一种基于等高线的光栅图像矢量化方法技术

本发明专利技术公开一种基于等高线的光栅图像矢量化方法。先由光栅图像生成相应的灰度图，然后以平滑后的灰度图建立图像高度场；提取高度场中的等高点，并确定其颜色；由等高点建立等高线的参数曲线数学表示，并确定等高线上任一点的颜色。带有颜色信息的参数曲线集合即为光栅图像的矢量化表示。由矢量化表示重建光栅图像时，先根据待建光栅图像的大小对矢量化的参数曲线施行缩放和离散化操作，确定其在待建图像中所占据的各个像素的位置与颜色；将着色像素作为初始数据，采用颜色扩散方法重建矢量表示的光栅图像。本发明专利技术可对各种光栅图像进行多尺度矢量化处理，并能利用相关参数来控制矢量图的数据量，由矢量表示可重建出多分辨率的光栅图像。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开。先由光栅图像生成相应的灰度图，然后以平滑后的灰度图建立图像高度场；提取高度场中的等高点，并确定其颜色；由等高点建立等高线的参数曲线数学表示，并确定等高线上任一点的颜色。带有颜色信息的参数曲线集合即为光栅图像的矢量化表示。由矢量化表示重建光栅图像时，先根据待建光栅图像的大小对矢量化的参数曲线施行缩放和离散化操作，确定其在待建图像中所占据的各个像素的位置与颜色；将着色像素作为初始数据，采用颜色扩散方法重建矢量表示的光栅图像。本专利技术可对各种光栅图像进行多尺度矢量化处理，并能利用相关参数来控制矢量图的数据量，由矢量表示可重建出多分辨率的光栅图像。【专利说明】
本专利技术属于数字图像处理领域，涉及一种光栅图像的矢量化处理技术，尤其涉及一种基于等高线提取的光栅图像矢量化方法。
技术介绍
在数字图像处理
中，有两种方式描述一幅图像:光栅表不方式和矢量表示方式。光栅表示方式将图像描述为由规则的离散像素构成的矩形点阵，其中每个像素存储着不同的光度值(亮度或色彩)。表示一幅较大的光栅图像通常需要较多的数据量，占用较大的存储空间；在对光栅图像进行缩放时，经常会在色块区域的边界轮廓处产生锯齿状走样。矢量表示的图像则用点、直线或多边形等几何图元来表示图像。相对于光栅图像，矢量图像通常需要较少的数据量，也更易于编辑和修改，且在图像缩放的过程中不会出现锯齿走样和模糊失真等现象。光栅图像和矢量图像由于各自的特点在不同的领域中得到了广泛应用。随着网络和通信技术的发展以及各种高性能移动设备的日益广泛应用，人们对数字图像的存储量和可编辑性提出了更高的要求。为了适应多媒体应用中的现实需求，近年来图像处理领域的学者们开始了对彩色图像进行矢量化处理的研究工作。目前已有多种基于不同技术思想的光栅图像矢量化方法。一种基于八叉树颜色量化算法的光栅图像矢量化技术(参见:耿国华等.基于八叉树结构的色彩量化算法.小型微型计算机系统，1997，18(1):24-29)。该方法先用八叉树颜色量化算法减少图像的颜色数，然后用曲线追踪出每一种颜色组成的区域。该类方法的不足在于，只有将图像量化成较多的颜色区段，才能得到比较好的矢量化效果，因此矢量化文件的数据量较大。一类基于图像分割的光栅图像矢量化技术(参见:Lecot G, LevyB.ARDECO:Automatic region detection and conversion.1n: 17th EurographicsSymposium on Rendering, 2006，1604-1616)。该技术通过把图像分割成若干的区域块,再用曲线追踪出每个小区域的边界，同时确定追踪出的每个小区域的渐变式填充颜色。该类方法的不足是，不能较好地表现颜色细节复杂的图像。一种基于梯度网格的光栅图像矢量化技术(参见:Sun J, Liang L.1magevectorization using optimized gradient meshes.ACM Transact ions onGraphics, 2007, 26(3): 1-7)。该类技术用梯度网格作为基本图元，把图形划分为若干梯度网格，通过插值计算出网格间的颜色。该技术能够精确表示色调渐变的图像，但由于四边形网格本身的局限性，比较难于矢量化表示一些拓扑结构复杂的图像。一种基于扩散曲线的光栅图像矢量化技术(参见:0rzan A.Diffusioncurves: a vector representation for smooth-shaded images.ACM Transactions onGraphics, 2008, 27(3):1-8)。该技术以扩散曲线作为矢量图像的几何基元，通过用B6zier曲线拟合图像的边缘信息，并确定给定曲线两边控制点的颜色值信息和模糊值信息生成矢量图像，最后采用泊松扩散对矢量图像进行光栅化重建。该方法的主要用途是用来建立卡通图像，能够表示颜色细节较为复杂的图像，但计算量较大。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，公开，通过提取光栅图像的灰度图高度场中的等高线，并采用颜色扩散技术等实现光栅图像的矢量化，能够弥补现有矢量化技术中计算量大的问题，其光栅化重建的图像能更加逼近原始图像；同时，本专利技术方法还支持在矢量化过程的多分辨率处理。