CN105279752A

CN105279752A - 一种数字图像整体艺术效果处理方法

Info

Publication number: CN105279752A
Application number: CN201410358252.1A
Authority: CN
Inventors: 王辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明描述了一种图像整体艺术效果处理方法，目的是突出被摄主体。该方案在一定程度上实现低端成像设备获取图像的虚化艺术效果，并能扩展现有中高端成像设备的虚化艺术效果。其方法：获取清晰图像；获取图像聚焦区域；设定虚化艺术效果模型；生成虚化图谱；图像艺术处理，获得处理结果。该方法，虚化效果好，简单，灵活，成本低。本发明描述的整体艺术效果处理方案在突出主要拍摄体方面有着非常广泛的需求。

Description

一种数字图像整体艺术效果处理方法

技术领域

本发明描述了一种图像整体艺术效果处理的解决方案。

背景技术

随着现代社会的发展，数码照片已经成为现代人们生活中越来越重要的生活元素之一。得益于现代电子工业的快速发展，现在用户很容易获得清晰的数字图像，例如从数码相机、智能手机（现在一般智能手机已经具有了数字照片或视频拍摄功能）、具有拍摄功能的电脑等数字设备或者互联网获得数字图像。虽然现在大多图像获取设备的性能有了很大的提高，设备在成像质量上也有了很大的提高，但是仍然不能满足不同的用户需求，特别是对一些具有特殊效果图像的需求，例如微缩、滤镜、虚化等。由于现存的大部分数码相机、智能手机等数字成像产品为了控制产品的成本和体积，配备的光学镜头比较简单，一般只具有的小光圈和小焦距，一般不具备变焦功能，变光圈的功能，而且其配备的成像芯片也是非常小的，其光感应强度也较低。这些低端数字成像产品虽然一般可以获得清晰的图像，但是由于成像光学系统和成像芯片等因素所限，很难获得中高端数字成像设备的拍摄效果，特别是高端数字成像设备的所具有的手动控制光圈大小所达到的图像虚化整体艺术效果，这种虚化效果在突出主要拍摄体方面有着非常广泛的需求。使用大光圈相机，在静态摄影时，大光圈相机可以产生虚化艺术效果；在运动摄影时，在景深外的被摄体由于同时存在相对运动和弥散，这就产生了速度弥散虚化效果，拍摄出的主体就有了速度和动态的艺术效果。即使是中高端数字成像设备，其提供的虚化艺术效果也是有限的，现在大多用户通过扩展相机镜头或者构建良好的拍摄条件来满足用户的特定艺术虚化需求，这样拍摄成本将会大大增加，并且由于光学成像系统本身的限制和拍摄条件的限制，很难达到任意拍摄主体任意虚化效果，这也很大程度上限制了用户想象力的发挥。由于各种原因，用户已经拍摄的图像，没有达到用户的虚化艺术需求，很多用户希望能通过后期处理达到虚化艺术效果，所以图像虚化艺术效果处理有着很广泛的需求。而现在电子设备的发展，为后期图像处理提供了硬件支持。

