CN109035377B - 用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法 - Google Patents

Abstract

一种用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，包括：S1，将三通道的RGB原始图像P分割为三个独立通道图像S2，将原始图像P转化为灰度图像H，对灰度图像H进行归一化处理并进行反色得到反色图像F；S3，对反色图像F进行高斯滤波，并对高斯滤波后的图像进行反色得到图像M，然后用步骤S2得到的反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B；S4，到三通道透明效果图，分别为图像C1、图像C2和图像C3；S5，分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸，再合并成一张灰度图D；S6，对灰度图D进行归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E。通过该方法能够获得轮廓清晰、层次分明的浮雕效果图。

Description

用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法

技术领域

本发明涉及激光雕刻技术领域，特别是涉及一种用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法。

背景技术

图片或者相片往往会给人们留下许多美好的回忆。随着技术的不断发展，各种艺术图片或者照片层出不穷。传统的图片往往以平面效果图片为主，随着雕刻设备及雕刻技术的发展，通过激光微雕机实现激光雕刻图像，更加能够实现图片的浮雕效果。

现有技术中，激光雕刻图像通常通过电脑或者移动存储设备输出图片，在主控芯片的控制下，雕刻机构按照输送的图片进行雕刻。因为，所输送的图片的效果直接决定了最终雕刻出来的图片轮廓是否具有层次感，是否有浮雕效果。现有技术中，也有许多图像处理软件，如美图秀秀、Photoshop等工具，这种图像处理工具只能实现图像的“显示”效果，无法得到轮廓分明并适合激光雕刻浮雕图像。现有技术中图像处理软件生成的素描图像用于微雕刻机上雕刻的图片存在轮廓不清晰、噪声点过多、空间感、主次感和层次感较差的缺陷。

因此，针对现有技术不足，提供一种用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，通过该方法获得的图像在雕刻机上应用，可以得到图像轮廓清晰、空间感、主次感、层次感良好的浮雕效果图片。

本发明的目的通过以下技术措施实现。

提供一种用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，包括如下步骤：

S1，将三通道的RGB原始图像P分割为三个独立通道图像，分别得到红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3；

S2，将原始图像P转化为灰度图像H，对灰度图像H进行归一化处理并进行反色得到反色图像F；

S3，对反色图像F进行高斯滤波，并对高斯滤波后的图像进行反色得到图像M，然后用步骤S2得到的反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B；

S4，根据公式(1)得到三通道透明效果图，分别为图像C1、图像C2和图像C3；

Cq＝Alpha×Aq+(1-Alpha)×B......公式(1)；

其中，q＝1，2，3；Alpha为图片融合的权重参数，Alpha值越大，保留的颜色越多，轮廓越浅，反之保留的颜色越少，轮廓越深；

S5，分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后得到拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3，再将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D；

S6，对灰度图D进行归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，

原始图像P由m×n个像素构成，原始图像P的像素灰度以矩阵P＝{p_i,j}表示，i代表像素所在的行，j代表像素所在的列，1≤i≤m，1≤j≤n，m、n为自然数，p_i,j代表原始图像中第i行、第j列的像素的灰度值；

步骤S1得到的红色通道图像A1的像素灰度以矩阵R＝{r_ij}表示，r_i,j代表红色通道图像A1中第i行、第j列的像素的灰度值；

步骤S1得到的绿色通道图像A2的像素灰度以矩阵G＝{g_ij}表示，g_i,j代表绿色通道图像A2中第i行、第j列的像素的灰度值；

步骤S1得到的蓝色通道图像A3的像素灰度以矩阵B＝{b_ij}表示，b_i,j代表蓝色通道图像A3中第i行、第j列的像素的灰度值。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，步骤S2中将原始图像P转化为灰度图像H，灰度图像H的像素灰度以矩阵H1＝{h_ij}表示，h_i,j代表灰度图像H中第i行、第j列的像素的灰度值，灰度图像H的像素灰度值按照公式(2)计算得到：

h_i,j＝0.2989×r_i,j+0.5870×g_i,j+0.1140×b_i,j......公式(2)。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，步骤S2中对灰度图像进行归一化处理的到归一化处理后的图像U，图像U的像素灰度以矩阵U1＝{u_ij}表示，u_i,j代表灰度图像U中第i行、第j列的像素的灰度值，灰度图像U的像素灰度值按照公式(3)计算得到：

u_i,j＝(h_i,j-Minvalue)/(Maxvalue-Minvalue)......公式(3)；

式中，Minvalue是灰度图像H中所有像素灰度值中的最小值，Manvalue是灰度图像H中所有像素灰度值中的最大值；

步骤S2中得到的反色图像F的像素灰度以矩阵F1＝{f_ij}表示，f_i,j代表反色图像F中第i行、第j列的像素的灰度值，反色图像F的像素灰度值按照公式(4)计算得到：

f_i,j＝1-u_i,j......公式(4)。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，步骤S3中对反色图像F进行高斯滤波，具体通过如下公式(5)进行：

