RU2524869C1 - Device for colouring black and white image - Google Patents

Device for colouring black and white image Download PDF

Info

Publication number
RU2524869C1
RU2524869C1 RU2013101107/08A RU2013101107A RU2524869C1 RU 2524869 C1 RU2524869 C1 RU 2524869C1 RU 2013101107/08 A RU2013101107/08 A RU 2013101107/08A RU 2013101107 A RU2013101107 A RU 2013101107A RU 2524869 C1 RU2524869 C1 RU 2524869C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
block
unit
rgb
Prior art date
Application number
RU2013101107/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013101107A (en
Inventor
Владимир Иванович Марчук
Александр Иванович Шерстобитов
Вячеслав Владимирович Воронин
Евгений Александрович Семенищев
Владислав Александрович Приходченко
Дмитрий Витальевич Тимофеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2013101107/08A priority Critical patent/RU2524869C1/en
Publication of RU2013101107A publication Critical patent/RU2013101107A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2524869C1 publication Critical patent/RU2524869C1/en

Links

Landscapes

  • Processing Of Color Television Signals (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device comprises RGB→NTSC converter units (1), (20), a label mask selection unit (2), multiplier units (3), (18), (19), a breakdown unit (4), a dispersion calculation unit (6), a weight function generating unit (10), a label coordinate determining unit (5), buffer units (7), (8), (12), (21) delay units (11), (13), (14), (15), (16), a sparse matrix generating unit (17), a control unit (9), a clock-pulse generator (22).
EFFECT: reduced colour distortion when colouring monochromatic images.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в цифровых, телевизионных и фотосистемах.The invention relates to the field of computer technology and can be used in digital, television and photo systems.

Основная решаемая задача - колоризация черно-белых изображений.The main task to be solved is the colorization of black and white images.

Колоризация (раскрашивание) - компьютерный процесс добавления цвета к монохроматическому (черно-белому) изображению или видео. Этот процесс, как правило, включает в себя сегментацию изображения в областях и отслеживание этих областей через последовательность изображений. Современные методы и устройства не позволяют выполнению достоверной сегментации на практике, следовательно, раскрашивание требует вмешательства оператора, требующего большого количества временных затрат.Colorization (coloring) is a computer process of adding color to a monochromatic (black and white) image or video. This process typically involves segmenting the image in areas and tracking these areas through a sequence of images. Modern methods and devices do not allow the implementation of reliable segmentation in practice, therefore, coloring requires operator intervention, requiring a large amount of time.

В настоящее время в России и за рубежом ведется большая работа по восстановлению цветности старых кинофильмов и фотографических материалов. Помимо кинематографа, методы восстановления цвета цифровых полутоновых изображений могут применяться в таких областях, как реставрация архивных фотографий и пленочных видеозаписей, восстановление при неверной гаммакорекции.Currently, in Russia and abroad, a lot of work is underway to restore the color of old films and photographic materials. In addition to cinema, color restoration methods for digital grayscale images can be applied in areas such as restoration of archive photographs and film videos, recovery from incorrect gamma correction.

Упрощенно способы окрашивания монохроматических изображений можно разделить на следующие группы:Simplified methods for staining monochromatic images can be divided into the following groups:

1) Способы с использованием цветовой маркировки.1) Methods using color coding.

2) Автоматические способы окрашивания с использованием эталонных изображений.2) Automatic staining methods using reference images.

Анализ существующих способов окрашивания показывает, что ониAnalysis of existing staining methods shows that they

требуют априорную информацию о объекте. Использование автоматических способов окрашивания приводит к заполнению цветом всех локальных областей изображения и требует, чтобы разноцветные области на изображении имели различные группы яркости. В изображениях, где эти параметры похожи, визуально наблюдается подмена цветов пикселей изображений, т.е. неокрашивание пикселей изображения. К тому же, для использования автоматических способов окрашивания требуется эталонное изображение, цвета которого сходны с желаемыми цветами обрабатываемого изображения. Для использования способов на основе цветовой маркировки требуется нанесение цветовых маркеров в локальных областях изображения, цвета которых могут выбираться на основе экспертных оценок, либо могут задаваться «желаемые» цвета. Следует отметить, что результат окрашивания напрямую зависит от способа выбора цветовых маркеров, а также от количества их нанесения.require a priori information about the object. The use of automatic staining methods fills all local areas of the image with color and requires that the colored areas in the image have different brightness groups. In images where these parameters are similar, a visual change in the color of image pixels is observed, i.e. non-coloring of image pixels. In addition, to use automatic staining methods, a reference image is required, the colors of which are similar to the desired colors of the processed image. To use methods based on color marking, it is necessary to apply color markers in local areas of the image, the colors of which can be selected based on expert estimates, or the “desired” colors can be specified. It should be noted that the staining result directly depends on the method of choosing color markers, as well as on the amount of their application.

Известен метод и система для цифровой колоризации изображений [Patent №5,093,717, USA, МПК H04N 1/46]. Способ основан на ручном задании масок объектов изображения, имеющих сходные оттенки, и определении для каждой маски функции передачи цвета, преобразования информации шкалы яркости изображения в уникальные значения оттенка, яркости и насыщенности. Значение шкалы яркости в пределах каждой области обрабатывается с помощью функции передачи цвета. Результат операций сохраняется для последующего извлечения и отображения.A known method and system for digital colorization of images [Patent No. 5,093,717, USA, IPC H04N 1/46]. The method is based on manually setting masks of image objects having similar shades, and defining for each mask the function of color transfer, converting the information of the image brightness scale into unique values of hue, brightness and saturation. The value of the brightness scale within each area is processed using the color transfer function. The result of operations is saved for later retrieval and display.

Признаки метода и системы - аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: окрашивание монохроматического изображения.The signs of the method and system - analogue, coinciding with the signs of the proposed technical solution, the following: staining a monochromatic image.

