阵元素，其中i＝1,2,3,j＝1,2,3,是矩阵的行列坐标。投影变换可以将原图像变换成任意四边形。通过指定原始图像与变换后图像的四个顶点坐标来计算变换矩阵，从而实现刻痕编辑功能。图3(a)(b)为刻痕编辑界面及编辑结果示意图。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{uq}\\ \mathrm{vq}\\ q\end{array}\right]=\left(\begin{array}{ccc}{m}_{11}& m_{12}& m_{13}\\ m_{21}& m_{22}& m_{23}\\ m_{31}& m_{32}& m_{33}\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中q是公式(1)变换后坐标的齐次因子。

步骤2：首先将输入图像进行色彩聚类处理；

根据云南绝版套色木刻的“一版多套”的套印原理，采用按颜色将图像进行分层的方式模拟不同版次的印刷效果。然而，现实中的彩色图片颜色数量非常多，因此将颜色进行聚类可以得到颜色数量较少的图像。再按颜色将其分层分版，便能实现“一版多套”的手法。

采用K-mean^[5]聚类算法，该算法对于N维欧氏空间中的点进行聚类时，运行速度较快，算法简单，适合本方法中的颜色聚类。K-means是一种迭代算法，通过不断的合并相近颜色，重新计算类簇中心而使迭代结果趋于稳定。

K-means算法是一种硬聚类算法^[6]，是典型的基于原型的目标函数聚类算法。以数据点到类别中心的某种距离和作为优化目标函数，利用函数求极值的方法进行迭代运算。K-means算法以欧氏距离作为相似性测度。算法经常使用的聚类准则函数为误差平方和准则函数。K-means算法采用迭代更新的方法，每次迭代根据k个聚类中心将周围的数据点分为k簇。并将重新计算的每个簇的几何中心(簇中所有点的平均值)用作下一轮迭代的参照点。迭代使得参照点越来越接近真实簇的几何中心，所以目标函数越来越小，聚类效果越来越好。

步骤3：按聚类后的颜色进行分层，可得到各版次的彩色模板和二值模板。该操作是为了划分真实版画创作过程中的不同版次，每种颜色分为一层，即为一个版次。

根据已经颜色聚类处理后得到的颜色进行分层，相同颜色为一层，该层标识了具有某种颜色的像素和不具有那种颜色的像素，称为彩色模板，把彩色模板黑白二值化，得到二值模板，彩色模板模拟真实套刻时的各版次，二值模板则为后面着色前的掩膜处理做准备。

步骤4：刻痕库中选择刻痕元素并进行编辑，编辑后的刻痕元素可根据需要生成刻痕纹理(多个刻痕)。通过交互式的操作，将刻痕元素或刻痕纹理放置到上一步分层后的彩色模板上，生成各版次黑白木刻图像。该操作模拟真实版画创作过程中的刻制操作。然后再模拟真实版画的套色印刷过程，对各版次黑白木刻图像进行着色得到各版次彩色木刻图像。

本发明提出了一种交互式绘制刻痕的方法，通过绘制线条，根据线条的形状和方向来放置刻痕元素或刻痕纹理，以实现刻痕的绘制。线条则由用户使用画笔或画刷在彩色模板上绘制。为了保证线条的平滑度和流线的形态，本发明中曲线线条均采用三次Bézier曲线^[9]进行绘制。由于彩色模板上的曲线有不同的弧度形状，而刻痕库中的刻痕是固定形状，因此需要将刻痕进行变形后放置到与彩色模板线条对应的位置。

刻痕绘制算法描述如下：

1)获取Bézier曲线(以下简称曲线)每一像素点坐标(x,y)，分别存入数组BezierCurve[N][2]中，并获取曲线区域REC(曲线中最小横纵坐标-20到最大横纵坐标+20的区域)。

2)设置曲线寻点步长LStep，按此步长遍历曲线数组BezierCurve[N][2]，获取曲线特征点坐标(x,y)，分别存入数组Point[N][4]前两项。

3)计算刻痕特征点步长TStep＝(刻痕长TL/曲线长CL)*曲线步长LStep。按此步长获取刻痕对应特征点坐标(x’,y’)，分别存入数组Point[N][4]后两项。