图像虚化整体艺术效果主要目的是突出主要拍摄体，弱化非主要拍摄体，形成视觉关注焦点差异。根据光学系统成像原理可以得出，在景深内可以获得清晰的图像；在景深之外的物体，成像弥散斑大，图像模糊。这种模糊在摄影中有时是需要的，以达到突出关注拍摄体，称之为虚化背景。虚化可以突出景深内的被摄体，而这正是和人眼视觉接近的视觉感受，也用来捕获视觉关注点，提升图像整体艺术效果。根据光学成像原理，虚化的原因是由于像点的弥散造成的，在数字图像处理中，图像弥散虚化效果可以通过图像模糊来实现。在类似图像处理工具（AdobePhotoshop等）中也存在类似的模糊工具。但是本发明所涉及的图像虚化处理是建立在光学成像空间分析的基础上，利用成像景深的理论进行生成图像虚化图谱，不同于普通图像处理工具中的模糊工具。它们区别有以下几点：1虚化效果原理：本发明的虚化艺术处理原理是成像的景深模型，而一般的图像处理工具的模糊处理没有模型；2操作复杂性：本发明的操作是设置图像虚化图谱，达到突出主被拍摄体，弱化背景，而一般的图像处理工具主要根据用户手动拖动模糊画笔，进行模糊图像或者整体图像模糊；3效果：本发明依据成像系统的光学成像模型进行图像虚化，效果逼近实际大光圈高端成像设备的虚化拍摄，而一般的图像处理工具是通过人工拖动模糊画笔，非常费时，模糊效果很难均匀，并且很难符合虚化拍摄原理，很难达到图像虚化的效果；4效率：本发明依据人工交互与自动图像分析生成虚化图谱进行虚化处理，效率非常高，而一般的图像处理工具是通过人工拖动模糊画笔进行处理，效率很低。当今国际上也有图像编辑软件提供了类似图像虚化艺术处理功能，其操作比较方便，但是其提供的是手动图像聚焦，其聚焦区域必须是规则的区域，这在现实中很多时候是不合适的，因为现实中的被关注摄像体一般并不是规则的；并且这类软件也没有自动图像虚化处理功能，也就是本发明的描述的半自动或者自动图像虚化，依然不能满足很多用户的需求。

发明内容

由于低端数字成像设备往往不具备大光圈光学成像系统，其拍摄的图像一般不具有虚化效果。但是随着用户对于拍摄图像质量与效果的要求越来越高，现有的中高端相机也很难满足现有用户的需求。图像艺术虚化是一个比较重要的需求。本发明针对图像提供了一种图像艺术虚化处理以突出被摄主体的解决方案。

本发明专利描述了实现图像艺术虚化所采用的技术方案，具体步骤如图2。

步骤一、获取清晰图像;用户输入的图像或用户需要突出的主要被摄体是清晰的。

步骤二、获取图像聚焦区域；获取图像聚焦区域有以下方法：

1）用户绘制图像的聚焦区域；

2）通过自动图像分析获得聚焦区域。可以有下列方法：

a)获得物理世界的三维图，这样就获得了拍摄图像的深度图，设定聚焦深度，取得对应的深度区域，进而获得聚焦区域；

b)根据物理世界的某种特性来获得物理世界的三维图，进而获得图像的深度图，设定聚焦深度，取得对应的深度区域，进而获得聚焦区域；

c)确定场景背景或前景，前景区域或者背景区域为聚焦区域；

3）指定聚焦区域。根据相似分析或者收敛规则获取聚焦区域有以下方法：

a)用户指定聚焦区域的特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识），根据相似定义，通过自动图像相似分析，确定聚焦区域；

b)用户在图像上指定一点位置，方法自动分析指定位置附近区域的图像特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识），通过自动图像相似分析，进而获得完整的聚焦区域；

c)用户给定聚焦区域的样本图像，方法自动分析给定图像的图像特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识），根据相似定义，通过自动图像相似分析，确定聚焦区域；

d)通过自动的显著性检测分析技术，获得图像的显著性图，根据预设的阈值来确定聚焦区域；

e)用户在图像上画一条或多条线段，方法沿线段的指定位置附近区域进行自动图像分析，根据这些区域块的图像特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识）定义相似性，通过自动图像分析，寻找与其相似的区域，获得多个图像区域块，这些区域块一起构成完整的聚焦区域；

f)用户在图像上划一个包含指定区域的封闭区域，方法根据收敛规则（例如最小化能量函数）进行收缩，最终获得一个封闭曲线，该曲线包含的图像区域就是获得的聚焦区域。

步骤三、设定虚化艺术效果模型。用户根据需要设定虚化艺术效果模型，模型有弥散模型（离焦模型、高斯模型）、速度模型、速度弥散模型。

步骤四、生成虚化图谱。根据图像聚焦区域和虚化模型，生成虚化图谱；虚化图谱是图像虚化参数图，虚化图谱的数值表示了对应位置像素虚化的参数；虚化函数可以使用弥散模型（高斯模型、离焦模型）、速度模型或者速度弥散模型；弥散模型提供了静态虚化艺术效果。速度模型提供了运动摄影虚化效果；速度弥散模型提供了运动模糊摄影虚化效果；高斯模糊函数的参数是模糊核大小和方差，离焦模型函数的参数是离焦半径；速度模型的参数有方向，速度以及变化量；速度弥散模型的速度参数及弥散模糊（高斯模型或离焦模型）参数。

