CN105279732B - 一种运用于平面图像快速形变的方法及系统 - Google Patents

一种运用于平面图像快速形变的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种运用于平面图像快速形变的方法及系统，方法包括预设偏移量阀值；平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值；若是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量。相比现有技术的每一像素点都进行处理的图像处理方式，本发明仅针对由于图像形变而改变像素值的像素点进行处理，大大缩减运算的数据量，降低运算复杂度；大大减少了运算时间，将图像形变处理的速度提升了至少50倍。

Description

一种运用于平面图像快速形变的方法及系统
技术领域
本发明涉及图像处理领域，具体说的是一种运用于平面图像快速形变的方法及系统。
背景技术
图像形变在图形的处理领域中有着广泛的运用，特别是在现如今流行的图像美化功能中，具有举足轻重的地位。现在的年轻人在拍照或者其他的方式获取到一张平面图像后，一般会有对其进一步美化的需求，而在图像的美化过程中，经常需要对线条进行处理，通过图像中线条的形变来达到比如瘦脸、眼睛放大、抬高鼻梁等效果，实现人脸的美化。但是现有技术的图像形变方法运算复杂度很高，所耗费的时间过长，影响用户体验。
现有技术的图像形变处理方法通常采用：
输入：待形变图像Im，控制点集初始位置S{s1,s2,…,sm}，控制点集目标位置T{t1,t2,…,tm}(其中si和ti指坐标点)。
对待形变图像Im中的每一个像素(x,y)做如下操作：
1、计算像素点(x,y)与目标点T中每个点的距离{d1,d2,…,dm}；计算公式如下：
di＝(x-ti·x)2+(y-ti·y)2
其中，I＝1,2,…,m。ti为坐标点，ti.x和ti.y分别为点ti的x和y坐标。
2、根据1中得到的距离，计算权重W{w1,w2,…,wm}及权重和SW，计算公式如下：
wi＝1/di
3、根据权重计算像素点(x,y)的偏移量dx,dy
4、计算当前像素点(x,y)的形变后目标像素位置为(x’,y’)＝(x+dx,y+dy)；
5、使用双线性插值的方法计算形变后像素点(x’,y’)的像素值。
重复步骤1到步骤5计算图像Im中的每一个像素点，得到最终的形变后的图像WIm。
另外，专利申请号为201310340880.2的专利申请，公开了一种自动优化脸型的拍照方法，在打开摄像头的同时加载人脸变形的映射表，并在检测到人脸后根据人脸区域数据的当前像素点的坐标利用映射表映射后得到新的坐标，根据新的坐标获取新坐标的颜色值，将其设置为当前像素点的颜色值。该方法其计算原理同上述普通现有技术获取新坐标的方式一样，因此还是无法很好的解决图像形变效率低，运行时间过长，用户体验一般的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种运用于平面图像快速形变的方法及系统，实现显著缩减图像处理时间，提高图像形变处理的效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种运用于平面图像快速形变的方法，包括：
预设偏移量阀值；平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；
分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；
判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值；
若是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量。
本发明提供的另一个技术方案为：
一种运用于平面图像快速形变的系统，包括：
预设模块，用于预设偏移量阀值；
划分模块，用于平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；
获取模块，用于分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；
判断模块，用于判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值，得到判断结果；
第一计算模块，用于若判断结果为是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量。