4)在曲线区域REC内任取一点P(u,v)，根据点距离公式计算曲线上距离P最近和次近特征点NP，SNP，根据向量积公式可得向量和的夹角θ(如图4所示)：

$\mathrm{\θ}=\arcsin \frac{\stackrel{\→}{a}\×\stackrel{\→}{b}}{\left|\stackrel{\→}{a}\right|\left|\stackrel{\→}{b}\right|}.$

5)根据NP和SNP点可以在数组Point[N][4]找到对应的刻痕特征点NP'(nx',ny')和SNP'(snx',sny')。为求对应P'(x,y)，如图5设单位向量根据点积公式和单位向量性质可列方程组如公式(2)。解方程组可得x’,y’，从而可得刻痕上对应的P'点。s、n表示点坐标。

6)判断P'点是否越界(即不在刻痕上)，越界则P点置背景像素值，否则P点置P'点像素值。

7)重复4)，5)，6)步，直到区域REC内所有像素点计算结束。

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′2}+y^{\′2}=1\\ ({\mathrm{nx}}^{\′}-{\mathrm{snx}}^{\′})x^{\′}+(n{y}^{\′}-{\mathrm{sny}}^{\′})y^{\′}=\cos \mathrm{\θ}\·\sqrt{{({\mathrm{nx}}^{\′}-\mathrm{sn}{x}^{\′})}^2+{(n{y}^{\′}-{\mathrm{sny}}^{\′})}^2}\end{array}\right.---\left(2\right)$

在绝版套刻版画中，很多时候需要刻大量重复并简单的刻痕。比如版画背景，头发，墙面，田野等。在版画实际创作中，艺术家经常重复这样的工作。因此针对这种刻痕，本发明利用画笔绘制小块刻痕纹理样本，通过纹理合成技术合成大块刻痕纹理，最终通过笔刷将合成的纹理绘制到彩色模板中。

步骤5：刻痕纹理的合成；

Image Quilting算法是Efros与Freeman^[8]提出的一个基于块合成的经典算法。该算法对结构性纹理合成效果较好，合成速度较快。Image Quilting算法在两个相邻的纹理块的重合区域中，计算一条最佳的缝合路径作为新和成纹理块的边界。具体过程如图6。B1是已合成的纹理块，B2是一个待合成块。B1与B2之间有重叠部分，在该重叠区域内寻找一条最小误差路径来作为B2的左边缘，贴入到结果图像中。重复以上步骤直到合成整幅图像。

由于刻痕样本都是结构性较强的纹理，所以本发明选择在合成质量和速度上都占优势的Image Quilting纹理合成方法来完成刻痕纹理的合成工作。

步骤6：着色；

云南绝版套刻是普通套刻的艺术升华，其只用一块木板便能创作出颜色艳丽多变的作品，套印过程非常讲究。绝版套刻采用边印边刻的特殊艺术手法，通常按颜色套印，每版印一种颜色，颜色可以由深到浅，也可以由浅到深。每版印刷结束后，要在木板上刻去需要保留的颜色，然后再上新颜色进行印刷，如此反复直到所有颜色印完。

本发明着色方法数字模拟绝版套刻的特殊套印手法，具体算法如下。

1)步骤4、5刻痕绘制合成后，得到各版次的黑白木刻图像如图7所示，(a)为绘制后得到的黑白木刻，(b)为对应第2版的图，(c)为对应第6版木刻结果图。设各版图像为I_wi，i∈(0,k-1)，其中k为版数(即层数)，利用步骤2、3生成的二值模板(记为T_Bi，i∈(0,k-1))进行掩膜处理，去除不属于本层的部分；

2)设二值模板图像T_Bi中某点像素值为Pt(x,y)，前面各版的累加二值模板为T_BO(i-1)，其对应像素值为Pto(x,y)，当前版黑白木刻图像I_wi上相同坐标点处的像素值为Pc(x,y)，上一版I_w(i-1)在该点处像素值为Pcp(x,y)；设当前版I_wi的颜色值为color_current，下一版I_w(i+1)的颜色值为color_next，且记gray为I_wi中当前像素的灰度值。则有