步骤五、图像艺术处理；根据生成的虚化图谱进行图像处理；图像聚焦区域内可使用自适应细节增强处理，提升聚焦效果。

本发明的有益效果是，提供了一种图像整体艺术效果处理的解决方案。

附图说明

下面结合附图进一步说明。

图1光学系统的空间像示意图。

图2图像整体艺术效果处理的具体步骤。

具体实施方式

本发明介绍了一种数字图像整体艺术效果处方法。任何光能接受器，例如眼睛、感光乳剂等都是不完善的，并不能要求像平面上的像点为一几何点，而要求根据接收器的特性，规定一个允许值。当入射光瞳直径为定值时，便可确定成像空间的深度，在此范围内的物体对一定的接收器可得清晰的图像。在景象平面所获得的成清晰像的物体空间深度称为成像空间的景深，简称景深。能成清晰像的最远的平面称为远景平面；能成清晰像的最近平面称为近景平面。他们对准平面的距离称远景深度和近景深度。景深等于远景深度和近景深度之和。准平面表示与景象平面相共轭的物空间平面，显然准平面上的点可以完美在景象平面上成像。图1给出了光学系统的空间像示意图。其中，A1，A2分别表示入射光瞳和出射光瞳；2a和2a’分别表示入射光瞳和出射光瞳的直径；S，S1，S2分别表示对准平面，远景平面和近景平面。S，S1，S2到入射光瞳A1的距离分别用P，P1和P2表示。远景深度和近景深度分别用D1和D2表示，景深用D表示。经过推导，得

D1=P ² ε/(2a-Pε)(1)

D2=P ² ε/(2a+Pε)(2)

D=D1+D2=4aP ² ε/(4a ² -P ² ε ² )(3)

式中ε表示弥散斑对人眼的极限分辨率。由式3可以看出，入射光瞳的直径越小，景深越大；入射光瞳的直径越大，景深越小。由于普通数码成像设备的光圈一般很小，其景深很大，所以低端成像设备能捕获更大空间深度清晰像的原因，这在一些场景中是合适的。高端成像设备具备大光圈，并且能手动调整光圈，以改变光圈的大小，光圈变大时，景深变小，这样物空间的不同物体由于距离入射光瞳的距离不同，所成像的弥散斑大小不同，在景深之外的物体，成像弥散斑大，图像模糊，称之为虚化。虚化可以突出景深内的被摄体，弱化景深外的物体。这也是高端成像设备有别于低端成像设备的一个主要因素。在运动摄影时，在景深外的被摄体由于同时存在相对运动和弥散，这就产生了速度弥散虚化效果，拍摄出的主体就有了速度和动态的艺术效果。本发明专利根据成像设备的光学成像原理，通过数字图像处理技术实现图像虚化艺术效果，实现用户的虚化艺术需求。

下面介绍实现图像虚化艺术效果的具体步骤，步骤如图2。

步骤一、获取清晰图像。用户输入的图像或用户需要突出的主要被摄体是清晰的。

1）用户绘制图像的聚焦区域；

2）通过自动图像分析获得聚焦区域。可以有下列方法：

d)通过自动的显著性检测分析技术，获得图像的显著性图，根据预设的阈值范围来确定聚焦区域；

步骤三、设定虚化艺术效果模型。用户根据需要设定虚化艺术效果模型，模型有弥散模型（离焦模型或高斯模型）、速度模型、速度弥散模型。

步骤四、生成虚化图谱。根据图像聚焦区域和虚化模型，生成虚化图谱；虚化图谱是图像虚化参数图，虚化图谱的数值表示了对应位置像素虚化的参数。虚化函数可以使用弥散模型（高斯模型、离焦模型）、速度模型或者速度弥散模型。弥散模型提供了静态虚化艺术效果。速度模型提供了运动摄影虚化效果。速度弥散模型提供了运动模糊摄影虚化效果。高斯模糊函数的参数是模糊核大小和方差，离焦模型函数的参数是离焦半径。速度模型的参数有方向，速度以及变化量。速度弥散模型的速度参数及离焦模糊模型（或高斯模型）参数。