Недостатками известного метода и системы являются: в изображениях, где разноцветные области имеют схожие группы яркости, возможна подмена цветов; используется ручная задача областей колоризации.The disadvantages of the known method and system are: in images where multi-colored areas have similar brightness groups, a color change is possible; The manual task of the areas of colorization is used.

Известен метод восстановления цвета полутоновых изображений на основе нейронной сети [Варламов А.Д. «Восстановление цвета полутоновых изображений нейронной сетью» // Алгоритмы, методы и системы обработки данных - Муром: изд-во Муромский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых", 2010. - с.6]. Данный метод базируется на машинном обучении, то есть используется технология, при которой алгоритм преобразования полутонового изображения к цветному будет формироваться автоматически на основе отобранных человеком примеров. Колоризация осуществляется следующими шагами: на цветных изображениях с однородным по типу содержанием (например, закат солнца, дорожное асфальтовое полотно и другие) однотипные объекты имеют примерно одинаковый цвет. Для оценки цвета каждой точки исходного полутонового изображения используется следующая информация относительно ее и самого изображения:A known method for restoring color grayscale images based on a neural network [Varlamov AD “Restoration of color of grayscale images by a neural network” // Algorithms, methods and data processing systems - Murom: publishing house Murom Institute (branch) of the State educational institution of higher professional education "Vladimir State University named after Alexander Grigoryevich and Nikolay Grigoryevich Stoletov", 2010. - p.6]. This method is based on machine learning, that is, a technology is used in which an algorithm for converting a grayscale image to a color image will be automatically generated based on examples selected by a person. Colorization is carried out by the following steps: on color images with a homogeneous content type (for example, sunset, road asphalt and others) objects of the same type have approximately the same color. To evaluate the color of each point of the original grayscale image, the following information is used regarding it and the image itself:

1. Тип сцены изображения (определяет, что изображено на сцене).1. Type of image scene (determines what is depicted on the scene).

2. Яркость точки.2. The brightness of the point.

3. Набор значений локальных признаков, которые позволят более точно определить вид объекта и соответственно более точно "подобрать" цвет.3. A set of values of local features that will allow more accurately determine the type of object and, accordingly, more accurately "pick" the color.

Тип сцены изображения предопределяет, какие объекты могут присутствовать на сцене. Яркость точки берется из входного полутонового изображения; значения локальных признаков вычисляются детерминированными алгоритмами обработки изображений. Непосредственно "подбор" цвета выполняет нейронная сеть, на вход которой поступает набор значений локальных признаков и яркость точки, а на выходе формируются интенсивности цветовых компонент (красная, зеленая и синяя). Сеть предварительно обучается для каждого типа сцены.The scene type of the image determines which objects can be present on the scene. The brightness of the point is taken from the input grayscale image; values of local features are calculated by deterministic image processing algorithms. The “selection” of color is carried out directly by a neural network, the input of which receives a set of values of local signs and the brightness of the point, and the intensities of the color components (red, green, and blue) are formed at the output. The network is pre-trained for each type of scene.

Признаки метода и системы - аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: окрашивание монохроматического изображения.The signs of the method and system - analogue, coinciding with the signs of the proposed technical solution, the following: staining a monochromatic image.

Недостатками известного метода и системы являются: в изображениях, где разноцветные области имеют схожие группы яркости, возможна подмена цветов; невозможность задачи и обучения всех типов сцен; ошибки в обучении нейронной сети.The disadvantages of the known method and system are: in images where multi-colored areas have similar brightness groups, a color change is possible; the impossibility of the task and training of all types of scenes; errors in the training of the neural network.

Известен метод и устройство для окрашивания изображений [Патент №US 2009/0096807 А1]. Данный метод окрашивания изображений включает в себя: на первом шаге производится назначение первого цвета из карты цветов к пикселю максимальной яркости, для определения первого графического элемента; на следующем шаге производится назначение второго цвета цветовой карты к пикселю другой яркости; производится перерасчет яркости первого графического элемента и второго графического элемента; на следующем шаге производится регулировка яркости, связанной с первым графическим элементом, относительно яркости в первом заданном диапазоне яркостей и коррекция насыщенности графического элемента; процедура повторяется для второго графического элемента относительно яркости во втором заданном диапазоне.A known method and device for coloring images [Patent No.US 2009/0096807 A1]. This method of coloring images includes: at the first step, the first color is assigned from the color map to the maximum brightness pixel to determine the first graphic element; in the next step, the second color of the color map is assigned to a pixel of a different brightness; recalculating the brightness of the first graphic element and the second graphic element; in the next step, the brightness associated with the first graphic element is adjusted relative to the brightness in the first predetermined brightness range and the saturation of the graphic element is corrected; the procedure is repeated for the second graphic element with respect to brightness in the second predetermined range.

Структурная схема устройства, реализующего рассмотренный алгоритм, содержит блок определения первого графического элемента; блок определения второго графического элемента; блок расчета первой яркости; блок расчета второй яркости; блок регулировки яркостей; блок проверки условия; блок коррекции насыщенности; блок подачи следующей точки данных.The structural diagram of a device that implements the considered algorithm contains a block for determining the first graphic element; a block for determining a second graphic element; block for calculating the first brightness; block for calculating the second brightness; brightness control unit; condition check block; saturation correction unit; feed unit for the next data point.

