一种基于颜色转移和修正的图像着色方法技术

本发明专利技术公开了一种基于颜色转移和修正的图像着色方法，包括步骤：空间转换，获得目标灰度图像任一像素点亮度和色度的分量信息；读取目标灰度图像内任意一个像素点t；利用非局部方法，在源彩色图像内选取像素点s，该像素点s确定窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征与像素点t所确定窗口方差特征和离散傅里叶变换特征相近；根据像素点s的色度值对像素点t的色度值进行初步着色；建立耦合全变差模型，求解模型获得色度值的最优解，将求得最优解作为修正后的色度值，亮度值保持不变；重复上述步骤，对目标灰度图像的每一个像素点t进行修正及将修正后的图像输出。本发明专利技术能较好地克服着色后颜色空间不一致的问题，实现自动和快速精确着色。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于颜色转移和修正的图像着色方法，属于图象处理的

技术介绍
在信息传递和交换中，图像是重要的传播媒体。在人类视觉系统中，颜色是体现视觉认知的重要因素之一。由于人眼对灰度信息的敏感度远不如彩色信息，因此希望把灰度图像变成彩色图像以增强视觉效果，即图像着色(imagecolorization)技术，也被称为灰度图像彩色化。图像着色是将色彩添加到静态图像或视频序列的计算机辅助过程。目前在影视、医疗、太空探索及工业、科学研究等领域有着广泛的应用，同时图像着色方法的研究一直是图像处理和应用数学领域一个活跃、有挑战性的研究课题。近几年来基于视觉认知的图像着色方法主要可分为两类：一种是基于局部颜色扩张的着色方法；另一种是基于颜色转移的着色方法。目前，在基于颜色转移的着色方法研究方面，由于目标灰度图像中，每个像素点处的着色处理都是独立的，因此这种传统的着色方法通常会出现颜色不一致的问题，且利用偏微分方程建模的着色方法还很不完善。如何让颜色在转移过程中保持空间一致性(spatialconsistency)，一直是色彩转移着色方法研究的一大难题。而且，基于颜色转移的图像着色方法尚未有统一的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于颜色转移和修正的图像着色方法，解决现有技术在图像着色过程中每个像素点处着色处理都是独立，而导致颜色在转移过程中无法保持空间一致性的问题，以实现图像的精确和快速着色。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于颜色转移和修正的图像着色方法，该方法基于源彩色图像和目标灰度图像，包括步骤：步骤1、空间转换：选择YCbCr空间，通过RGB空间到YCbCr空间的转换获得目标灰度图像内任一像素点亮度和色度的分量信息，即(Y,Cb,Cr)；步骤2、读取目标灰度图像内任意一个像素点t(Yt,Cbt,Crt)，以该像素点t为中心，开L×L的窗口，确定该像素点所在窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征；利用非局部方法，在源彩色图像内选取像素点s(Ys,Cbs,Crs)，要求由该像素点s确定的窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征与目标灰度图像内像素点t所确定窗口方差特征和离散傅里叶变换特征相近；根据该源彩色图像内像素点s的色度值(Cbs,Crs)对目标灰度图像内像素点t的色度值(Cbt,Crt)进行初步着色，重复该步骤直至初步着色目标灰度图像的每个像素点；步骤3、根据初步着色得到的目标灰度图像内像素点t的色度值和该点原有的亮度值Yt，建立耦合全变差模型；求解耦合全变差模型获得像素点t色度值的最优解，将求得的色度值的最优解作为修正后的色度值，亮度值保持不变；步骤4、重复所述步骤3，对目标灰度图像的每一个像素点t进行修正及将修正后的像素点组成的图像输出，即完成对目标灰度图像的着色。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤1还包括对所选择的YCbCr空间进行归一化处理。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤2选取像素点s具体包括：在源彩色图像内选取由若干个像素点组成的采样集合；计算所述采样集合内像素点所确定窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征，并选取其中与像素点t所确定窗口方差特征和离散傅里叶变换特征相近的像素点作为可行解；从若干个可行解中选择任一个解作为目标解，并提取该目标解所对应的像素点色度值。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤3采用ADM算法求解耦合全变差模型。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述ADM算法具体包括：将耦合全变差模型转变为标准的线性凸集约束的凸规划问题；使用ADM算法进行交替迭代求解获得最优解。本专利技术采用上述技术方案，能产生如下技术效果：(1)、本专利技术所提供的基于颜色转移和修正的图像着色方法，主要在初步着色阶段和颜色修正分别建立模型，在初步着色阶段，通过非局部方法找出目标灰色图像与源彩色图像特征相近的像素点，并将该像素点处的色度值传递给灰色图像，从而实现对灰度图像的初步着色。在颜色修正阶段，建立一个耦合的全变差模型，进行局部区域颜色扩散，修正初步着色过程中颜色不一致像素点处的色彩，以得到每个像素点的RGB空间坐标并完成着色后的图像输出。从图像空间选择开始到图像着色输出结束，在保证颜色不越界的情况下，实现局部区域颜色扩散，达到颜色不一致点处的快速准确修正目的。本专利技术能较好地克服着色后颜色空间不一致的问题，实现对目标灰度图像的自动、快速精确着色，所得结果优于目前现有的基于颜色转移的图像着色方法。(2)、并且本专利技术的方法在模型求解过程中，首先将模型使用增广的拉格朗日法转化为标准的线性凸集约束的凸规划问题，然后用交替方向乘子ADM算法求解。相比于传统着色算法，该算法的收敛性以及着色精度都得到了有效提高。同时，该算法具有较强的鲁棒性。附图说明图1为本专利技术的基于颜色转移和修正的图像着色方法的示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的实施方式进行描述。如图1所示，本专利技术设计了一种基于颜色转移和修正的图像着色方法，该方法基于源彩色图像和目标灰度图像，该方法主要包括四个部分：①色彩间转换；②初步着色；③对空间不一致点进行颜色修正；④彩色图像输出。从图像空间选择开始到图像着色输出结束，在保证颜色不越界的情况下，实现局部区域颜色扩散，达到颜色不一致点处的快速准确修正目的，各步骤分别如下述：步骤1、色彩空间转换；在色彩空间选择部分，选择合适的色彩空间——YCbCr空间，通过RGB空间到YCbCr空间的转换，获得图像任一像素点亮度和色度的分量信息，即(Y,Cb,Cr)；本专利技术选用能较好地表征图像亮度、色度特征的YCbCr空间，提高着色效率。对于提取出的色彩空间矩阵，需要进行归一化处理，每个色度通道的Cb(或Cr)值都保持在16/255～240/255之间。步骤2、按所设计的图像着色方法的要求，其次是初步着色部分的色彩搬移过程，其原理是读取目标灰度图像内任意一个像素点t(Yt,Cbt,Crt)，以该像素点t为中心，开L×L的窗口，确定该像素点所在窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征；利用非局部方法，在源彩色图像内选取像素点s(Ys,Cbs,Crs)，要求由该像素点s确定的窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征，与目标灰度图像内像素点t所确定窗口方差特征和离散傅里叶变换特征相近，该相近程度可以根据着色精度要求设置对应数值范围，如误差范围为[-0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于颜色转移和修正的图像着色方法，该方法基于源彩色图像和目标灰度图像，其特征在于，包括步骤：步骤1、空间转换：选择YCbCr空间，通过RGB空间到YCbCr空间的转换获得目标灰度图像内任一像素点亮度和色度的分量信息，即(Y,Cb,Cr)；步骤2、读取目标灰度图像内任意一个像素点t(Yt,Cbt,Crt)，以该像素点t为中心，开L×L的窗口，确定该像素点所在窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征；利用非局部方法，在源彩色图像内选取像素点s(Ys,Cbs,Crs)，要求由该像素点s确定的窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征与目标灰度图像内像素点t所确定窗口方差特征和离散傅里叶变换特征相近；根据该源彩色图像内像素点s的色度值(Cbs,Crs)对目标灰度图像内像素点t的色度值(Cbt,Crt)进行初步着色，重复该步骤直至初步着色目标灰度图像的每个像素点；步骤3、根据初步着色得到的目标灰度图像内像素点t的色度值和该点原有的亮度值Yt，建立耦合全变差模型；求解耦合全变差模型获得像素点t色度值的最优解，将求得的色度值的最优解作为修正后的色度值，亮度值保持不变；步骤4、重复所述步骤3，对目标灰度图像的每一个像素点t进行修正及将修正后的像素点组成的图像输出，即完成对目标灰度图像的着色。...