步骤五、图像艺术处理。根据生成的虚化图谱进行图像处理。图像聚焦区域内可使用自适应细节增强处理，提升聚焦效果。

本发明的有益效果是，提供了一种图像整体艺术效果处理解决方案。

Claims

1.一种数字图像整体艺术效果处理方法，其效果是突出被摄主体；其特征是由以下步骤实现：步骤一、获取清晰图像；步骤二、获取图像聚焦区域；步骤三、设定虚化艺术效果模型；步骤四、生成虚化图谱；步骤五、图像艺术处理，获得处理结果。

2.根据权利要求1所描述的方法，其特征在于步骤一：获取清晰图像；用户输入的图像必须是清晰的图像或者是用户需要突出的主要被摄体是清晰的。

3.根据权利要求1所描述的方法，其特征在于步骤二：获取图像聚焦区域方法：

1）用户绘制图像的聚焦区域；

2）通过自动图像分析获得聚焦区域；可以有下列方法：

a）获得物理世界的三维图，这样就获得了拍摄图像的深度图，设定聚焦深度，取得对应的深度区域，进而获得聚焦区域；

b）根据物理世界的某种特性来获得物理世界的三维图，进而获得图像的深度图，设定聚焦深度，取得对应的深度区域，进而获得聚焦区域；

c）确定场景背景或前景，前景区域或者背景区域为聚焦区域；

3）指定聚焦区域；根据相似分析或者收敛规则获取聚焦区域有以下方法：

a）用户指定聚焦区域的特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识），根据相似定义，通过自动图像相似分析，确定聚焦区域；

b）用户在图像上指定一点位置，方法自动分析指定位置附近区域的图像特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识），通过自动图像相似分析，进而获得完整的聚焦区域；

c）用户给定聚焦区域的样本图像，方法自动分析给定图像的图像特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识），根据相似定义，通过自动图像相似分析，确定聚焦区域；

d）通过自动的显著性检测分析技术，获得图像的显著性图，根据预设的阈值范围来确定聚焦区域；

e）用户在图像上画一条或多条线段，方法沿线段的指定位置附近区域进行自动图像分析，根据这些区域块的图像特征（亮度、颜色、纹理、形状、位置、对比度、模式、先验知识）定义相似性，通过自动图像分析，寻找与其相似的区域，获得多个图像区域块，这些区域块一起构成完整的聚焦区域；

f）用户在图像上划一个包含指定区域的封闭区域，方法根据收敛规则（例如最小化能量函数）进行收缩，最终获得一个封闭曲线，该曲线包含的图像区域就是获得的聚焦区域。

4.根据权利要求1所描述方法，其特征在于步骤三：设定虚化艺术效果模型；用户根据需要设定虚化艺术效果模型，模型有弥散模型（离焦模型或高斯模型）、速度模型、速度弥散模型。

5.根据权利要求1所描述的方法，其特征在于步骤四：生成虚化图谱；根据图像聚焦区域和虚化模型，生成虚化图谱；虚化图谱是图像虚化参数图，虚化图谱的数值表示了对应位置像素虚化的参数；虚化函数可以使用弥散模型（高斯模型、离焦模型）、速度模型或者速度弥散模型；弥散模型提供了静态虚化艺术效果；速度模型提供了运动摄影虚化效果；速度弥散模型提供了运动模糊摄影虚化效果；高斯模糊函数的参数是模糊核大小和方差，离焦模型函数的参数是离焦半径；速度模型的参数有方向，速度以及变化量；速度弥散模型的速度参数及弥散模糊（高斯模型或离焦模型）参数。

6.根据权利要求1所描述的方法，其特征在于步骤五：图像艺术处理，根据生成的虚化图谱进行图像处理；图像聚焦区域内可使用自适应细节增强处理，获得处理结果。