本发明的有益效果在于：本发明对待形变图像平均划分为多个矩形区块，只有在矩形区块任意一个顶点的偏移量大于预设偏移量阀值时才计算矩形区块内每一像素点的偏移量；作为后续获取每个像素点目标位置坐标和形变后像素点的依据。区别于现有技术直接对待形变图像内每一像素点都计算图像形变方案，在同样能够获取到形变后图像的前提下，显著缩短了图像处理的数据处理量，以及运行的时间，实现快速获取形变后图像；同时又能减低对图像处理系统的要求，大大提高图像处理的效率，给用户带来更快、更好的客户体验。
附图说明
图1为本发明一种运用于平面图像快速形变的方法流程示意图；
图2为本发明一具体实施方式一种运用于平面图像快速形变的方法流程示意图；
图3为本发明一种运用于平面图像快速形变的系统结构示意图；
图4为本发明一具体实施方式一种运用于平面图像快速形变的系统结构示意图；
图5为本发明一具体实施方式一种运用于平面图像快速变形的方法中矩形框选取的示意图；
图6为采用本发明一种运用于平面图像快速形变的方法进行图像处理的前后对比图。
标号说明：
1、预设模块；2、划分模块；3、获取模
块；4、判断模块；
5、第一计算模块；6、第二计算模块；7、第三计算模块；8、拷贝模块；
51、第一获取单元；52、选取单元；53、第一计算单元；54、第二计算单元；
31、第二获取单元；32、第三计算单元；33、第四计算单元；34、第五计算单元。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：对待形变图像平均划分为多个矩形区块，只有在矩形区块任意一个顶点的偏移量大于预设偏移量阀值时才计算矩形区块内每一像素点的偏移量；实现显著缩短了图像处理的数据处理量和运行时间。
本发明涉及的技术术语解释:
请参照图1以及图2，本发明提供一种运用于平面图像快速形变的方法，包括：
预设偏移量阀值；平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；
分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；
判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值；
若是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量。
进一会的，所述“依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量”之后，进一步包括：
依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始位置坐标，获取矩形区域形变后每个像素点的目标位置坐标；
依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始像素值，获取矩形区域形变后每个像素点的形变后像素值。
由上述可知，在获取到每个像素点后，便能直接依据初始位置坐标和除湿像素值获取目标位置坐标和形变后像素值，显著提高图像形变处理的效率。
进一步的，所述“依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量”具体为：
获取矩形区块内一像素点的初始位置坐标；
以所述一像素点的初始位置坐标及所在矩形区块的一顶点的目标位置坐标为对角线选取一矩形框，得到四个矩形框；
分别计算所述四个矩形框的面积；
依据所述矩形框的面积和所述偏移量，计算所述一像素点的偏移量。
由上述描述可知，当矩形区块的四个顶点中任意一个的偏移量大于预设的偏移量阀值时，便依次以待求取像素点的初始位置和矩形区块的其中一个顶点为对角线分别选取四个矩形框，并依据矩形框的面积以及四个顶点的偏移量计算待求取像素点的偏移量，进而确定该像素点在图像形变后的位置坐标；通过上述，便可获取每个矩形区块内每个像素点的图像形变后位置坐标，实现数据运算量以及运算时长的缩减。
进一步的，所述“判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值”之后，进一步包括：
若否，则直接拷贝所述偏移量对应的矩形区块至形变后平面图像的相同位置。
由上述描述可知，若所划分的矩形区块四个顶点的偏移量都小于等于预设的偏移量阀值，则证明所述矩形区块在无需进行图像形变，不用进行处理，直 接拷贝至经过形变处理后与在平面图像的原位置，与现有技术对所有图像像素点都进行处理的方式相比，省去不必要的图像处理流程和时间，更加的智能化。
进一步的，所述“分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量”具体为：
获取矩形区块的四个顶点的初始位置坐标，以及形变后的目标位置坐标；
分别计算各个顶点的初始位置坐标与目标位置坐标的距离；
依据所述距离，分别计算四个顶点的权重值和权重和值；
依据所述权重和值，计算四个顶点的偏移量。
由上述描述可知，本发明仅划分取得的矩形区块的四个顶角位置计算其偏移量，大大减少图像数据的处理量。