Известен метод преобразования черно-белого изображения в цветное [Т. Welsh, M. Ashikhmin, К. Mueller "Transferring Color to Greyscale Images" // IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, 2007 p. 1-4.]. В данном методе используется цветное (источник) изображение представлено в RGB пространстве и черно-белое (целевое) изображения. На первом шаге они преобразуются в декоррелируемое lαβ цветовое пространство для последующего анализа. Для того, чтобы передать значения цветности от цветного изображения к монохроматическому, необходимо, чтобы каждый пиксель черно-белого изображения был согласован с пикселем цветного изображения. Сравнение основано на значениях яркости и статистики окрестности данного пикселя. Значение яркости определено l каналом в lαβ цветовом пространстве. Для того, чтобы уменьшить различия в яркости между двумя изображениями, выполняется преобразование яркости путем линейного перемещения и масштабирования гистограммы яркости цветного изображения.A known method of converting a black and white image into color [T. Welsh, M. Ashikhmin, K. Mueller "Transferring Color to Greyscale Images" // IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, 2007 p. 1-4.]. This method uses a color (source) image represented in RGB space and black and white (target) image. At the first step, they are transformed into a decorrelated lαβ color space for subsequent analysis. In order to transfer color values from a color image to a monochromatic image, it is necessary that each pixel in a black-and-white image be matched with a pixel in a color image. The comparison is based on brightness values and neighborhood statistics for a given pixel. The brightness value is determined by the l channel in the lαβ color space. In order to reduce the differences in brightness between the two images, the brightness conversion is performed by linearly moving and scaling the histogram of the brightness of the color image.

Поскольку большинство визуально существенных различий между значениями пикселей связаны с различиями в яркости, то можно ограничить число образцов, используемых в качестве исходных цветовых пикселей. Это позволяет сократить число сравнений, сделанных для каждого пикселя в монохроматическом изображении и уменьшить время вычислений. Для каждого пикселя монохроматического изображения в растровой строке отбирается наиболее подходящий образец соответствия цвета, который выбирается в зависимости от средневзвешенной яркости (50%) и стандартного отклонения (50%). Как только найдено лучшее соответствие пикселей, α и β значения цветности передаются целевому пикселю, в то время как исходное значение яркости сохраняется.Since most of the visually significant differences between the pixel values are associated with differences in brightness, it is possible to limit the number of samples used as the source color pixels. This reduces the number of comparisons made for each pixel in the monochromatic image and reduces the calculation time. For each pixel of the monochromatic image in the raster line, the most suitable color matching sample is selected, which is selected depending on the weighted average brightness (50%) and standard deviation (50%). As soon as the best pixel match is found, α and β the color values are transmitted to the target pixel, while the original brightness value is stored.

Признаки способа - аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: окрашивание черно-белых изображений.The features of the method is an analogue that coincides with the features of the proposed technical solution, the following: staining black and white images.

Недостатками известного способа является: если области в эталонном изображении не имеют близких значений яркостей для соответствующих структур в исходном изображении, то наблюдается подмена цветов локальных областей изображения; большие вычислительные затраты; в следствии использования итерационного алгоритма требуется большое время обработки.The disadvantages of this method are: if the areas in the reference image do not have similar brightness values for the corresponding structures in the original image, then there is a color change of local areas of the image; high computing costs; as a result of using the iterative algorithm, a large processing time is required.

Наиболее близким к изобретению является метод и устройство колоризации с использованием оптимизации по цветовой интенсивности [Патент №US 2010/0085372 А1]. Настоящее изобретение производит добавление цвета в изображение или видеопоследовательность или изменяет цвет одного или нескольких элементов в изображении.Closest to the invention is a method and device for colorization using optimization according to color intensity [Patent No.US 2010/0085372 A1]. The present invention produces the addition of color to an image or video sequence or changes the color of one or more elements in the image.

Метод колоризации реализуется с помощью следующего алгоритма. На первом шаге минимизируется сумма квадратов разницы между цветом U(r) в пикселе r и взвешенным средним числом цвета Σ s N ( r ) w r s U ( s )

Figure 00000001
в соседних пикселях s:The colorization method is implemented using the following algorithm. In the first step, the sum of the squares of the difference between the color U (r) in pixel r and the weighted average of the color is minimized Σ s N ( r ) w r s U ( s )
Figure 00000001
in adjacent pixels s:

J ( U ) = Σ r ( U ( r ) Σ s N ( r ) U ( s ) ) 2 ( 1 )

Figure 00000002
J ( U ) = Σ r ( U ( r ) - Σ s N ( r ) U ( s ) ) 2 ( one )
Figure 00000002

где wrs - весовая функция, принимающая большие значения, при Y(r)~Y(s), и маленькие, когда эти две интенсивности отличаются, Y(r) - монохроматическая интенсивность пикселя r, s∈N(r) является областью пикселей вокруг r.where w rs is the weight function taking large values at Y (r) ~ Y (s), and small, when these two intensities are different, Y (r) is the monochromatic intensity of the pixel r, s∈N (r) is the region of pixels around r.

Решение целевой функции (1) проводится с использованием двух весовых функций wrs.The solution of the objective function (1) is carried out using two weight functions w rs .

Первая весовая функция wrs использует алгоритмы сегментации изображений и основана на квадрате разности между двумя интенсивностями:The first weighting function w rs uses image segmentation algorithms and is based on the squared difference between the two intensities:

w r s e ( Y ( r ) Y ( s ) ) 2 2 σ r 2 ( 2 )

Figure 00000003
w r s e - ( Y ( r ) - Y ( s ) ) 2 2 σ r 2 ( 2 )
Figure 00000003

Вторая весовая функция wrs основана на нормализованной корреляции между двумя интенсивностями:The second weight function w rs is based on the normalized correlation between two intensities:

w r s 1 + 1 σ r 2 ( Y ( r ) μ r ) ( Y ( s ) μ r ) ( 3 )

Figure 00000004
w r s one + one σ r 2 ( Y ( r ) - μ r ) ( Y ( s ) - μ r ) ( 3 )
Figure 00000004

где µr и σr - среднее значение и дисперсия интенсивности в области N(r).where µ r and σ r are the average value and the variance of the intensity in the region N (r).

