CN110021054A - 一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法 - Google Patents

Abstract

一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，能够保持预设主色面积占比，根据给定主色及其面积占比采用贪婪算法，获取局域最优解，并加入赋色选区规则和回溯过程，从而保证生成的迷彩图案各颜色斑块面积占比与预设主色占比基本保持一致，并获取全局最优解。加入迭代次数的限制，使得算法可以在有效时间内得以完成，但如果迭代达到最大次数时仍未获得最优解，那么算法不收敛，赋色失败。为了应对算法不收敛的情况，采用增加扩充主色的方法，即增加一种不同于预设主色值的新主色，其面积占比为0，重复以上赋色过程，算法执行成功后，将颜色为扩充主色的斑块按照邻接情况和面积占比合并到周围相邻斑块中。

Description

一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法

技术领域

本发明属于数学、计算图形学、迷彩伪装技术交叉领域，具体涉及一种基于图着色理论的用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法。

背景技术

迷彩伪装是用涂料、染料或其他材料，按一定要求改变目标表面特征所实施的伪装手段，具体可分为保护迷彩、变形迷彩和仿造迷彩。变形迷彩是由一定数量和不同颜色的不定形斑点组成的多色迷彩，主要用于活动目标，从而歪曲目标轮廓达到与背景相融合的效果，所以迷彩伪装图案设计是变形迷彩伪装的核心，对最终伪装效果具有决定性的影响。变形迷彩目前已得到广泛应用，传统的设计方式为人工作业，主要设计步骤为：(1)对迷彩图案进行斑块形状和布局设计；(2)根据背景颜色分布，使用背景主色(一般为背景图像中的三种或四种分布最多的颜色)，对所有斑块进行赋色处理，赋色处理需要保证相邻斑块不能被赋予同一种主色；(3)由于赋色规则的限制，可能会产生赋色失败的斑块，即此斑块周围已经被赋予了所有不同主色，因此无法对此斑块赋色，需要调整此斑块或相邻斑块形状分布，改变其邻接斑块，达到可以赋色的目的。这样的操作可能会引起整体设计的反复微调，以满足所有斑块被着色，从而生成斑点迷彩图案。采用这样的设计方法设计出的迷彩图案，由于斑块赋色的不可预期性，往往主色面积占比无法与原背景相匹配，同时设计过程需要反复的调整和尝试，增加了设计的随机性和复杂性，使得生成的迷彩图案与最初设计差别较大，影响图案对于背景的模拟与变形分割作用，降低了迷彩伪装效果。

发明内容

为了解决现有技术所存在的不足之处，本发明提出一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法。根据给定主色及其面积占比，采用贪婪算法，获取局域最优解，并加入主色选取规则和回溯过程，从而保证生成的迷彩图案颜色占比与预设主色占比基本保持一致，并获取全局最优解。加入迭代次数的限制，使得算法可以在有效时间内得以完成。

为实现上述目的，本发明提供一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，引入饱和度和禁忌表概念，所谓饱和度，就是图案中每一个斑块的相邻的已赋色斑块数，所有节点的初始饱和度为0；禁忌表，用于算法的回溯过程，每个斑块都有一个禁忌表，用于保存当前状态下的斑块赋色值。当回溯到此斑块时，禁忌表中的颜色表示此斑块已经尝试过的颜色值，不能作为当前斑块的候选颜色值。所有斑块的初始禁忌表为空。

该方法包括以下步骤：

步骤S1、根据设计完成的迷彩斑块形状草图，将所有斑块进行编号，并生成区域邻接矩阵，在邻接矩阵中，当两个斑块相邻时，邻接标识设为1，否则设为0。获取预设的主色值C_i(0<i<N)及面积占比S_i(0<i<N)，i为主色编号，N为主色个数；