本专利技术采用以下技术方案:，其步骤是:(I)对光栅图像进行灰度化预处理:令即将矢量化的光栅图像为源图像I1，将源图像I1转化成为灰度图12，即:若源图像I1本身即为灰度图像，则令I2=I1 ;若源图像I1为彩色图像，则通过对彩色图像进行灰度化处理，得到灰度图12 ;(2)对灰度图进行滤波预处理:运用数字图像平滑滤波算子对光栅图像的灰度图12进行平滑处理，过滤灰度图12中的噪声信号，柔化图像中的颜色突变，得到去噪后的灰度图13；(3)提取矢量化采样点:将灰度图13中像素的灰度值作为高程值，建立图像的高度场；利用输入的系列等高值参数提取出灰度图高度场中的等高点，称为采样点，并通过确定各等高点对应的颜色值，得到带有颜色信息的采样点；(4)采样点的参数曲线拟合:采用参数曲线拟合方法由采样点建立各条等高线的参数曲线C1;并由各采样点的颜色信息确定参数曲线C1上不同点颜色的函数关系式，从而得到附加了颜色信息的参数曲线C2;由各条曲线C2构成的曲线集，即为原光栅图像的矢量化表示；(5)矢量化表示的光栅化:根据设定的分辨率，对矢量化表示中的各条参数曲线C2进行成比例缩放，得到与所设分辨率一致的矢量化表示的参数曲线C3，并同步地对参数曲线(:3上的颜色对应关系进行调整；将参数曲线C3在新设定分辨率的图像上进行光栅化离散处理，确定其在待建图像中所占据的各个像素位置；然后根据参数曲线C3上附加的颜色信息，计算上述像素的颜色值，将上述像素点归入待建图像原始像素点集合S ；(6)颜色扩散:以原始像素点集合S作为待建图像的原始信息，将其中的像素点作为颜色扩散源；通过模拟热传导等过程，由颜色扩散源计算待建光栅图像中未定义像素的颜色值，重建出矢量图像的光栅化表示。本专利技术在等高线生成技术的基础上，提出一种光栅图像矢量化的方法。该方法借助图像灰度化、数字图像滤波等预处理手段，依据特有的规则网格等高线生成算法，较为精确地提取了图像的等高线作为轮廓线，实现了光栅图像的矢量化；同时还可通过对等高线进行光栅化处理，采用颜色扩散完成光栅图像的重建。本专利技术原理简单、易于控制、计算速度快捷，可用于对各种光栅图像进行多尺度的矢量化处理，并能够利用等高线提取参数来控制矢量图像的数据量，由矢量图像可重建出不同分辨率的光栅图像。【专利附图】【附图说明】图1:本专利技术方法的流程图。图2:灰度图示例。图3:由图像生成的高度场情况。图4:用规则矩形网格表示的数字地形高程模型。图5: (a) (b) (c) (d)为等高线通过相邻格网边时的四种走向。图6:由附图2中图像提取的两种不同分辨率的等高线簇示例，(a)为低分辨率等高线簇，(b)为高分辨率等高线簇。图7:光栅图像等高线提取的实际示例；其中(a)为原始图像，(b) (c) (d)是等高线数分别为n=3, n=5, n=10时提取的不同尺度的等高线。图8:光栅图像矢量化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于等高线的光栅图像矢量化方法，其步骤是：(1)对光栅图像进行灰度化预处理：令即将矢量化的光栅图像为源图像I1，将源图像I1转化成为灰度图I2，即：若源图像I1本身即为灰度图像，则令I2=I1；若源图像I1为彩色图像，则通过对彩色图像进行灰度化处理，得到灰度图I2；(2)对灰度图进行滤波预处理：运用数字图像平滑滤波算子对光栅图像的灰度图I2进行平滑处理，过滤灰度图I2中的噪声信号，柔化图像中的颜色突变，得到去噪后的灰度图I3；(3)提取矢量化采样点：将灰度图I3中像素的灰度值作为高程值，建立图像的高度场；利用输入的系列等高值参数提取出灰度图高度场中的等高点,称为采样点，并通过确定各等高点对应的颜色值，得到带有颜色信息的采样点；(4)采样点的参数曲线拟合：采用参数曲线拟合方法由采样点建立各条等高线的参数曲线C1；并由各采样点的颜色信息确定参数曲线C1上不同点颜色的函数关系式，从而得到附加了颜色信息的参数曲线C2；由各条曲线C2构成的曲线集，即为原光栅图像的矢量化表示；(5)矢量化表示的光栅化：根据设定的分辨率，对矢量化表示中的各条参数曲线C2进行成比例缩放，得到与所设分辨率一致的矢量化表示的参数曲线C3，并同步地对参数曲线C3上的颜色对应关系进行调整；将参数曲线C3在新设定分辨率的图像上进行光栅化离散处理，确定其在待建图像中所占据的各个像素位置；然后根据参数曲线C3上附加的颜色信息，计算上述像素的颜色值，将上述像素点归入待建图像原始像素点集合S；(6)颜色扩散：以原始像素点集合S作为待建图像的原始信息，将其中的像素点作为颜色扩散源；通过模拟热传导等过程，由颜色扩散源计算待建光栅图像中未定义像素的颜色值，重建出矢量图像的光栅化表示。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周文婷，庞明勇，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32