Корреляция находится с помощью принятия локального линейного отношения между цветом и интенсивностью. Предполагается, что цвет пикселя U(r) является линейной функцией интенсивности Y(r):The correlation is found by adopting a local linear relationship between color and intensity. It is assumed that the color of the pixel U (r) is a linear function of the intensity Y (r):

U ( r ) = a i Y ( r ) + b i ( 4 )

Figure 00000005
U ( r ) = a i Y ( r ) + b i ( four )
Figure 00000005

где a i, bi - линейные коэффициенты, которые одинаковы для всех пикселей в малой окрестности N(r).where a i , b i are linear coefficients that are the same for all pixels in a small neighborhood of N (r).

Учитывая ряд местоположений ri, где цвета заданы исходными маркерами u(ri)=ui; ν(ri)=νi минимизируется J(U),J(V) выражения (1) с учетом ограничений, введенных уравнениями (2)-(4).Given the number of locations r i , where the colors are given by the source markers u (r i ) = u i ; ν (r i ) = ν i is minimized by J (U), J (V) of expression (1) taking into account the restrictions introduced by equations (2) - (4).

Признаки способа - аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: использование цветовой маркировки, окрашивание монохроматического изображения.The signs of the method is an analogue that coincides with the features of the proposed technical solution, the following: the use of color marking, staining a monochromatic image.

Недостатками известного способа и устройства, его реализующего, являются: результат восстановления цветов в большей степени зависит от способа выбора цветов маркеров, локальных участков для их нанесения и площади окрашивания; несущественное изменение исходных параметров может привести к значительным цветовым искажениям; большие вычислительные затраты.The disadvantages of the known method and device that implements it are: the result of the restoration of colors to a greater extent depends on the choice of colors of markers, local areas for their application and the area of staining; a slight change in the initial parameters can lead to significant color distortions; high computing costs.

Структурная схема устройства, реализующего рассмотренный алгоритм, содержит блок определения значений интенсивности изображений, блок ввода ограничений, блок определения координат маркеров, блок минимизации целевой функции.The block diagram of a device that implements the considered algorithm contains a block for determining the intensity values of images, a block for entering constraints, a block for determining coordinates of markers, and a block for minimizing the objective function.

Предлагаемое устройство колоризации черно-белых изображений позволяет окрашивать черно-белые изображения, производить замену цветов на изображении. Устройство реализует следующий алгоритм. На первом шаге оператором производится ручное нанесение цветовых маркеров на известные области и преобразование исходного изображения I с нанесенными на него цветовыми маркерами из RGB цветового пространства в YUV цветовое пространство.The proposed device for the colorization of black and white images allows you to color black and white images, to replace colors on the image. The device implements the following algorithm. At the first step, the operator manually applies color markers to known areas and converts the original image I with color markers applied from RGB color space to YUV color space.

Основные уравнения, которые используются для преобразования между пространством RGB и YUV, имеют вид:The basic equations that are used to convert between RGB and YUV space are:

Y=0,299·R+0,587·G+0,114·В;Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 V;

Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B ; U = 0,492 ( B Y ) = 0,147 R 0,289 G + 0,436 B ; ( 5 ) V = 0,877 ( R Y ) = 0,615 R 0,515 G + 0,100 B .

Figure 00000006
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B ; U = 0.492 ( B - Y ) = - 0.147 R - 0.289 G + 0.436 B ; ( 5 ) V = 0.877 ( R - Y ) = 0.615 R - 0.515 G + 0,100 B .
Figure 00000006

В результате преобразования формируется три канала: канал яркостной составляющей Y; канал первой цветоразностной составляющей U; канал второй цветоразностной составляющей V.As a result of the conversion, three channels are formed: the channel of the luminance component Y; the channel of the first color difference component U; channel of the second color difference component V.

На втором шаге выделяется маска маркеров, представляющая собой бинарный массив m, элементы которого принимают значение 1, если они соответствуют помеченным областям, в противном случае принимается значение 0.At the second step, the marker mask is selected, which is a binary array m whose elements take the value 1 if they correspond to the marked areas, otherwise the value 0 is accepted.

На следующем шаге происходит последовательное разбиение исходного изображения скользящим окном 3×3 на перекрывающиеся подобласти. Во всех локальных областях производится расчет значений дисперсий и выделения абсолютных x, y координат маркеров.At the next step, the initial image is sequentially divided by a 3 × 3 sliding window into overlapping subregions. In all local areas, the variance is calculated and the absolute x, y coordinates of the markers are extracted.

На четвертом шаге на основе рассчитанной дисперсии происходит расчет весовых коэффициентов для каждого элемента подблоков, определенных выражением (2).In the fourth step, based on the calculated variance, the weighting coefficients are calculated for each element of the subblocks defined by expression (2).

На следующем шаге формируется разреженная матрица А размерностью N×n на основе весовых коэффициентов и их абсолютных x, y координат.:At the next step, a sparse matrix A of dimension N × n is formed based on weighting coefficients and their absolute x, y coordinates:

N = h w ( 6 )

Figure 00000007
N = h w ( 6 )
Figure 00000007

где h - высота изображения, w - ширина изображения.where h is the image height, w is the image width.

На шестом шаге происходит перемножение разреженной матрицы А на вектор значений цветоразностного канала U и V.At the sixth step, the rarefied matrix A is multiplied by the vector of the color difference channel U and V.

В конце происходит преобразование окрашенного изображения из YUV цветового пространства в RGB цветовое пространство.At the end, the painted image is converted from the YUV color space to the RGB color space.