进一步的，采用双线性插值法计算矩形区域内每个像素点的偏移量，以及矩形区域变形后每个像素点的像素值。
由上述描述可知，本发明采用双线性插值法计算获取偏移量和像素值，相比其他插值方法，进行形变处理后的图像的画质较高，缩放后图像保真度较高。
请参阅图3和图4，本发明提供的另一个技术方案为：
一种运用于平面图像快速形变的系统，包括：
预设模块1，用于预设偏移量阀值；
划分模块2，用于平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；
获取模块3，用于分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；
判断模块4，用于判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值，得到判断结果；
第一计算模块5，用于若判断结果为是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量。
进一步的，还包括：
第二计算模块6，用于依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始位置坐标，获取矩形区域形变后每个像素点的目标位置坐标；
第三计算模块7，用于依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始像素值，获取矩形区域形变后每个像素点的形变后像素值。
进一步的，所述第一计算模块5包括：
第一获取单元51，用于获取矩形区块内一像素点的位置坐标；
选取单元52，用于以所述一像素点的位置坐标及所在矩形区块的一顶点的目标位置坐标为对角线选取一矩形框，得到四个矩形框；
第一计算单元53，用于分别计算所述四个矩形框的面积；
第二计算单元54，用于依据所述矩形框的面积和所述偏移量，计算所述一像素点的偏移量。
进一步的，还包括拷贝模块8，用于所述判断结果为否，则直接拷贝所述偏移量对应的矩形区块至形变后平面图像的相同位置。
进一步的，所述获取模块3，包括：
第二获取单元31，用于获取矩形区块的四个顶点的初始位置坐标，以及形变后的目标位置坐标；
第三计算单元32，用于分别计算各个顶点的初始位置坐标与目标位置坐标的距离；
第四计算单元33，用于依据所述距离，分别计算四个顶点的权重值和权重和值；
第五计算单元34，用于依据所述权重和值，计算四个顶点的偏移量。
请参照图2，本发明的实施例一为：
一种运用于平面图像快速形变的方法，可以运用在瘦脸、眼睛放大、抬高鼻梁等人脸美化，或者其他的图像编辑处理过程中，具体包括以下步骤：
S1：获取形变图像Im，形变部位原始像素点集S{s1,s2,…,sm}，形变部位目标位置像素点集T{t1,t2,…,tm}；
预设偏移量阀值th；所述偏移量阀值可以依据图像不同的区域设定不同的阀值，也可以统一使用一个偏移量阀值；偏移量阀值的具体取值依据图像处理的精确度需求自定义设置。
S2：平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；优选将平面图像划分为16*16个矩形区域，具体划分的区块数量依据平面图像的实际大小，以及平衡了系统对图像数据的处理时间和精度的实验经验确定；
S3：分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；具体的，步骤S3是在现有技术(背景技术步骤1-3)的图像形变算法基础上计算获取每个矩形区域的各个顶点的偏移量，下面以其中一个矩形区域为例进行说明，可以包括以下步骤：
S31：获取矩形区块的四个顶点的初始位置坐标，以及形变后的目标位置坐标；
S32：分别计算各个顶点的初始位置坐标与目标位置坐标之间的距离；
S33：依据所述距离，分别计算四个顶点的权重值和权重和值；
S34：依据所述权重和值，计算获取四个顶点的偏移量(dx1，dy1)、(dx2，dy2)、(dx3，dy3)和(dx4，dy4)。
S4：依次判断矩形区块的四个顶角偏移量是否大于所述偏移量阀值th，得到判断结果；若判断结果为是，则执行S6；若判断结果为否，则执行S5；在此，只需判断得到其中一个顶角的偏移量大于偏移量阀值th，则停止判断，直接执行S6；
S5：直接拷贝所述偏移量对应的矩形区块至形变后平面图像的相同位置，即该矩形区块无需改变，可以直接用于形变后图像的原位置。
S6：依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量；在此，可以使用最临近插值法、双线性插值法或者三次卷积插值法等算法计算像素点的偏移量；优选使用双线性插值法。具体的，下面以计算矩形区块内其中一个像素点的偏移量为例进行详细说明，可以以此获取矩形区块内每一个像素点的偏移量：