【技术特征摘要】
1.一种基于颜色转移和修正的图像着色方法，该方法基于源彩色图像和目标灰度图像，
其特征在于，包括步骤：
步骤1、空间转换：选择YCbCr空间，通过RGB空间到YCbCr空间的转换获得目
标灰度图像内任一像素点亮度和色度的分量信息，即(Y,Cb,Cr)；
步骤2、读取目标灰度图像内任意一个像素点t(Yt,Cbt,Crt)，以该像素点t为中心，
开L×L的窗口，确定该像素点所在窗口的方差特征和离散傅里叶变换特征；利用非局
部方法，在源彩色图像内选取像素点s(Ys,Cbs,Crs)，要求由该像素点s确定的窗口的方
差特征和离散傅里叶变换特征与目标灰度图像内像素点t所确定窗口方差特征和离散傅
里叶变换特征相近；根据该源彩色图像内像素点s的色度值(Cbs,Crs)对目标灰度图像内
像素点t的色度值(Cbt,Crt)进行初步着色，重复该步骤直至初步着色目标灰度图像的每
个像素点；
步骤3、根据初步着色得到的目标灰度图像内像素点t的色度值和该点原有的亮度
值Yt，建立耦合全变差模型；求解耦合全变差模型获得像素点t色度值的最优解，将求
得的色度值的最优解作为修正后的色度值，亮度值保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：金正猛，赵敏钧，郭少健，冯子朋，杨真真，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32