Устройство колоризации черно-белых изображений (фиг.1) содержит блок преобразователя RGB→NTSC 1 и блок выделения маски маркеров 2, входы которых являются информационными входами устройства, выход блока выделения маски маркеров 2 подключен к первому входу блока перемножителя 3; первый выход блока преобразователя RGB→NTSC 1 подключен ко второму входу блока перемножителя 3, выход которого подключен к первому входу блока разбиения 4, выход которого подключен ко входу блока расчета дисперсии 6, ко второму входу блока формирования весовой функции 10, ко входу блока определения координат маркеров 5; выход блока расчета дисперсии 6 подключен к первому входу блока формирования весовой функции 10, выход которого подключен к первому входу буфера 12, выход которого подключен к первому входу блока формирования разреженной матрицы 17; первый выход блока определения координат маркеров 5 подключен к первому входу блока буфера 7, выход которого подключен ко входу блока задержки 13, выход которого подключен ко второму входу блока формирования разреженной матрицы 17; второй выход блока определения координат маркеров 5 подключен к первому входу блока буфера 8, выход которого подключен ко входу блока задержки 14, выход которого подключен к третьему входу блока формирования разреженной матрицы 17; первый выход блока преобразователя RGB→NTSC 1 подключен ко входу блока управления 9, первый выход которого подключен ко второму входу блока буфера 8, ко второму входу блока буфера 7, ко второму входу блока буфера 12; второй выход блока управления 9 подключен ко второму входу блока разбиения 4, к четвертому входу блока формирования разреженной матрицы 17; второй выход блока преобразователя RGB→NTSC 1 подключен ко входу блока задержки 11, выход которого подключен ко второму входу блока перемножителя 18; третий выход блока преобразователя RGB→NTSC 1 подключен ко входу блока задержки 15, выход которого подключен ко второму входу блока перемножителя 19; выход блока формирования разреженной матрицы 17 подключен к первому входу блока перемножителя 18, к первому входу блока перемножителя 19; выход перемножителя 18 подключен ко второму входу блока преобразователя NTSC→RGB 20; выход перемножителя 19 подключен к третьему входу блока преобразователя NTSC→RGB 20; первый выход блока преобразователя RGB→NTSC 1 подключен ко входу блока задержки 16, выход которого подключен к первому входу блока преобразователя NTSC→RGB 20, выход которого подключен ко входу блока буфера 21, выход которого является информационным выходом устройства. Синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов 22.The device for colorization of black-and-white images (Fig. 1) contains an RGB → NTSC 1 converter unit and marker mask extraction unit 2, the inputs of which are information inputs of the device, the output of marker mask extraction unit 2 is connected to the first input of multiplier unit 3; the first output of the RGB → NTSC converter block 1 is connected to the second input of the multiplier block 3, the output of which is connected to the first input of the partition block 4, the output of which is connected to the input of the dispersion calculation block 6, to the second input of the weight function formation block 10, to the input of the coordinate determination block markers 5; the output of the dispersion calculation unit 6 is connected to the first input of the weight function forming unit 10, the output of which is connected to the first input of the buffer 12, the output of which is connected to the first input of the sparse matrix forming unit 17; the first output of the marker coordinate determining unit 5 is connected to the first input of the buffer unit 7, the output of which is connected to the input of the delay unit 13, the output of which is connected to the second input of the sparse matrix forming unit 17; the second output of the marker coordinate determining unit 5 is connected to the first input of the buffer unit 8, the output of which is connected to the input of the delay unit 14, the output of which is connected to the third input of the sparse matrix forming unit 17; the first output of the RGB → NTSC converter block 1 is connected to the input of the control unit 9, the first output of which is connected to the second input of the buffer block 8, to the second input of the buffer block 7, to the second input of the buffer block 12; the second output of the control unit 9 is connected to the second input of the partitioning unit 4, to the fourth input of the sparse matrix forming unit 17; the second output of the RGB → NTSC 1 converter block is connected to the input of the delay block 11, the output of which is connected to the second input of the multiplier block 18; the third output of the RGB → NTSC 1 converter block is connected to the input of the delay block 15, the output of which is connected to the second input of the multiplier block 19; the output of the sparse matrix forming unit 17 is connected to the first input of the multiplier unit 18, to the first input of the multiplier unit 19; the output of the multiplier 18 is connected to the second input of the NTSC → RGB 20 converter block; the output of the multiplier 19 is connected to the third input of the NTSC → RGB 20 converter block; the first output of the RGB → NTSC converter block 1 is connected to the input of the delay block 16, the output of which is connected to the first input of the NTSC → RGB 20 converter block, the output of which is connected to the input of the buffer block 21, the output of which is the information output of the device. The synchronization of the device is provided by the clock generator 22.

