非均匀纹理图像的合成控制方法、装置、存储介质及设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种非均匀纹理图像的合成控制方法、装置、存储介质及设备，涉及图像纹理合成技术领域。方法包括：获取用户输入的纹理样图，对纹理样图进行特征分析，提取纹理样图的源引导通道信息；源引导通道信息包括纹理样图渐变图和纹理样图方向场；获取用户绘制的目标引导图像的目标渐变图与目标方向场，并将目标渐变图与目标方向场作为目标引导通道信息；比较源引导通道信息与目标引导通道信息的差异，建立渐变性约束项和方向性约束项；确定纹理样图与目标图像中块与块之间的距离度量，并在距离度量上增加渐变性约束项和方向性约束项；将增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图作为合成控制结果图像。

Method, apparatus, storage medium and apparatus for synthesizing and controlling non-uniform texture images

The invention provides a method, a device, a storage medium and a device for the synthesis control of an uneven texture image, relating to the image texture synthesis technology field. The method comprises: acquiring user input sample texture, analyze the characteristics of the sample texture, texture extraction source guide channel information; source guide channel information including texture gradient map and texture orientation field; target gradient map goal direction and get the user draw a target guiding image field, and will target the gradient map and target the direction field guide channel as the target information; comparing the source difference guide channel information and the target guide channel information, establish the gradient constraint and direction constraint; determining the metric distance between the block and block texture and target image, and in the distance measure on increasing gradient of constraint and direction constraint; will increase between constraints after the blocks of the sum of the minimum distance corresponding to the target image as a result of image synthesis control.

【技术实现步骤摘要】
非均匀纹理图像的合成控制方法、装置、存储介质及设备
本专利技术涉及图像纹理合成
，特别涉及一种非均匀纹理图像的合成控制方法、装置、存储介质及设备。
技术介绍
目前，纹理合成是图形学、图像处理领域的基础问题之一。广义上讲，纹理合成技术旨在合成符合人们要求的纹理图片，在真实感以及非真实感的绘制中有着广泛的应用(如图1所示，纹理合成的一些典型应用)，并且在图像修复、图像艺术风格转换、网络压缩数据的快速传输以及计算机动画等方面有广阔的应用前景。纹理合成方法大致可分为两大类：基于参数化过程的纹理合成与非参数基于样例的纹理合成。由于基于参数化过程的纹理合成包含复杂的参数设计，现有的研究工作通常以基于样例的纹理合成为主。典型的基于样例的纹理合成(如图2所示)是指输入一张较小的纹理样本图片，合成一张较大的整体不同但局部相似的纹理图像。在过去的20年里，在基于样例的纹理合成方法上存在着了很多的进展。这些方法本质上都是假设输入样本纹理是均匀、静止的。然而，在真实世界中许多纹理都是非均匀的且包含一些空域变化，例如纹理元素在颜色、亮度、模式、大小和方向上在纹理空域范围内逐渐变化，本专利技术将这些空域上的可感知性渐变统称为纹理渐变。如图3所示，当前流行的大多数合成方法，对这些具有全局变化的纹理图像都很难进行自动化处理。此外，对于可能使用这些合成方法的纹理艺术家们来说，他们很少会对合成较大的纹理图像感兴趣。他们最初的目的是为3D模型制作出细腻逼真的表面纹理，而这需要对合成的结果进行精确的控制。然而，基于样图的纹理合成往往缺少对用户控制的简单直观的解释，因此，控制渐变纹理的合成在近些年受到一些关注。在现有的纹理合成方法上，一个通用的增加合成控制的方法是同时为样图和目标图添加人工创建的特征引导通道。引导通道能通过“texture-by-numbers”的方式来指定样图中的哪些内容如何放置在输出纹理中。这种流程中人工标注工作量很大，尤其是当纹理存在空间连续变化时。