当Pt(x,y)＝0时：

如果Pto(x,y)＝1，则Pc(x,y)＝Pcp(x,y)；

如果Pto(x,y)＝0，则Pc(x,y)＝color_next；

当Pt(x,y)＝1时：

如果Pc(x,y)＝gray，则Pc(x,y)＝color_mix；

如果Pc(x,y)≠gray，则Pc(x,y)＝color_next；

其中color_mix为当前层颜色color_current和下一层颜色color_next的混合，即公式(3)。

$\mathrm{color}\_\mathrm{mix}=\mathrm{color}\_\mathrm{current}\×\frac{\mathrm{gray}}{255}+\mathrm{color}\_\mathrm{next}\×(1-\frac{\mathrm{gray}}{255})---\left(3\right)$

3)重复1)，2)两步直至所有图层着色完成。图8为每版着色效果(从左至右依次为第1版，第2版，第3版，最终版)。

步骤7：色彩传递；

由于起初的颜色是颜色聚类得到的，但这些颜色并不一定能体现绝版套刻的色彩效果。因此，本发明提出了交互式色彩传递方法，该方法基于已有真实绝版套刻素材，交互式的拾取颜色对原颜色表中各版颜色值进行更改。前期收集已有的真实绝版套刻图像素材，并将这些素材整理生成颜色体系素材库。在进行着色前若需要更改原颜色表中各版颜色值，则可以从素材库中选取内容类似的素材，交互式的拾取该素材的相应颜色值，用其替换原颜色表中相应版的颜色值，然后再进行着色。如图9，左为色彩量化得到的颜色，该颜色不够艳丽，通过对中间一幅真实绝版套刻素材进行交互式色彩传递后，得到的右图着色结果，和原着色结果明显不同。

步骤8：边缘绘制；

由于刻痕的绘制等原因导致合成作品的形状轮廓变的不清晰不明显。为了使合成作品拥有更清晰的轮廓。本发明提出针对输入图像边缘进行风格化处理，再将风格化后的边缘按各版着色，最后将该边缘加入到着色后得到的套印结果图像上，用以增强合成作品的轮廓。

采用Winnemoller^[3]等人提出的XDoG(eXtended Difference-of-Gaussians)算法进行边缘提取及风格化处理。该方法通过调整参数可以得到铅笔画、炭笔画等风格化效果，尤其是将二值风格化边缘进行颜色反转后，可得到类似黑白木刻的边缘效果。

XDoG是基于高斯差分模型的算法，该模型定义为：

$g{(x}^{^},\mathrm{\σ})\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{-{\left|\right|x^{^}\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}---\left(4\right)$

$G(x^{^},\mathrm{\σ},I)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}\∫I\left(x\right)e^{\frac{-{\left|\right|x^{^}-x\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}\text{dx---}\left(5\right)$

D₀(x^,σ,k,I)＝G(x^,σ,I)-G(x^,k·σ,I)   (6)

公式(4)定义了以原点为中心的二维高斯函数，式中x^代表二维坐标系中的坐标点，σ为标准差。公式(5)为图像I与高斯函数进行卷积，x为当前像素坐标。公式(6)为DoG算子，其中k为常系数，即将图片与两次不同标准差的卷积结果相减，而边缘提取其实就是根据他们的差得到的。

XDoG并没有使用简单的只有0和1值的边缘，而是通过添加参数变量放宽了对边缘的限制，通过调整参数得到不同风格化的效果。如图10为算法得到的灰度的风格化边缘，其中图10(a)为人物，10(b)为花。

本发明建立了内含多种刻痕的刻痕库，利用了颜色聚类算法进行颜色量化，为后面分层分版奠定基础。在交互式绘制后，可根据真实套刻素材对颜色表进行更改，最后获取风格化边缘，将该边缘着色再与套印结果图像合成最终绝版套刻结果，如图11所示，图11(a)为输入的原始图像；图11(b)为Photoshop木刻滤镜合成效果示意图；图11(c)为采用本发明方法得到的效果图；图11(d)为真实绝版套刻作品示意图。

