一种彩色素描模拟方法技术

本发明专利技术提供的彩色素描模拟方法在线积分卷积生成黑白素描的基础上，通过研究彩色素描的绘制特点，结合双色调映射技术实现了基于色彩定制的彩色素描绘制。该策略首先对图像进行区域分割，而后按照上下叠加的方式，用一个主色调和一个副色调进行色彩融合来表现每个分割的区域。每个特定的区域可以自动地、也可以由用户交互地指定颜色集。此外，本发明专利技术所提供的方法通过增设纸肌理，使得能够将真实的素描纸肌理添加到计算机生成的图像当中，使得最终的效果更接近真实的绘画。本发明专利技术在对图像进行分割方面采用的是基于k‑means聚类的分割方法，在保证分割效率的同时还使得分割结果更好地适应彩色素描的绘制。

A color sketch simulation method

The invention provides a color sketch based simulation method of line integral convolution generated on the black and white sketch, by drawing the characteristics of color sketch, the color sketch color customization based rendering with dual tone mapping technology. Firstly, the image is segmented by region, and then the color of the main color and the color of a sub tone are fused to represent each segmented region according to the up and down overlay. Each particular area can automatically and alternately specify the color set by the user. In addition, the method provided by the invention adds the paper texture so that the true sketch paper texture can be added to the computer generated image, so that the final effect is closer to the real painting. The image segmentation is used K segmentation method based on means clustering, the segmentation efficiency but also makes the segmentation results to better adapt to the drawing color sketch guarantee.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，更具体地，涉及一种彩色素描模拟方法。
技术介绍
非真实感绘制是指利用计算机生成具有绘画风格的图形或图像的技术，它以模拟图形的艺术特性为主要目标。这个概念在上个世纪八十年代被提出，发展至今已经可以很好地模拟油画、水彩、水墨、素描以及卡通等艺术风格。人们虽对素描有着浓厚的兴趣，手工绘画却不是所有人都能够轻易掌握的技能，因此利用计算机自动生成铅笔画的技术越来越受到人们的重视。人们已经提出了许多生成铅笔画的方法，但是这些方法大部分都是对黑白素描的模拟。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术难题，提供了一种彩色素描模拟方法，该方法可以高效逼真的模拟出彩色素描。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种彩色素描模拟方法，包括以下步骤：S1.使用K-means聚类分割方法对图像进行分割，将图像分割成若干个区域；S2.以图像所分割区域原来的颜色为依据，为每个区域指定主色调和副色调；各个分割区域所确定的主色调和副色调联结在一起形成图像的主色调层和副色调层；S3.依据随机赋值算法对主色调层和副色调层进行赋值处理，分别生成主色调层和副色调层的噪声图像；S4.对每个区域围绕其中心建立边长为m的窗口，将该窗口转换到频域；然后将频域分成几个不同的角度区间，并计算每个角度区间的能量值和总体均值；将计算获得的最大能量值与总体均值进行比较，若两者之间的比例大于所设定的阈值，则判定该区域的纹理走向与最大能量值所对应的角度垂直；S5.对主色调层和副色调层噪声图像中的每个像素点，以其为中心沿其所属区域的纹理走向的正、反两个方向查找与其相邻的n个像素点以形成流线，利用卷积核对流线上各个像素点的噪声值进行卷积计算，并将计算得到的结果赋值给主色调层或副色调层噪声图像中的原像素点；S6.