当前的一种自调节纹理优化方法能自动计算引导通道，但这种方法主要用来保存较大规模结构信息，如曲线特征，而不能用来控制空域上的渐变。可见，当前缺少非均匀纹理图像的合成控制方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种非均匀纹理图像的合成控制方法、装置、存储介质及设备，以解决现有技术中缺少非均匀纹理图像的合成控制方法的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种非均匀纹理图像的合成控制方法，包括：获取用户输入的纹理样图，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息；所述源引导通道信息包括纹理样图渐变图和纹理样图方向场；获取用户绘制的目标引导图像的目标渐变图与目标方向场，并将所述目标渐变图与目标方向场作为目标引导通道信息；比较源引导通道信息与目标引导通道信息的差异，建立渐变性约束项和方向性约束项；确定纹理样图与目标图像中块与块之间的距离度量，并在所述距离度量上增加所述渐变性约束项和方向性约束项；将增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图作为合成控制结果图像。具体的，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息，包括：对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图渐变图；对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图渐变图，包括：对所述纹理样图以预设采样间隔和预设采样窗口进行降采样，并计算预设采样窗口内的各特征向量；创建特征向量的距离矩阵M；所述距离矩阵M包括各元素mij，每个元素mij用于表示所述特征向量中两个特征向量相应的直方图的EMD距离之和；在所述距离矩阵M上，使用Isomap方法获取每个特征向量在一维流形上的坐标，并归一化坐标值；创建一标量图；所述标量图中的每个像素对应进行降采样中的采样点，且每个像素的像素幅值为每个特征向量对应的归一化坐标值；将所述标量图采样到所述纹理图像的全分辨率，形成全分辨率标量图，并将所述全分辨率标量图作为渐变通道。具体的，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息，包括：对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图方向场；对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图方向场，包括：将所述纹理样图划分为预设像素大小的非重叠纹理块；在每个非重叠纹理块上计算梯度方向直方图特征描述子；根据所述梯度方向直方图特征描述子将非重叠纹理块的梯度方向直方图转化为一组方向向量；通过PCA降维方法获得所述方向向量中的主方向向量场，并将所述主方向向量场作为所述纹理样图方向场；所述主方向向量场为所述方向向量的最大特征值对应的特征向量。具体的，所述渐变性约束项包括渐变通道相似性；所述方向性约束项包括方向场相似性；比较源引导通道信息与目标引导通道信息的差异，建立渐变性约束项和方向性约束项，包括：根据公式：dp(ti,si)＝||p(ti)-p(si)||1确定所述渐变通道相似性dp(ti,si)；其中，ti为目标图像中一预设像素大小的块；si为所述纹理样图中与ti最相似的块；p(ti)为ti块的渐变通道展成的向量；p(si)为si块的渐变通道展成的向量；根据公式：确定所述方向场相似性do(ti,si)；其中，vx和vy分别为si块中的像素x和ti块中的像素y上的方向向量。具体的，确定纹理样图与目标图像中块与块之间的距离度量，并在所述距离度量上增加所述渐变性约束项和方向性约束项，包括：根据公式：确定增加约束项后的块与块之间的距离度量d(ti,si)；其中，α为预设约束权重；β为预设调节权重。具体的，将增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图作为合成控制结果图像，包括：根据函数：确定增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图，并作为合成控制结果图像。一种非均匀纹理图像的合成控制装置，包括：源引导通道信息提取单元，用于获取用户输入的纹理样图，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息；所述源引导通道信息包括纹理样图渐变图和纹理样图方向场；目标引导通道信息获取单元，用于获取用户绘制的目标引导图像的目标渐变图与目标方向场，并将所述目标渐变图与目标方向场作为目标引导通道信息；约束项建立单元，用于比较源引导通道信息与目标引导通道信息的差异，建立渐变性约束项和方向性约束项；距离度量确定单元，用于确定纹理样图与目标图像中块与块之间的距离度量，并在所述距离度量上增加所述渐变性约束项和方向性约束项；合成控制结果图像确定单元，用于将增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图作为合成控制结果图像。