步骤S2、按照每个斑块的邻接斑块数从大到小，对所有斑块进行编号排序，获得斑块的排序列表List；

步骤S3、计算所有斑块的饱和度Sat_j(j为斑块的编号)，获得饱和度列表L_Sat；

步骤S4、获得饱和度列表L_Sat中饱和度最大的斑块，对其进行赋色处理，同时算法迭代次数加1，如果迭代次数大于预设的迭代阈值，进入S6；

步骤S5、重复S3-S4，直到所有斑块赋色成功。如果斑块赋色结果存在临时主色，进入S7，临时主色已在步骤S6中做了解释说明；如果不存在临时主色，算法结束。

步骤S6、如果所有赋色路径均尝试无效或者迭代次数达到阈值，算法无法收敛，赋色失败；为了应对此种赋色失败的情况，保证算法有效执行，向原有主色中增加一种临时主色，临时主色的取值C_N+1不同于之前所有的主色值，面积占比S_N+1＝0，因此当前主色总数N增加1。此外在赋色算法完成后，会采用合并算法将临时主色区域消除，从而使得赋色结果维持了主色的原始数据，见步骤S7。执行临时主色增加操作后，重复S2-S5。

步骤S7、存在临时主色时，将临时主色的斑块合并到相邻的斑块中，合并规则首先考虑相邻斑块中被赋予同类主色的斑块数，此同色邻接斑块数较小的优先考虑；然后考虑主色面积占比要求，计算邻接斑块的所赋予颜色的总体面积占比与预设占比差值，优先合并到差值较大的斑块。

进一步说，在步骤S2中得到的List中选择第一个斑块作为起始赋色斑块，使用面积占比最大的主色C_imax为此斑块赋色，imax为面积占比最大的主色编号。

进一步说，所述步骤S4还包括步骤S4.1和步骤S4.2：

步骤S4.1、获取斑块的候选颜色。候选颜色不能是邻接斑块的赋色值，同时不应在此斑块的禁忌表中，余下的可供选择的主色即为候选颜色；

步骤S4.2、如果只存在一个候选颜色即使用此颜色进行赋色；如果存在多个候选颜色，根据面积占比选择最优主色进行赋色。如果不存在候选颜色，赋色失败，进入回溯过程，并清空当前斑块的禁忌表。

进一步说，所述步骤S4.2中根据面积占比选择最优主色的具体方法如下：

1.计算候选主色的预设初始面积A_i＝S_i*A_all(0<i<N)，i为主色编号，A_all为图案总面积。

2.根据当前的赋色情况，将被赋予候选颜色的斑块的面积进行累加，获得当前每个候选颜色的斑块面积总和B_i。

3.计算每个候选颜色的面积差值D_i＝A_i-B_i，优先选择D_i值较大的颜色作为当前斑块主色。

进一步说，所述步骤S4.2中回溯过程的具体方法如下：

如果当前斑块不是起始赋色斑块，回退到上一赋色斑块；如果当前斑块为起始赋色斑块，无法回退，那么在排序列表List中选择当前斑块的下一个斑块作为初始赋色斑块，重复S3-S4，如果排序列表List中斑块全部尝试均无法完成有效的赋色过程，进入S6。

与现有技术相比，本发明具有以下创新之处：

(1)本发明在经典的图着色算法基础上，加入主色选取规则、算法回溯过程和迭代阈值控制，从而保证图案斑块面积占比与预设比例接近，并使算法加速收敛，使得斑块赋色可以在有效时间内得以实现；

(2)本发明适用范围广，尤其适用于含有较多斑块的大尺寸迷彩图像，其上色完全符合光学背景伪装特性的颜色面积占比要求，形成的伪装图案质量得到很大的提高。

附图说明

图1为本发明较佳实施例提供的方法流程图。

图2为本发明斑块赋色的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本发明提供一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，引入饱和度和禁忌表概念，所谓饱和度，就是图案中每一个斑块的相邻的已赋色斑块数，所有节点的初始饱和度为0；禁忌表，用于算法的回溯过程，每个斑块都有一个禁忌表，用于保存当前状态下的斑块赋色值，在回溯到此点时，禁忌表中的颜色表示此斑块已经尝试过的颜色值，不能作为当前斑块的候选颜色值。所有斑块的初始禁忌表为空