其中，ksize为高斯核的核大小，ksize大于58，t为要计算的核函数中点的序号，t为自然数，G_t为计算的第t个点的核函数，a为归一化系数，sigma为高斯内核的标准偏差。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，图像M的像素灰度以矩阵M1＝{m_ij}表示，m_i,j代表图像M中第i行、第j列的像素的灰度值，

轮廓图像B的像素灰度以矩阵B1＝{b_ij}表示，b_i,j代表图像B中第i行、第j列的像素的灰度值，

步骤S3中的用反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B，具体通过公式(6)进行：

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，步骤S5中，具体按照公式Lq＝Cq^∧3分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后得到拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，步骤S5中具体通过opencv函数merge将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，步骤S6具体对灰度图D进行0-255归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E。

进一步的，上述用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，步骤S1具体是通过opencv函数split将三通道的RGB原始图像P分割为红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3。

本发明的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，包括如下步骤：S1，将三通道的RGB原始图像P分割为三个独立通道图像，分别得到红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3；S2，将原始图像P转化为灰度图像H，对灰度图像H进行归一化处理并进行反色得到反色图像F；S3，对反色图像F进行高斯滤波，并对高斯滤波后的图像进行反色得到图像M，然后用步骤S2得到的反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B；S4，到三通道透明效果图，分别为图像C1、图像C2和图像C3；S5，分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后得到拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3，再将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D；S6，对灰度图D进行归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E。通过该方法能够获得轮廓清晰、层次分明的浮雕效果图。将通过本发明的方法得到的浮雕效果图通过雕刻机雕刻，可以得到图像轮廓清晰、空间感、主次感、层次感良好的浮雕素描效果图片。

说明书附图

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是通过本发明的方法生成的微雕机雕刻图像。

图2是使用美图秀秀的素描图算法加上stucki算法的挂网算法得到的图像。

图3是本发明方法实施例2采用的原始图像P。

图4是本发明方法实施例2中的将三通道的RGB原始图像P分割的红色通道图像A1。

图5是本发明方法实施例2中的中将三通道的RGB原始图像P分割的绿色通道图像A2。

图6是本发明方法实施例2中的中将三通道的RGB原始图像P分割的蓝色通道图像A3。

图7是本发明方法实施例2中的步骤S2中得到的反色图像F，归一化后，灰度值处于0～1范围，为便于观察，图7此处以图像缩放到0～255后显示。

图8是本发明方法实施例2中的步骤S3得到高斯滤波的图像，归一化后，灰度值处于0～1范围，为便于观察，图8此处以图像缩放到0～255后显示。

图9是本发明方法实施例2中的步骤S3得到的图像M。

图10是本发明方法实施例2中的步骤S3得到轮廓图像B。

图11是本发明方法实施例2中的步骤S4得到的图像C1。

图12是本发明方法实施例2中的步骤S4得到的图像C2。

图13是本发明方法实施例2中的步骤S4得到的图像C3。

图14是本发明方法实施例2中的步骤S5得到的灰度图D，灰度拉伸后，灰度值已超出255范围，为便于观察，图14以图像除以2553后显示。

图15是本发明方法实施例2中生成得最终浮雕素描效果图E。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1。

一种用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，包括如下步骤：

S1，将三通道的RGB原始图像P分割为三个独立通道图像，分别得到红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3。

原始图像P由m×n个像素构成，原始图像P的像素灰度以矩阵P＝{p_i,j}表示，i代表像素所在的行，j代表像素所在的列，1≤i≤m，1≤j≤n，m、n为自然数，p_i,j代表原始图像中第i行、第j列的像素的灰度值。

步骤S1具体是通过opencv函数split将三通道的RGB原始图像P分割为红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3。