Устройство колоризации черно-белых изображений работает следующим образом. Одновременно на вход блока преобразователя RGB→NTSC 1 и на вход блока выделения маски маркеров 2 поступает исходное изображение с нанесенными на него цветовыми маркерами. В блоке выделения маски маркеров 2 выделяется маска нанесенных на изображение цветных маркеров, представляющая собой бинарный массив, элементы которого, принимающие значение 1, соответствуют помеченным областям, в противном случае 0. В блоке преобразования RGB→NTSC 1 происходит преобразование входного изображения из формата RGB в формат NTSC. На выходах блока преобразования RGB→NTSC 1 формируется три канала изображения формата NTSC: на первом выходе формируется канал яркостной составляющей Y, на втором выходе - первая цветоразностная составляющая U и на третьем выходе - второй канал цветоразностной составляющей V. На входы блока перемножителя 3 подаются сигнал яркостного канала Y блока преобразования RGB→NTSC 1 и маска маркеров с выхода блока выделения маски маркеров 2, на выходе которого формируется матрица помеченных цветом областей. Результат перемножения с выхода блока перемножителя 3 поступает в блок разбиения 4, где происходит последовательное разбиение исходного изображения скользящим окном 3×3 на перекрывающиеся подобласти. Информация о размере скользящего окна поступает со второго выхода блока управления 9 на второй вход блока разбиения 4. С выхода блока разбиения 4 последовательно передаются подблоки в блок расчета дисперсии 6, в котором происходит расчет значений дисперсий для каждого подблока. В блоке формирования весовой функции 10 происходит расчет весовых коэффициентов для каждого элемента подблоков на основе рассчитанной дисперсии, значение которой подается на первый вход блока формирования весовой функции 10, а на второй его вход подаются подблоки исходного изображения с выхода блока разбиения 4. Значения рассчитанных весовых коэффициентов с выхода блока формирования весовой функции 10 поступают в блок буфера 12. С выхода блока разбиения 4 поблочно значения передаются в блок определения координат маркеров 5 для расчета абсолютных x, y значений координат, входящих в текущий подблок, относительно исходного обрабатываемого изображения. Значения абсолютных x координат с первого выхода блока определения координат маркеров 5 поступают на первый вход блока буфера 7. Одновременно значения абсолютных у координат со второго выхода блока определения координат маркеров 5 поступают на первый вход блока буфера 8. Размеры блоков буферов 7, 8 и 12 задаются значением с блока управления 9, определяемым на основе канала яркостной составляющей Y исходного обрабатываемого изображения, которое подается на вход блока управления 9 с первого выхода блока преобразователя RGB→NTSC 1.The device colorization of black and white images works as follows. At the same time, the input image with the color markers applied to it enters the input of the RGB → NTSC 1 converter block and the input of the marker mask selection block 2. In the marker mask highlighting block 2, the mask of color markers applied to the image is selected, which is a binary array whose elements, which take the value 1, correspond to the marked areas, otherwise 0. In the RGB → NTSC 1 conversion block, the input image is converted from RGB to NTSC format. Three NTSC format image channels are formed at the outputs of the RGB → NTSC 1 conversion unit: the channel of the luminance component Y is formed at the first output, the first color-difference component U is formed at the second output, and the second color-difference component V is at the third output. A signal is sent to the inputs of the multiplier unit 3 the luminance channel Y of the RGB → NTSC 1 conversion unit and the marker mask from the output of the marker mask selection block 2, the output of which is a matrix of areas marked with color. The result of the multiplication from the output of the block of the multiplier 3 goes to the partition block 4, where the initial image is sequentially divided by the sliding window 3 × 3 into overlapping subregions. Information about the size of the sliding window comes from the second output of the control unit 9 to the second input of the partition unit 4. From the output of the partition unit 4, subblocks are sequentially transferred to the dispersion calculation block 6, in which the dispersion values for each subblock are calculated. In the block for generating the weight function 10, the weighting coefficients for each element of the subblocks are calculated based on the calculated variance, the value of which is supplied to the first input of the block for the formation of the weighting function 10, and its second input subblocks of the original image from the output of the partition block 4. Values of the calculated weighting coefficients from the output of the block for the formation of the weight function 10, they arrive at the block of the buffer 12. From the output of the block 4, the block-by-block values are transferred to the block for determining the coordinates of markers 5 for calculating lute x, y coordinate values included in the current sub-block, relative to the original processed image. The values of the absolute x coordinates from the first output of the block for determining the coordinates of the markers 5 go to the first input of the block of the buffer 7. At the same time, the values of the absolute coordinates from the second output of the block for determining the coordinates of the markers 5 go to the first input of the block of the buffer 8. The sizes of the blocks of buffers 7, 8 and 12 are set the value from the control unit 9, determined on the basis of the channel of the luminous component Y of the original processed image, which is fed to the input of the control unit 9 from the first output of the converter block RGB → NTSC 1.

Рассчитанные значения x координат с выхода блока буфера 7 поступают в блок задержки 13. Рассчитанные значения у координат с выхода блока буфера 8 поступают в блок задержки 14. Время хранения результатов в блоках задержки 13 и 14 задается таким образом, чтобы обеспечить синхронность поступления весовых значений и их абсолютных x, y координат на первый, второй и третий вход блока формирования разреженной матрицы 17. Размер формируемой разреженной матрицы определяется блоком управления 9, второй выход которого подключен к четвертому входу блока формирования разреженной матрицы 17, где формируется разреженная матрица на основе весовых коэффициентов и их абсолютных x, y координат. Со второго выхода блока преобразователя RGB→NTSC 1 сигнал в виде вектора значений первой цветоразностной составляющей U поступает на блок задержки 11, с выхода которого передается на второй вход блока перемножителя 18, на первый вход которого поступает разреженная матрица с выхода блока формирования разреженной матрицы 17. В блоке перемножителя 18 осуществляется матричное умножение разреженной матрицы на вектор значений цветоразностного канала U. С третьего выхода блока преобразователя RGB→NTSC 1 сигнал в виде вектора значений второй цветоразностной составляющей V поступает в блок задержки 15, с выхода которого передается на второй вход блока перемножителя 19, на первый вход которого поступает разреженная матрица с выхода блока формирования разреженной матрицы 17. В блоке перемножителя 19 осуществляется матричное умножение разреженной матрицы на вектор значений цветоразностного канала V. Время хранения информации в блоках задержки 11, 15 задается таким образом, чтобы обеспечить синхронность поступления данных с выхода блока формирования разреженной матрицы 17 и второго, третьего выхода блока преобразователя RGB→NTSC 1. На выходах блоков перемножителей 18 и 19 формируются сигналы первой U и второй V цветоразностной составляющей раскрашенного изображения, которые подаются на второй и третий вход блока преобразователя NTSC→RGB 20. Для восстановления полного изображения сигнал яркостного канала Y с первого выхода блока преобразователя RGB→NTSC 1 поступает на вход блока задержки 16, с выхода которого поступает на первый вход блока преобразователя NTSC→RGB 20. Время хранения информации в блоке задержки 16 задается таким образом, чтобы обеспечить синхронность поступления сигнала яркостного канала Y, сигнала первой цветоразностной составляющей U раскрашенного изображения и сигнала второй цветоразностной составляющей V раскрашенного изображения на первый, второй и третий входы блока преобразователя NTSC→RGB 20. В блоке преобразователя NTSC→RGB 20 происходит преобразование раскрашенного изображения из формата NTSC в формат RGB. С выхода блока преобразователя NTSC→RGB 20 раскрашенное изображение поступает в блок буфера 21, выход которого является информационным выходом устройства. Синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов 22.The calculated values of x coordinates from the output of the buffer block 7 go to the delay block 13. The calculated values of the coordinates from the output of the buffer 8 block go to the delay block 14. The storage time of the results in the delay blocks 13 and 14 is set in such a way as to ensure synchronization of the arrival of weight values and their absolute x, y coordinates to the first, second and third input of the sparse matrix forming unit 17. The size of the generated sparse matrix is determined by the control unit 9, the second output of which is connected to the fourth input of the form block sparse matrix 17, where a sparse matrix is formed on the basis of weighting coefficients and their absolute x, y coordinates. From the second output of the converter block RGB → NTSC 1, the signal in the form of a vector of values of the first color-difference component U is supplied to the delay unit 11, the output of which is transmitted to the second input of the multiplier unit 18, the first input of which is the sparse matrix from the output of the sparse matrix forming unit 17. In the block of the multiplier 18, matrix dilution of the sparse matrix by the vector of the color difference channel U is carried out. From the third output of the converter block RGB → NTSC 1, the signal in the form of a vector of values of the second color of the real component V enters the delay block 15, from the output of which is transmitted to the second input of the multiplier block 19, the first input of which receives the sparse matrix from the output of the sparse matrix forming unit 17. In the multiplier block 19, the matrix of the sparse matrix is multiplied by the color-difference channel V The information storage time in the delay blocks 11, 15 is set in such a way as to ensure the synchronization of data from the output of the sparse matrix forming unit 17 and the second, third ode of the converter block RGB → NTSC 1. At the outputs of the blocks of the multipliers 18 and 19, signals of the first U and second V color-difference component of the colorized image are generated, which are fed to the second and third input of the converter block NTSC → RGB 20. To restore the full image, the signal of the luminance channel Y with the first output of the converter block RGB → NTSC 1 is fed to the input of the delay block 16, the output of which is fed to the first input of the converter block NTSC → RGB 20. The storage time of the information in the delay block 16 is set so that both to synchronize the arrival of the signal of the luminance channel Y, the signal of the first color-difference component U of the colorized image and the signal of the second color-difference component V of the colorized image to the first, second and third inputs of the NTSC → RGB 20 converter block. In the NTSC → RGB 20 converter block, the colorized image is converted from the format NTSC to RGB format. From the output of the NTSC → RGB 20 converter block, the colorized image enters the buffer block 21, the output of which is the information output of the device. The synchronization of the device is provided by the clock generator 22.