使用霓虹变换的方法对图像进行处理，得到素描轮廓；S7.将步骤S5得到的主色调层和副色调层噪声图像按照上下次序使用双色调映射的方法进行融合，得到彩色素描的纹理图，在纹理图的基础上叠加素描轮廓，即可得到彩色素描的效果。优选地，所述完成步骤S6后，使用以下方法生成纸肌理：将一张纸纹理灰度图像当作一个高度场来考虑，其中的高、低强度分别对应着素描纸张本身的凸起和凹陷；首先计算出纸张高度的平均值，对于高度大于平均值的点，对纸纹理灰度图像在相应位置的强度做同比例的加深；而对高度小于平均值的点，则对纸纹理灰度图像在相应位置的值做相同比例的减淡处理；具体如下：其中px,y代表纸纹理灰度图像在(x,y)坐标处的强度，tx,y代表素描纸在(x,y)位置的灰度，代表整张素描纸灰度的平均值，k代表一个强度系数。计算得到纸肌理后，步骤S7将纸肌理、主色调层和副色调层噪声图像按照上下次序使用双色调映射的方法进行融合，得到彩色素描的纹理图。优选地，所述步骤S1在使用K-means聚类分割方法对图像进行分割前，需要为分割算法确定K个初始的聚类中心，即需要确定图像当中主色调的个数，其具体过程如下：将图像转化到HSV色彩空间，通过计算色调直方图来判定图像中主色调的个数，从而确定K值。优选地，所述步骤S3的随机赋值算法具体如下：其中p表示当前像素的灰度值，noise表示赋予当前像素的像素值，r表示一个随机数，l1、l2表示两个分级阈值，其将[0,255]分成了三个灰度级；noisemax为噪声图像中的最大强度值；noisemin1、noisemin2、noisemin3为三个灰度级的最小灰度值。优选地，所述l1、l2分别为24和79，所述noisemax为255，所述noisemin1、noisemin2、noisemin3分别为5、25、80。优选地，所述步骤S5进行卷积计算的具体过程如下：其中，g(x,y)为卷积计算得到的向像素点(x,y)赋予的值，pi与分别为该像素点在其所属区域的纹理走向的正、反方向上的第i个相邻像素的强度，l代表纹理线条的长度；其中，k(w)代表卷积核，Δsi代表流线在矢量的正、反两个方向上实际走过的距离。优选地，所述步骤S2中，为每个区域指定主色调和副色调的具体过程如下：设区域的主色调为c，即基本色库中的颜色ci与c的颜色差异di按照公式定义如下：其中，r、g、b分别代表主色调c在RGB色彩空间下的三原色分量，ri、gi、bi分别代表颜色ci在RGB色彩空间下的三原色分量，i、j、k则为依照人眼的生理特性设置的三个权值；通过以上方式依次算出基本色库中的颜色与区域的主色调c的颜色差异，然后选取di最小时的颜色ci作为该区域的主色调，确定主色调后，再通过以上方法从基本色库剩余的颜色中选取另一种颜色作为区域的副色调。优选地，所述步骤S7中，使用双色调映射的方法进行融合的具体过程如下：其中c为融合后的颜色，g0代表纸张的颜色，g1和g2分别代表主色调和副色调，g1,2代表主色调和副色调叠加后的色彩，α1、α2则分别代表主色调和副色调的权值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的彩色素描模拟方法线积分卷积生成黑白素描的基础上，通过研究彩色素描的绘制特点，结合双色调映射技术实现了基于色彩定制的彩色素描绘制。该策略首先对图像进行区域分割，而后按照上下叠加的方式，用一个主色调和一个副色调进行色彩融合来表现每个分割的区域。每个特定的区域可以自动地、也可以由用户交互地指定颜色集。此外，本专利技术所提供的方法通过增设纸肌理，使得能够将真实的素描纸肌理添加到计算机生成的图像当中，使得最终的效果更接近真实的绘画。本专利技术所提供的方法在对图像进行分割所采用的是基于k-means聚类的分割方法，在保证分割效率的同时还使得分割结果更好地适应彩色素描的绘制。附图说明图1为本专利技术所提供的方法的流程图。图2为使用K-means聚类方法进行分割的示意图。图3为确定主色调和副色调的流程图。图4为噪声图像和颜色缩放变换的效果。图5为卷积生成的卷积纹理效果图。图6为纸肌理叠加的效果图。图7轮廓提取的效果图。图8为彩色素描叠加轮廓的效果图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，本专利技术所提供的方法包括以下步骤：(1)对图像进行分割一幅画中不同的色块，其颜色构成也不同；此外它们的线条方向也存在差异。按照这一特性，本专利技术所提供的方法的第一步操作即是对彩色图像做区域分割。本专利技术在进行分割时所采用的是基于k-means聚类实现的分割算法，该方法能够利用色调直方图自动的统计出分割块数，同时也确定了聚类中心。该方法的分割效果能够较好地反应彩色图像本身的颜色分布特性，因而能够更好地适用彩色素描的模拟。效果如图(2)所示。(2)确定主色调和副色调在绘画过程中，对特定的色块，人们会首先用一种主要的色调进行铺底，此后再用一到两种副色调进行修饰补充，以此达到调色的效果。按照这一特性，在图像分割完成后，要为每一个分割的区域按照其颜色特性指定两种基本色。