该方法包括以下步骤：

步骤S1、根据设计完成的迷彩斑块形状草图，将所有斑块进行编号，并生成区域邻接矩阵，在邻接矩阵中，当两个斑块相邻时，邻接标识设为1，否则设为0。获取预设的主色值C_i(0<i<N)及面积占比S_i(0<i<N)，i为当前主色编号，N为预设的主色个数。

步骤S2、根据每个斑块的邻接斑块数，对所有斑块进行编号排序，获得斑块的排序列表List。在List中选择第一个斑块作为起始赋色斑块，使用面积占比最大的主色C_imax为此斑块赋色，imax为面积占比最大的主色编号；

步骤S3、计算所有斑块的饱和度Sat_j(j为斑块编号)，获得饱和度列表L_Sat；

步骤S4、获得饱和度列表L_Sat中饱和度最大的斑块，对其进行赋色处理，同时迭代次数加1，如果迭代次数大于预设的迭代阈值，进入S6：

步骤S4.1、获取斑块的候选颜色。候选颜色不能是邻接斑块的赋色值，同时不应在此斑块的禁忌表中，余下的可供选择主色即为候选颜色；

步骤S4.2、如果只存在一个候选颜色即使用此颜色进行赋色；如果存在多个候选颜色，根据面积占比选择最优主色进行赋色，具体方法如下：

1.计算候选主色的预设初始面积A_i＝S_i*A_all(0<i<N)，A_all为图案总面积。

2.根据当前的赋色情况，将被赋予候选颜色的斑块的面积进行累加，获得当前每个候选颜色的斑块面积总和B_i。

3.计算每个候选颜色的面积差值D_i＝A_i-B_i，优先选择D_i值较大的颜色作为当前斑块主色。

如果不存在候选颜色，赋色失败，进入回溯过程，并清空当前斑块的禁忌表。回溯过程的具体方法为：如果当前斑块不是起始赋色斑块，回退到上一赋色斑块；如果当前斑块为起始赋色斑块，无法回退，那么在排序列表List中选择当前斑块的下一个斑块作为初始赋色斑块，重复S3-S4，如果排序列表List中斑块全部尝试均无法完成有效的赋色过程，进入S6。

步骤S5、重复S3-S4，直到所有斑块赋色成功。如果斑块赋色结果存在临时主色，进入S7，临时主色已在步骤S6中做了解释说明；如果不存在临时主色，算法结束。

步骤S6、如果所有赋色路径均尝试无效或者迭代次数达到阈值，算法无法收敛，赋色失败；为了应对此种赋色失败的情况，保证算法有效执行，向原有主色中增加一种临时主色，临时主色的取值C_N+1不同于之前所有的主色值，面积占比S_N+1＝0，因此当前主色总数N增加1。此外在赋色算法完成后，会采用合并算法将临时主色区域消除，从而使得赋色结果维持了主色的原始数据，见步骤S7。执行临时主色增加操作后，重复S2-S5。

步骤S7、存在临时主色时，将临时主色的斑块合并到相邻的斑块中，合并规则首先考虑相邻斑块中被赋予同类主色的斑块数，此同色邻接斑块数较小的优先考虑；然后考虑主色面积占比要求，计算邻接斑块的所赋予颜色的总体面积占比与预设占比差值，优先合并到差值较大的斑块。

以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，其特征在于：在保持预设主色面积占比的基础上，根据给定主色及其面积占比，采用贪婪算法，获取局域最优解，并加入赋色选区规则和回溯过程，保证生成的迷彩图案颜色占比与预设主色占比基本保持一致，并获取全局最优解；