此外，所述源引导通道信息提取单元，包括纹理样图渐变图提取模块，用于：对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图渐变图；所述纹理样图渐变图提取模块，具体用于：对所述纹理样图以预设采样间隔和预设采样窗口进行降采样，并计算预设采样窗口内的各特征向量；创建特征向量的距离矩阵M；所述距离矩阵M包括各元素mij，每个元素mij用于表示所述特征向量中两个特征向量相应的直方图的EMD距离之和；在所述距离矩阵M上，使用Isomap方法获取每个特征向量在一维流形上的坐标，并归一化坐标值；创建一标量图；所述标量图中的每个像素对应进行降采样中的采样点，且每个像素的像素幅值为每个特征向量对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非均匀纹理图像的合成控制方法，其特征在于，包括：获取用户输入的纹理样图，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息；所述源引导通道信息包括纹理样图渐变图和纹理样图方向场；获取用户绘制的目标引导图像的目标渐变图与目标方向场，并将所述目标渐变图与目标方向场作为目标引导通道信息；比较源引导通道信息与目标引导通道信息的差异，建立渐变性约束项和方向性约束项；确定纹理样图与目标图像中块与块之间的距离度量，并在所述距离度量上增加所述渐变性约束项和方向性约束项；将增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图作为合成控制结果图像。

【技术特征摘要】
1.一种非均匀纹理图像的合成控制方法，其特征在于，包括：获取用户输入的纹理样图，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息；所述源引导通道信息包括纹理样图渐变图和纹理样图方向场；获取用户绘制的目标引导图像的目标渐变图与目标方向场，并将所述目标渐变图与目标方向场作为目标引导通道信息；比较源引导通道信息与目标引导通道信息的差异，建立渐变性约束项和方向性约束项；确定纹理样图与目标图像中块与块之间的距离度量，并在所述距离度量上增加所述渐变性约束项和方向性约束项；将增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图作为合成控制结果图像。2.根据权利要求1所述的非均匀纹理图像的合成控制方法，其特征在于，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息，包括：对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图渐变图；对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图渐变图，包括：对所述纹理样图以预设采样间隔和预设采样窗口进行降采样，并计算预设采样窗口内的各特征向量；创建特征向量的距离矩阵M；所述距离矩阵M包括各元素mij，每个元素mij用于表示所述特征向量中两个特征向量相应的直方图的EMD距离之和；在所述距离矩阵M上，使用Isomap方法获取每个特征向量在一维流形上的坐标，并归一化坐标值；创建一标量图；所述标量图中的每个像素对应进行降采样中的采样点，且每个像素的像素幅值为每个特征向量对应的归一化坐标值；将所述标量图采样到所述纹理图像的全分辨率，形成全分辨率标量图，并将所述全分辨率标量图作为渐变通道。3.根据权利要求2所述的非均匀纹理图像的合成控制方法，其特征在于，对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图的源引导通道信息，包括：对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图方向场；对所述纹理样图进行特征分析，提取所述纹理样图方向场，包括：将所述纹理样图划分为预设像素大小的非重叠纹理块；在每个非重叠纹理块上计算梯度方向直方图特征描述子；根据所述梯度方向直方图特征描述子将非重叠纹理块的梯度方向直方图转化为一组方向向量；通过PCA降维方法获得所述方向向量中的主方向向量场，并将所述主方向向量场作为所述纹理样图方向场；所述主方向向量场为所述方向向量的最大特征值对应的特征向量。4.根据权利要求3所述的非均匀纹理图像的合成控制方法，其特征在于，所述渐变性约束项包括渐变通道相似性；所述方向性约束项包括方向场相似性；比较源引导通道信息与目标引导通道信息的差异，建立渐变性约束项和方向性约束项，包括：根据公式：dp(ti,si)＝||p(ti)-p(si)||1确定所述渐变通道相似性dp(ti,si)；其中，ti为目标图像中一预设像素大小的块；si为所述纹理样图中与ti最相似的块；p(ti)为ti块的渐变通道展成的向量；p(si)为si块的渐变通道展成的向量；根据公式：确定所述方向场相似性do(ti,si)；其中，vx和vy分别为si块中的像素x和ti块中的像素y上的方向向量。5.根据权利要求4所述的非均匀纹理图像的合成控制方法，其特征在于，确定纹理样图与目标图像中块与块之间的距离度量，并在所述距离度量上增加所述渐变性约束项和方向性约束项，包括：根据公式：确定增加约束项后的块与块之间的距离度量d(ti,si)；其中，α为预设约束权重；β为预设调节权重。6.根据权利要求5所述的非均匀纹理图像的合成控制方法，其特征在于，将增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图作为合成控制结果图像，包括：根据函数：确定增加约束项后的块与块之间的距离度量总和的最小值对应的目标样图，并作为合成控制结果图像。7.一种非均匀纹理图像的合成控制装置，其特征在于，包括：源引导通道信息提取单元，用于获取用户输入的纹理样图，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠，周漾，石华杰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44