本实施例给出了12种基本色。基本色的指定可以由用户交互地进行，也可以通过计算来自动获取。如图(3)给出了为每个区域自动地指定两种基本色的流程。本实施例中，通过比较颜色的差异性来自动地选择主色调。对每个特定的区域，假定其k-means聚类的中心色为c，基本色库中的颜色ci与c的颜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色素描模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.使用K‑means聚类分割方法对图像进行分割，将图像分割成若干个区域；S2.以图像所分割区域原来的颜色为依据，为每个区域指定主色调和副色调；各个分割区域所确定的主色调和副色调联结在一起形成图像的主色调层和副色调层；S3.依据随机赋值算法对主色调层和副色调层进行赋值处理，分别生成主色调层和副色调层的噪声图像；S4.对每个区域围绕其中心建立边长为m的窗口，将该窗口转换到频域；然后将频域分成几个不同的角度区间，并计算每个角度区间的能量值和总体均值；将计算获得的最大能量值与总体均值进行比较，若两者之间的比例大于所设定的阈值，则判定该区域的纹理走向与最大能量值所对应的角度垂直；S5.对主色调层和副色调层噪声图像中的每个像素点，以其为中心沿其所属区域的纹理走向的正、反两个方向查找与其相邻的n个像素点以形成流线，利用卷积核对流线上各个像素点的噪声值进行卷积计算，并将计算得到的结果赋值给主色调层或副色调层噪声图像中的原像素点；S6.使用霓虹变换的方法对图像进行处理，得到素描轮廓；S7.将步骤S5得到的主色调层和副色调层噪声图像按照上下次序使用双色调映射的方法进行融合，得到彩色素描的纹理图，在纹理图的基础上叠加素描轮廓，即可得到彩色素描的效果。...

【技术特征摘要】
1.一种彩色素描模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.使用K-means聚类分割方法对图像进行分割，将图像分割成若干个区域；S2.以图像所分割区域原来的颜色为依据，为每个区域指定主色调和副色调；各个分割区域所确定的主色调和副色调联结在一起形成图像的主色调层和副色调层；S3.依据随机赋值算法对主色调层和副色调层进行赋值处理，分别生成主色调层和副色调层的噪声图像；S4.对每个区域围绕其中心建立边长为m的窗口，将该窗口转换到频域；然后将频域分成几个不同的角度区间，并计算每个角度区间的能量值和总体均值；将计算获得的最大能量值与总体均值进行比较，若两者之间的比例大于所设定的阈值，则判定该区域的纹理走向与最大能量值所对应的角度垂直；S5.对主色调层和副色调层噪声图像中的每个像素点，以其为中心沿其所属区域的纹理走向的正、反两个方向查找与其相邻的n个像素点以形成流线，利用卷积核对流线上各个像素点的噪声值进行卷积计算，并将计算得到的结果赋值给主色调层或副色调层噪声图像中的原像素点；S6.使用霓虹变换的方法对图像进行处理，得到素描轮廓；S7.将步骤S5得到的主色调层和副色调层噪声图像按照上下次序使用双色调映射的方法进行融合，得到彩色素描的纹理图，在纹理图的基础上叠加素描轮廓，即可得到彩色素描的效果。2.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：所述完成步骤S6后，使用以下方法生成纸肌理：将一张纸纹理灰度图像当作一个高度场来考虑，其中的高、低强度分别对应着素描纸张本身的凸起和凹陷；首先计算出纸张高度的平均值，对于高度大于平均值的点，对纸纹理灰度图像在相应位置的强度做同比例的加深；而对高度小于平均值的点，则对纸纹理灰度图像在相应位置的值做相同比例的减淡处理；具体如下：p=px,y-k×(tx,y-t^)]]>其中px,y代表纸纹理灰度图像在(x,y)坐标处的强度，tx,y代表素描纸在(x,y)位置的灰度，代表整张素描纸灰度的平均值，k代表一个强度系数；计算得到纸肌理后，步骤S7将纸肌理、主色调层和副色调层噪声图像按照上下次序使用双色调映射的方法进行融合，得到彩色素描的纹理图。3.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：所述步骤S1在使用K-means聚类分割方法对图像进行分割前，需要为分割算法确定K个初始的聚类中心，即需要确定图像当中主色调的个数，其具体过程如下：将图像转化到HSV色彩空间，通过计算色调直方图来判定图像中主色调的个数，从而确定K值。4.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：所述步骤S3的随机赋值算法具体如下：其中p表示当前像素的灰度值，noise表示赋予当前像素的像素值，r表示一...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪庆革，陈靖，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44