步骤S1得到的红色通道图像A1的像素灰度以矩阵R＝{r_ij}表示，r_i,j代表红色通道图像A1中第i行、第j列的像素的灰度值。

步骤S1得到的绿色通道图像A2的像素灰度以矩阵G＝{g_ij}表示，g_i,j代表绿色通道图像A2中第i行、第j列的像素的灰度值。

步骤S1得到的蓝色通道图像A3的像素灰度以矩阵B＝{b_ij}表示，b_i,j代表蓝色通道图像A3中第i行、第j列的像素的灰度值。

然后进入步骤S2，将原始图像P转化为灰度图像H，对灰度图像H进行归一化处理并进行反色得到反色图像F。

步骤S2中将原始图像P转化为灰度图像H，灰度图像H的像素灰度以矩阵H1＝{h_ij}表示，h_i,j代表灰度图像H中第i行、第j列的像素的灰度值，灰度图像H的像素灰度值按照公式(2)计算得到：

h_i,j＝0.2989×r_i,j+0.5870×g_i,j+0.1140×b_i,j......公式(2)。

对灰度图像进行归一化处理的到归一化处理后的图像U，图像U的像素灰度以矩阵U1＝{u_ij}表示，u_i,j代表灰度图像U中第i行、第j列的像素的灰度值，灰度图像U的像素灰度值按照公式(3)计算得到：

u_i,j＝(h_i,j-Minvalue)/(Maxvalue-Minvalue)......公式(3)；

式中，Minvalue是灰度图像H中所有像素灰度值中的最小值，Manvalue是灰度图像H中所有像素灰度值中的最大值；

步骤S2中得到的反色图像F的像素灰度以矩阵F1＝{f_ij}表示，f_i,j代表反色图像F中第i行、第j列的像素的灰度值，反色图像F的像素灰度值按照公式(4)计算得到：

f_i,j＝1-u_i,j......公式(4)。

接着进入步骤S3，对反色图像F进行高斯滤波，并对高斯滤波后的图像进行反色得到图像M，然后用步骤S2得到的反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B，此步骤用于得到清晰的轮廓。

对反色图像F进行高斯滤波，具体通过如下公式(5)进行：

其中，ksize为高斯核的核大小，ksize大于58，t为要计算的核函数中点的序号，t为自然数，G_t为计算的第t个点的核函数，a为归一化系数，sigma为高斯内核的标准偏差。

图像M的像素灰度以矩阵M1＝{m_ij}表示，m_i,j代表图像M中第i行、第j列的像素的灰度值，

轮廓图像B的像素灰度以矩阵B1＝{b_ij}表示，b_i,j代表图像B中第i行、第j列的像素的灰度值，

步骤S3中的用反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B，具体通过公式(6)进行：

然后进入步骤S4，根据公式(1)得到三通道透明效果图，分别为图像C1、图像C2和图像C3；

Cq＝Alpha×Aq+(1-Alpha)×B......公式(1)；

其中，q＝1，2，3；Alpha为两张图片融合的权重参数，Alpha值越大，保留的颜色越多，轮廓越浅，反之保留的颜色越少，轮廓越深。

S5，分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后得到拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3，再将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D。

步骤S5中，具体按照公式Lq＝Cq^∧3分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后得到拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3。具体可通过opencv函数merge将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D。

S6，对灰度图D进行0-255归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E。

通过本发明的方法能够获得轮廓清晰、层次分明的浮雕效果图。将通过本发明的方法得到的浮雕效果图通过雕刻机雕刻，可以得到图像轮廓清晰、空间感、主次感、层次感良好的浮雕素描效果图片。

以相同的原始图片为基础，图1是通过本发明的方法生成的微雕机雕刻图像，图2是使用美图秀秀的素描图算法加上stucki算法的挂网算法得到的图像。可以看出，本发明的方法得到的图片轮廓清晰、层次分明，具有浮雕素描效果。

实施例2。

结合具体实例对本发明用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法作进一步说明。

以图3所示的彩色的原图为原始图像P，采用opencv函数split将三通道的RGB原始图像P分割为红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3，分别如图4、图5、图6所示。

S2，将原始图像P转化为灰度图像H，对灰度图像H进行归一化处理并进行反色得到反色图像F，如图7所示。

S3，对反色图像F进行高斯滤波，得到高斯滤波的图像，如图8所示。并对高斯滤波后的图像进行反色得到图像M，如图9所示。然后用步骤S2得到的反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B，如图10所示。

S4，步骤S4，根据公式(1)得到三通道透明效果图，分别为图11所示的图像C1、图12所示的图像C2和图13所示的图像C3。

S5，分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3，再将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D，如图14所示。

S6，对灰度图D进行0-255归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E，如图15所示。

可见，通过本发明的方法能够获得轮廓清晰、层次分明的浮雕素描效果图。将通过本发明的方法得到的浮雕效果图通过雕刻机雕刻，可以得到图像轮廓清晰、空间感、主次感、层次感良好的浮雕效果图片。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将三通道的RGB原始图像P分割为三个独立通道图像，分别得到红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3；