通过本发明的方法，经过风格化边缘增强的图像轮廓更加清晰，图像更加自然。与Photoshop木刻滤镜合成的图像进行对比，可以看出Photoshop木刻滤镜合成的图像更像是颜色聚类后的结果，没有任何刻痕的纹理，并且无法看清木刻的细节，如人像中的眼睛嘴巴等已经模糊不清。经比较，所提出的方法大大优于Photoshop方法，能体现更丰富的刻痕，由于使用了风格化边缘增强，使得合成图像细节能更好的体现，如人像眼睛嘴巴等部位清晰明显，同时本方法结果比较接近真实绝版套刻作品。

本发明的优点还在于：本发明提出一种基于刻痕纹理的交互式绝版套色木刻的数字合成方法。数字模拟绝版套色木刻版画的创作过程。经实验结果比较发现，合成的绝版套刻和艺术家实际创作的作品较为相似。该方法有如下优点，首先，本方法是交互式的，这给了我们更大的创作空间，和更真实的合成效果，同时更能满足不同人的创作需求。其次，本方法基于实际刻痕元素，保留了绝版套刻的原生态艺术形式，使得合成结果更为自然真实。第三，本方法运用颜色聚类算法将色彩丰富的现实图片处理成只拥有几个色彩的图像，从而解决了将现实图片绘制成绝版套刻的根本问题——颜色，而且达到了风格化效果。第四，本方法在着色阶段提出了以真实绝版套刻图像为颜色原型的交互式色彩传递方法，利用已有内容相似的真实套刻图像中的色彩体系，作为着色时颜色搭配的参考或指导，这大大增加了数字合成绝版套刻的真实性。最后，本方法模拟绝版套刻的套印过程，不仅能得到最终版绝版套刻，还可以保留任意版次的不同套印结果，这较好的解决了绝版套刻的致命问题——“绝版”。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

索引目录：

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[2]Mello,V.B.,Jung,C.R.,Walter,M.Virtual Woodcuts from Images[C].Proceedingsof the 5th international conference on Computer graphics and interactivetechniques.Perth,Australia,2007:103-109

[3]Winnemoller,H.XDoG:Advanced Image Stylization with eXtendedDifference-of-Gaussians[C].Proceedings of the ACM SIGGRAPH/EurographicsSymposium on NPAR.Vancouver,Canada,2011:147-156

[4]解婉誉.一种改进的ETF模型及其在绝版套刻版画模拟中的应用[D].云南：云南大学，2013

[5]Levin A,Lischinski D,Weiss Y.A Closed-Form Solution to Natural ImageMatting[J].Pattern Analysis and Machine Intelligence,IEEE Transactionson,2008,30(2):228-242

[6]杨仙魁.闭合型抠图的研究与应用[D].云南：云南大学，2013

[7]ChangWen,C.Image segmentation via adaptive K-mean clustering andknowledge-based morphological operations with biomedical applications[J].IEEETransactions on Image Processing,1998,7(12):1673-1683

[8]张建辉.K-means聚类算法研究及应用[D].武汉：武汉理工大学，2007

[9]吴晓勤，韩旭里.三次Bézier曲线的扩展[J].工程图学学报，2005，(6):98-102

[10]Efros Alexei A.，Freeman William T.Image quilting for texture synthesis andtransfer[C].In Proceedings of SIGGRAPH 2001.New York:ACMPress,2001:341-346

Claims (7)

1.交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：采集刻痕图像，获取刻痕元素，并对刻痕元素进行编辑，生成刻痕库；