如图5所示，图中顶点分别为a、b、c、d的实线矩形区块表示形变处理前在平面图像中的位置，其顶点位置坐标分别为a(x1，y1)、b(x2，y2)、c(x3，y3)、d(x4，y4)；顶点分别为a’、b’、c’、d’的虚线矩形区块表示形变处理后在平面图像中的位置，其顶点位置坐标分别为a’(x1’，y1’)、b’(x2’，y2’)、c’(x3’，y3’)、b(x4’，y4’)；
S61：在实线矩形区块内，选取一像素点，获取该像素点的初始位置坐标(x，y)；
S62：如图5所示，分别以该像素点的初始位置坐标(x，y)及形变后矩形 区块的顶点位置坐标a’(x1’，y1’)、b’(x2’，y2’)、c’(x3’，y3’)、b(x4’，y4’)为对角线，选取四个矩形框S1、S2、S3、S4；
S63：分别计算所述矩形区块的四个矩形框S1、S2、S3、S4的面积；
具体的，计算公式为：Si＝(y-y1′)*(x-x1′)；其中，i＝1、2、3、4；
S64：依据所述矩形框的面积和所述偏移量，计算该像素点的偏移量(dx，dy)；
具体的，计算公式为：
S7：依据该像素点的偏移量(dx，dy)和初始位置坐标(x，y)，获取矩形区域形变后该像素点的目标位置坐标(x’，y’)；具体的，采用公式：
x’＝x+dx；
y’＝y+dy；
S8：依据该像素点的偏移量(dx，dy)和初始像素值，使用双线性插值法获取矩形区域形变后该像素点的形变后像素值。
通过步骤S61-S8，便能获取到待形变平面图像的所有矩形区块内每一个像素点的目标位置坐标，以及形变后的像素值；并最终获取到形变后的平面图像。
请参阅图6，在同等条件下，对同一平面图像分别使用现有技术的图像形变处理方式和本实施例的图像形变处理方式，其图像效果一致，但现有技术的形变过程需要耗费51.015426ms的时间，而本发明则只需1.129097ms的时间，图像形变处理的速度提升了至少50倍。
通过上述实施例，区别于现有技术在获取到待形变处理的图像后，需要对待形变图像的所有像素点进行运算处理，运算过程中需进行多次的平方运算，耗费较长时间才能得出形变后图像低效率处理方法；本实施例通过对待形变图像进行分块处理，并依据所分矩形区块的顶点偏移量是否大于偏移量阀值来决 定是否对该矩形区块进行计算处理，只有大于偏移量阀值的矩形区块才依据顶点偏移量进一步计算矩形区域内每个像素的偏移量，否则直接采用所述矩形区块，由此，相比现有技术的图像处理方式，仅针对由于图像形变而改变像素值的像素点进行处理，大大缩减运算的数据量，降低运算复杂度；大大减少了运算时间，将图像形变处理的速度提升了至少50倍；同时，鉴于图像形变处理效率的显著提高，使其运用在视频流中成为可能。
请参照图4，本发明的实施例二为：
提供一种运用于平面图像快速形变的系统，包括预设模块1、划分模块2、获取模块3、判断模块4、第一计算模块5、第二计算模块6、第三计算模块7和拷贝模块8；
预设模块1，用于预设偏移量阀值；
划分模块2，用于平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；
获取模块3，用于分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；
所述获取模块3包括第二获取单元31、第三计算单元32、第四计算单元33和第五计算模块；所述第二获取单元31，用于获取矩形区块的四个顶点的初始位置坐标，以及形变后的目标位置坐标；所述第三计算单元32，用于分别计算各个顶点的初始位置坐标与目标位置坐标的距离；所述第四计算单元33，用于依据所述距离，分别计算四个顶点的权重值和权重和值；所述第五计算单元34，用于依据所述权重和值，计算四个顶点的偏移量。
所述判断模块4，用于判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值，得到判断结果；
第一计算模块5，用于若判断结果为是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量；
第二计算模块6，用于依据每个像素点的偏移量和初始位置坐标，获取矩形区域形变后每个像素点的目标位置坐标；
第三计算模块7，用于依据每个像素点的偏移量和初始像素值，获取矩形区域形变后每个像素点的形变后像素值。
所述第一计算模块5包括第一获取单元51、选取单元52、第一计算单元53、第二计算单元54；所述第一获取单元51，用于获取矩形区块内一像素点的位置坐标；所述选取单元52，用于以所述一像素点的位置坐标及所在矩形区块的一顶点的目标位置坐标为对角线选取一矩形框，得到四个矩形框；所述第一计算单元53，用于分别计算所述四个矩形框的面积；所述第二计算单元54，用于依据所述矩形框的面积和所述偏移量，计算所述一像素点的偏移量。