Технический результат - колоризация монохроматических изображений при ограниченных начальных условиях.EFFECT: colorization of monochromatic images under limited initial conditions.

Claims (1)

Устройство колоризации черно-белых изображений содержащее блок определения координат маркеров (5), отличающееся тем, что информационными входами устройства являются вход блока преобразователя RGB → NTSC (1) и вход блока выделения маски маркеров (2), выход блока выделения маски маркеров (2) подключен к первому входу блока перемножителя (3); первый выход блока преобразователя RGB → NTSC (1) подключен ко второму входу блока перемножителя (3), выход которого подключен к первому входу блока разбиения (4), выход которого подключен ко входу блока расчета дисперсии (6), ко второму входу блока формирования весовой функции (10); выход блока расчета дисперсии (6) подключен к первому входу блока формирования весовой функции (10), выход которого подключен к первому входу буфера (12), выход которого подключен к первому входу блока формирования разреженной матрицы (17); выход блока буфера (7) подключен ко входу блока задержки (13), выход которого подключен ко второму входу блока формирования разреженной матрицы (17); выход блока буфера (8) подключен ко входу блока задержки (14), выход которого подключен к третьему входу блока формирования разреженной матрицы (17); первый выход блока преобразователя RGB → NTSC (1) подключен ко входу блока управления (9), первый выход которого подключен ко второму входу блока буфера (8), ко второму входу блока буфера (7), ко второму входу блока буфера (12); второй выход блока управления (9) подключен ко второму входу блока разбиения (4), к четвертому входу блока формирования разреженной матрицы (17); второй выход блока преобразователя RGB → NTSC (1) подключен ко входу блока задержки (11), выход которого подключен ко второму входу блока перемножителя (18); третий выход блока преобразователя RGB → NTSC (1) подключен ко входу блока задержки (15), выход которого подключен ко второму входу блока перемножителя (19); выход блока формирования разреженной матрицы (17) подключен к первому входу блока перемножителя (18), к первому входу блока перемножителя (19); выход перемножителя (18) подключен ко второму входу блока преобразователя NTSC → RGB (20); выход перемножителя (19) подключен к третьему входу блока преобразователя NTSC → RGB (20); первый выход блока преобразователя RGB → NTSC (1) подключен ко входу блока задержки (16), выход которого подключен к первому входу блока преобразователя NTSC → RGB (20), выход которого подключен ко входу блока буфера (21), выход которого является информационным выходом устройства, синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов (22). A device for colorization of black-and-white images containing a block for determining the coordinates of markers (5), characterized in that the information inputs of the device are the input of the converter block RGB → NTSC (1) and the input of the block marking mask masks (2), the output block marking mask markers (2) connected to the first input of the multiplier block (3); the first output of the RGB → NTSC converter block (1) is connected to the second input of the multiplier block (3), the output of which is connected to the first input of the splitting block (4), the output of which is connected to the input of the dispersion calculation block (6), to the second input of the weight formation block functions (10); the output of the dispersion calculation unit (6) is connected to the first input of the weight function forming unit (10), the output of which is connected to the first input of the buffer (12), the output of which is connected to the first input of the sparse matrix forming unit (17); the output of the buffer unit (7) is connected to the input of the delay unit (13), the output of which is connected to the second input of the sparse matrix forming unit (17); the output of the buffer unit (8) is connected to the input of the delay unit (14), the output of which is connected to the third input of the sparse matrix forming unit (17); the first output of the RGB → NTSC converter block (1) is connected to the input of the control unit (9), the first output of which is connected to the second input of the buffer block (8), to the second input of the buffer block (7), to the second input of the buffer block (12); the second output of the control unit (9) is connected to the second input of the partition unit (4), to the fourth input of the sparse matrix forming unit (17); the second output of the RGB → NTSC converter unit (1) is connected to the input of the delay unit (11), the output of which is connected to the second input of the multiplier unit (18); the third output of the RGB → NTSC converter unit (1) is connected to the input of the delay unit (15), the output of which is connected to the second input of the multiplier unit (19); the output of the sparse matrix forming unit (17) is connected to the first input of the multiplier unit (18), to the first input of the multiplier unit (19); the output of the multiplier (18) is connected to the second input of the NTSC → RGB converter block (20); the output of the multiplier (19) is connected to the third input of the NTSC → RGB converter block (20); the first output of the RGB → NTSC converter block (1) is connected to the input of the delay block (16), the output of which is connected to the first input of the NTSC → RGB converter block (20), the output of which is connected to the input of the buffer block (21), the output of which is an information output devices, the synchronization of the device is provided by the clock generator (22).
RU2013101107/08A 2013-01-09 2013-01-09 Device for colouring black and white image RU2524869C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101107/08A RU2524869C1 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Device for colouring black and white image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101107/08A RU2524869C1 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Device for colouring black and white image