步骤2：首先将输入图像进行色彩聚类处理；

步骤3：按聚类后的颜色进行分层，相同颜色为一层，得到各版次彩色模板和二值模板，彩色模板模拟真实套刻时的各版次，二值模板则为后面着色前的掩膜处理做准备；

步骤4：对刻痕库中的刻痕采用刻痕绘制算法，将刻痕变形后放置到与彩色模板线条对应的位置，生成各版次黑白木刻图像；对于大量重复并简单的刻痕，利用画笔绘制小块刻痕纹理样本，通过纹理合成技术合成大块刻痕纹理，最终通过笔刷将合成的纹理绘制到彩色模板中；

步骤5：采用Image Quilting纹理合成方法来完成刻痕纹理的合成工作；

步骤6：着色；

步骤7：色彩传递；基于已有真实绝版套刻色彩素材，交互式的拾取颜色对原颜色表中各版颜色值进行更改；

步骤8：边缘绘制；采用XDoG(eXtended Difference-of-Gaussians)算法进行边缘提取及风格化处理。

2.按照权利要求1所述交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于：所述步骤1中刻痕元素的获取方法采用闭合型抠图算法。

3.按照权利要求1所述交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于：所述步骤1所述刻痕元素编辑分为扭曲，旋转，缩放，编辑操作利用图像几何变换中的投影变换完成。

4.按照权利要求1所述交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于：所述步骤2中进行色彩聚类处理采用K-mean聚类算法。

5.按照权利要求1所述交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于：所述步骤6中着色的方法为：

1)步骤4、5刻痕绘制合成后，得到各版次的黑白木刻图像如图7所示，设各版图像为I_wi，i∈(0,k-1)，其中k为版数(即层数)，利用步骤2、3生成的二值模板(记为T_Bi，i∈(0,k-1))进行掩膜处理，去除不属于本层的部分；

2)设二值模板图像T_Bi中某点像素值为Pt(x,y)，前面各版的累加二值模板为T_BO(i-1)，其对应像素值为Pto(x,y)，当前版黑白木刻图像I_wi上相同坐标点处的像素值为Pc(x,y)，上一版I_w(i-1)在该点处像素值为Pcp(x,y)；设当前版I_wi的颜色值为color_current，下一版I_w(i+1)的颜色值为color_next，且记gray为I_wi中当前像素的灰度值，则有

当Pt(x,y)＝0时：

如果Pto(x,y)＝1，则Pc(x,y)＝Pcp(x,y)；

如果Pto(x,y)＝0，则Pc(x,y)＝color_next；

当Pt(x,y)＝1时：

如果Pc(x,y)＝gray，则Pc(x,y)＝color_mix；

如果Pc(x,y)≠gray，则Pc(x,y)＝color_next；

其中color_mix为当前层颜色color_current和下一层颜色color_next的混合，

即公式(3)；

$\mathrm{color}\_\mathrm{mix}=\mathrm{color}\_\mathrm{current}\×\frac{\mathrm{gray}}{255}+\mathrm{color}\_\mathrm{next}\×(1-\frac{\mathrm{gray}}{255})---\left(3\right);$

3)重复1)，2)两步直至所有图层着色完成，图8为每版着色效果。

6.按照权利要求1所述交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于：所述步骤7中的式色彩传递方法前期收集已有的真实绝版套刻图像素材，并将这些素材整理生成颜色体系素材库，在进行着色前若需要更改原颜色表中各版颜色值时，从素材库中选取内容类似的素材，拾取该素材的相应颜色值，用其替换原颜色表中相应版的颜色值，然后再进行着色。

7.按照权利要求1所述交互式绝版套色木刻数字合成技术，其特征在于：

所述步骤8中XDoG定义为：

$g(x^,\mathrm{\σ})=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{-{\left|\right|x^\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}---\left(4\right)$

$G(x^,\mathrm{\σ},I)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}\∫I\left(x\right)e^{\frac{-{\left|\right|x^-x\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}\mathrm{dx}---\left(5\right)$

D₀(x^,σ,k,I)＝G(x^,σ,I)-G(x^,k·σ,I)   (6)

公式(4)定义了以原点为中心的二维高斯函数，式中x^代表二维坐标系中的坐标点，σ为标准差，公式(5)为图像I与高斯函数g进行卷积，公式(6)为DoG算子。