S2，将原始图像P转化为灰度图像H，对灰度图像H进行归一化处理并进行反色得到反色图像F；

S3，对反色图像F进行高斯滤波，并对高斯滤波后的图像进行反色得到图像M，然后用步骤S2得到的反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B；

S4，根据公式(1)得到三通道透明效果图，分别为图像C1、图像C2和图像C3；

Cq＝Alpha×Aq+(1-Alpha)×B......公式(1)；

其中，q＝1，2，3；Alpha为图片融合的权重参数；

S5，分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后得到拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3，再将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D；

S6，对灰度图D进行归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E。

2.根据权利要求1所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于：

原始图像P由m×n个像素构成，原始图像P的像素灰度以矩阵P＝{p_i,j}表示，i代表像素所在的行，j代表像素所在的列，1≤i≤m，1≤j≤n，m、n为自然数，p_i,j代表原始图像中第i行、第j列的像素的灰度值；

步骤S1得到的红色通道图像A1的像素灰度以矩阵R＝{r_ij}表示，r_i,j代表红色通道图像A1中第i行、第j列的像素的灰度值；

步骤S1得到的绿色通道图像A2的像素灰度以矩阵G＝{g_ij}表示，g_i,j代表绿色通道图像A2中第i行、第j列的像素的灰度值；

步骤S1得到的蓝色通道图像A3的像素灰度以矩阵B＝{b_ij}表示，b_i,j代表蓝色通道图像A3中第i行、第j列的像素的灰度值。

3.根据权利要求2所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于，

步骤S2中将原始图像P转化为灰度图像H，灰度图像H的像素灰度以矩阵H1＝{h_ij}表示，h_i,j代表灰度图像H中第i行、第j列的像素的灰度值，灰度图像H的像素灰度值按照公式(2)计算得到：

h_i,j＝0.2989×r_i,j+0.5870×g_i,j+0.1140×b_i,j......公式(2)。

4.根据权利要求3所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于，

步骤S2中对灰度图像进行归一化处理的到归一化处理后的图像U，图像U的像素灰度以矩阵U1＝{u_ij}表示，u_i,j代表灰度图像U中第i行、第j列的像素的灰度值，灰度图像U的像素灰度值按照公式(3)计算得到：

u_i,j＝(h_i,j-Minvalue)/(Maxvalue-Minvalue)......公式(3)；

式中，Minvalue是灰度图像H中所有像素灰度值中的最小值，Manvalue是灰度图像H中所有像素灰度值中的最大值；

步骤S2中得到的反色图像F的像素灰度以矩阵F1＝{f_ij}表示，f_i,j代表反色图像F中第i行、第j列的像素的灰度值，反色图像F的像素灰度值按照公式(4)计算得到：

f_i,j＝1-u_i,j......公式(4)。

5.根据权利要求4所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于，

步骤S3中对反色图像F进行高斯滤波，具体通过如下公式(5)进行：

其中，ksize为高斯核的核大小，ksize大于58，t为要计算的核函数中点的序号，t为自然数，G_t为计算的第t个点的核函数，a为归一化系数，sigma为高斯内核的标准偏差。

6.根据权利要求5所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于：

图像M的像素灰度以矩阵M1＝{m_ij}表示，m_i,j代表图像M中第i行、第j列的像素的灰度值，

轮廓图像B的像素灰度以矩阵B1＝{b_ij}表示，b_i,j代表图像B中第i行、第j列的像素的灰度值，

步骤S3中的用反色图像F除以图像M，得到轮廓图像B，具体通过公式(6)进行：

7.根据权利要求6所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于，

步骤S5中，具体按照公式Lq＝Cq^∧3分别对图像C1、图像C2和图像C3进行指数拉伸后得到拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3。

8.根据权利要求7所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于：步骤S5中具体通过opencv函数merge将拉伸图像L1、拉伸图像L2和拉伸图像L3合并成一张具有三个通道的灰度图D。

9.根据权利要求8所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于：步骤S6具体对灰度图D进行0-255归一化处理，生成最终浮雕素描效果图E。

10.根据权利要求9所述的用于获得适用于激光雕刻的浮雕素描效果图像处理方法，其特征在于，步骤S1具体是通过opencv函数split将三通道的RGB原始图像P分割为红色通道图像A1、绿色通道图像A2和蓝色通道图像A3。

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