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013101107A RU2013101107A (en) 2014-07-20
RU2524869C1 true RU2524869C1 (en) 2014-08-10

Family

ID=51215166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013101107/08A RU2524869C1 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Device for colouring black and white image

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2524869C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2607415C2 (en) * 2015-04-21 2017-01-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) Method of identifying multimedia data stream frames basing on correlation analysis of frame images histograms
RU2625523C1 (en) * 2016-07-15 2017-07-14 Общество с ограниченной ответственностью "Онлайн патент" Method for determining protectability of designations as trademarks
RU2640298C1 (en) * 2015-10-12 2017-12-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Яндекс" Method for processing and storing images

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1282358A1 (en) * 1983-12-26 1987-01-07 Предприятие П/Я А-1298 Device for checking black-and-white pisture
JP2004094209A (en) * 1993-04-05 2004-03-25 Canon Inc Image forming apparatus and image forming method
RU2340938C1 (en) * 2007-02-12 2008-12-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Black-and-white image processing unit
US20100085372A1 (en) * 2004-05-05 2010-04-08 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Colorization method and apparatus
RU2400815C2 (en) * 2006-10-09 2010-09-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method of enhancing digital image quality
US20110069331A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Konica Minolta Business Technologies, Inc. Image processing apparatus, image processing method, and computer-readable storage medium for computer program

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1282358A1 (en) * 1983-12-26 1987-01-07 Предприятие П/Я А-1298 Device for checking black-and-white pisture
JP2004094209A (en) * 1993-04-05 2004-03-25 Canon Inc Image forming apparatus and image forming method
US20100085372A1 (en) * 2004-05-05 2010-04-08 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Colorization method and apparatus
RU2400815C2 (en) * 2006-10-09 2010-09-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method of enhancing digital image quality
RU2340938C1 (en) * 2007-02-12 2008-12-10 ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) Black-and-white image processing unit
US20110069331A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Konica Minolta Business Technologies, Inc. Image processing apparatus, image processing method, and computer-readable storage medium for computer program

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2607415C2 (en) * 2015-04-21 2017-01-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) Method of identifying multimedia data stream frames basing on correlation analysis of frame images histograms
RU2640298C1 (en) * 2015-10-12 2017-12-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Яндекс" Method for processing and storing images
US10244129B2 (en) 2015-10-12 2019-03-26 Yandex Europe Ag Method of processing and storing images
RU2625523C1 (en) * 2016-07-15 2017-07-14 Общество с ограниченной ответственностью "Онлайн патент" Method for determining protectability of designations as trademarks

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013101107A (en) 2014-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Oliveira et al. Unsupervised local color correction for coarsely registered images
US7095420B2 (en) System and related methods for synthesizing color imagery
CN111127318A (en) Panoramic image splicing method in airport environment
CN106709901B (en) Simulation mist drawing generating method based on depth priori
CN104504722B (en) Method for correcting image colors through gray points
DE102012023299A1 (en) Device and algorithm for capturing HDR video (High Dynamic Range - high dynamic range)
CN110956681B (en) Portrait background automatic replacement method combining convolution network and neighborhood similarity
CN112365467B (en) Foggy image visibility estimation method based on single image depth estimation
RU2524869C1 (en) Device for colouring black and white image
JP7463186B2 (en) Information processing device, information processing method, and program
CN102088539A (en) Method and system for evaluating pre-shot picture quality
CN113298177B (en) Night image coloring method, device, medium and equipment
Qian et al. Fast color contrast enhancement method for color night vision
CN113935917A (en) Optical remote sensing image thin cloud removing method based on cloud picture operation and multi-scale generation countermeasure network
CN106846260B (en) Video defogging method in a kind of computer
US20230186612A1 (en) Image processing methods and systems for generating a training dataset for low-light image enhancement using machine learning models
WO2023110880A1 (en) Image processing methods and systems for low-light image enhancement using machine learning models
Zhang et al. A combined approach to single-camera-based lane detection in driverless navigation
Dong et al. Infrared image colorization using an edge aware auto encoder decoder with the multi-resolution fusion
CN114663299A (en) Training method and device suitable for image defogging model of underground coal mine
EP3246878A1 (en) Method to determine chromatic component of illumination sources of an image
RU2625523C1 (en) Method for determining protectability of designations as trademarks
Ewiak et al. Functionality assessment of algorithms for the coloring of images in terms of increasing radiometric values of aerial photographs archives
Chen et al. On image preprocessing methods for underwater image matching
CN114529465B (en) Real-time defogging method for road monitoring

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150110