综上所述，本发明提供的一种运用于平面图像快速形变的方法及系统，区别于现有技术的图像形变方法计算复杂度高和耗时的不足，通过对待形变图像平均划分为多个矩形区块，只有在矩形区块任意一个顶点的偏移量大于预设偏移量阀值时才计算矩形区块内每一像素点的偏移量；本发明在保证平面图像的形变效果前提下，仅针对由于图像形变而改变像素值的像素点进行处理，大大缩减运算的数据量，降低运算复杂度；大大减少了运算时间，将图像形变处理的速度提升了至少50倍；优化用户体验，拓展图像形变的运用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种运用于平面图像快速形变的方法，其特征在于，包括：
预设偏移量阀值；平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；
分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；
判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值；
若是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量；
若否，则直接拷贝所述偏移量对应的矩形区块至形变后平面图像的相同位置。
2.如权利要求1所述的一种运用于平面图像快速形变的方法，其特征在于，所述“依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量”之后，进一步包括：
依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始位置坐标，获取矩形区域形变后每个像素点的目标位置坐标；
依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始像素值，获取矩形区域形变后每个像素点的形变后像素值。
3.如权利要求1所述的一种运用于平面图像快速形变的方法，其特征在于，所述“依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量”具体为：
获取矩形区块内一像素点的初始位置坐标；
以所述一像素点的初始位置坐标及所在矩形区块的一顶点的目标位置坐标为对角线选取一矩形框，得到四个矩形框；
分别计算所述四个矩形框的面积；
依据所述四个矩形框的面积和所述四个顶点的偏移量，计算所述一像素点的偏移量。
4.如权利要求1所述的一种运用于平面图像快速形变的方法，其特征在于，所述“分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量”具体为：
获取矩形区块的四个顶点的初始位置坐标，以及形变后的目标位置坐标；
分别计算各个顶点的初始位置坐标与目标位置坐标的距离；
依据所述距离，分别计算四个顶点的权重值和权重和值；
依据所述权重和值，计算四个顶点的偏移量。
5.一种运用于平面图像快速形变的系统，其特征在于，包括：
预设模块，用于预设偏移量阀值；
划分模块，用于平均划分平面图像为预设个数的矩形区块；
获取模块，用于分别获取每个矩形区块的四个顶点的初始位置与目标位置的偏移量；
判断模块，用于判断所述偏移量是否大于所述偏移量阀值，得到判断结果；
第一计算模块，用于若判断结果为是，则依据所述偏移量计算矩形区块内每个像素点的偏移量；
还包括拷贝模块，用于所述判断结果为否，则直接拷贝所述偏移量对应的矩形区块至形变后平面图像的相同位置。
6.如权利要求5所述的一种运用于平面图像快速形变的系统，其特征在于，还包括：
第二计算模块，用于依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始位置坐标，获取矩形区域形变后每个像素点的目标位置坐标；
第三计算模块，用于依据矩形区块内每个像素点的偏移量和初始像素值，获取矩形区域形变后每个像素点的形变后像素值。
7.如权利要求5所述的一种运用于平面图像快速形变的系统，其特征在于，所述第一计算模块包括：
第一获取单元，用于获取矩形区块内一像素点的位置坐标；
选取单元，用于以所述一像素点的位置坐标及所在矩形区块的一顶点的目标位置坐标为对角线选取一矩形框，得到四个矩形框；
第一计算单元，用于分别计算所述四个矩形框的面积；
第二计算单元，用于依据所述四个矩形框的面积和所述四个顶点的偏移量，计算所述一像素点的偏移量。
8.如权利要求5所述的一种运用于平面图像快速形变的系统，其特征在于，所述获取模块，包括：
第二获取单元，用于获取矩形区块的四个顶点的初始位置坐标，以及形变后的目标位置坐标；
第三计算单元，用于分别计算各个顶点的初始位置坐标与目标位置坐标的距离；
第四计算单元，用于依据所述距离，分别计算四个顶点的权重值和权重和值；
第五计算单元，用于依据所述权重和值，计算四个顶点的偏移量。
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