引入饱和度和禁忌表概念，所谓饱和度，就是图案中每一个斑块的相邻的已赋色斑块数，所有节点的初始饱和度为0；禁忌表，用于算法的回溯过程，每个斑块都有一个禁忌表，用于保存当前状态下的斑块赋色值；当回溯到此斑块时，禁忌表中的颜色表示此斑块已经尝试过的颜色值，不能作为当前斑块的候选颜色值，所有斑块的初始禁忌表为空；

该方法包括以下步骤：

步骤S1、根据设计完成的迷彩斑块形状草图，将所有斑块进行编号，并生成区域邻接矩阵，在邻接矩阵中，当两个斑块相邻时，邻接标识设为1，否则设为0，获取预设的主色值C_i(0<i<N)及面积占比S_i(0<i<N)，i为主色编号，N为预设的主色个数；

步骤S2、按照每个斑块的邻接斑块数从大到小，对所有斑块进行编号排序，获得斑块的排序列表List；

步骤S3、计算所有斑块的饱和度Sat_j(j为斑块编号)，获得饱和度列表L_Sat；

步骤S4、获得饱和度列表L_Sat中饱和度最大的斑块，对其进行赋色处理，同时算法的迭代次数增加1，如果迭代次数大于预设的迭代阈值，进入S6；

步骤S5、重复S3-S4，直到所有斑块赋色成功，如果斑块赋色结果存在临时主色，进入S7；如果不存在临时主色，算法结束；

步骤S6、如果所有赋色路径均尝试无效或者迭代次数达到阈值，算法无法收敛，赋色失败；为了应对此种赋色失败的情况，执行加载临时主色操作，即向原有主色中增加一种不同于当前算法所使用的所有主色值且面积占比为0的临时主色，操作完成后，重复S2-S5；

步骤S7、存在临时主色时，将临时主色的斑块合并到相邻的斑块中，合并规则首先考虑相邻斑块中被赋予同类主色的斑块数，此同色邻接斑块数较小的优先考虑；然后考虑主色面积占比要求，计算邻接斑块的所赋予颜色的总体面积占比与预设占比差值，优先合并到差值较大的斑块。

2.根据权利要求1所述的一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，其特征在于：在步骤S2中得到List中选择第一个斑块作为起始赋色斑块，使用面积占比最大的主色C_imax作为此斑块颜色，imax为面积占比最大的主色编号。

3.根据权利要求1所述的一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，其特征在于：所述步骤S4还包括步骤S4.1和步骤S4.2：

步骤S4.1、获取斑块的候选颜色：候选颜色不能是邻接斑块的赋色值，同时不应在此斑块的禁忌表中，余下的可供选择的主色即为候选颜色；

步骤S4.2、如果只存在一个候选颜色即使用此颜色进行赋色；如果存在多个候选颜色，根据面积占比选择最优主色进行赋色。如果不存在候选颜色，赋色失败，进入回溯过程，并清空当前斑块的禁忌表。

4.根据权利要求3所述的一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，其特征在于：所述步骤S4.2中根据面积占比选择最优主色的具体方法如下：

(1)计算候选主色的预设初始面积A_i＝S_i*A_all(0<i<N)，A_all为图案总面积；

(2)根据当前的赋色情况，将被赋予候选颜色的斑块的面积进行累加，获得当前每个候选颜色的斑块面积总和B_i；

(3)计算每个候选颜色的面积差值D_i＝A_i-B_i，优先选择D_i值较大的颜色作为当前斑块主色。

5.根据权利要求4所述的一种用于斑点迷彩图案设计的斑块赋色方法，其特征在于：所述回溯过程：如果当前斑块不是起始赋色斑块，回退到上一赋色斑块；如果当前斑块为起始赋色斑块，无法回退，那么在排序列表List中选择当前斑块的下一个斑块作为初始赋色斑块，重复S3-S4，如果排序列表List中斑块全部尝试均无法完成有效的赋色过程，进入S6。