一种运行高效且节约内存的数字图像自适应缩放技术制造技术

本发明专利技术发明专利技术了一种运行高效且节约内存的数字图像自适应缩放技术：使用纹理的相似性来定义图像内容的生成模型；在水平方向，从源图像找到因纹理的相似性存在的大量平行切线，任意一对非交叉的切线定义了一个条带，切线组成条带以及条带组装成目标图像时都拥有许多选择；给定目标宽度的情况下，我们的算法自动确定最佳的条带组装组合，使其达到目标图像宽度，且最小化相邻条带间的颜色差异，这看成是一个简单的最短路径计算；我们的算法使每个图像都可以被转换成一个图像合成器，快速生成任意宽度的纹理图像，并以紧凑的形式输出结果。我们提供几个用户控制，用户可以得到想要宽度的各种结果。我们使用高度压缩的关联数据容器来存储割缝，提高了查找与维护的效率。

An Efficient and Memory-saving Digital Image Adaptive Scaling Technology

【技术实现步骤摘要】
一种运行高效且节约内存的数字图像自适应缩放技术
本技术着重于城市风景和建筑的图像上的纹理应用。源图像上的纹理通常包含混合材料比如：混凝土、砖块、石头以及结构比如：窗户，门，车道，控制板。我们将这些纹理称为架构纹理。本技术通过对源图像在水平方向上的伸缩，快速生成任意宽度的纹理图像，并可能产生新的构架纹理。
技术介绍
纹理是计算机图形学的基本元素，它们负责我们在计算机生成的图像中感知到的大部分细节，为虚拟环境生成丰富而详细的纹理是计算机图形学的长期目标。纹理合成的研究着眼于如下三个基础问题：保持结果与输入小样本的相似性，生成尽可能多的合理的新细节，以及输出结果的全局视觉美感。一个典型的困难是，在创建建筑纹理时考虑到了给定的表面大小。例如，从照片中获取的立面纹理只适用于适当大小的建筑。门的图像将只适用于相应的门板。增大或改变表面的尺寸会导致拉伸，不舒服和不现实的外观。此外，通常不可能为每个表面定制每个纹理。第一个问题当然是创作资源有限。第二，主要问题来自于每个表面都有一个独特的纹理所产生的大量数据。在交互式应用程序的上下文中，如此大的纹理数据库在存储和呈现复杂性方面的成本是令人望而却步的。我们的技术将单向建筑纹理合成问题的公式化为图的寻路问题，并给出一种针对给定图像寻找切割和构建图的构造算法，可以快速生成任意宽度和高度的图像，我们的技术即高效且节约内存，对城市风景和建筑的图像上的纹理应用也有十分不错的效果。
技术实现思路
为解决上述技术问题，一种运行高效且节约内存的数字图像自适应缩放技术，该技术根据给定的矢量纹理图案缩放后生成新的矢量纹理图案，包括如下步骤：S1、为实现源图像在水平方向上的伸缩，在源图像中X轴方向上搜索因像数值接近而生成平行的垂直切割线(沿着切线可以观察到相似的颜色)简称切线；S2、任意一对非交叉的切线和它们中间的像素点都可以组成一个条带,任意一对平行切线组成的条带被丢弃不用来组成图像时，这两条平行切线在图像中链接在一起，平行切线存储在内存中；S3、选取源图像中的条带并按不同的顺序并排粘贴，快速生成任意宽度和高度的纹理图像，条带不存储在内存中，而是由我们的算法为生成的目标宽度图像快速选择出来，这大量节约了内存；S4、在像素着色器中，通过适当的滤波，实时重建结果图像。2、如权利要求2所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于，在所述步骤S1中：为了是源图像在水平方向的伸缩，使源图像′上的点(W,0)与源图像的点(0,0)重合，使源图像′上过点(W,0)且平行于源图像′Y轴的垂线与源图像的Y轴重合。以δ代表源图像某行上δ个像素点的距离，标记源图像的点(0,0),(δ,0)(2*δ,0)...(W,0)为水平伸缩而产生的垂直切线的起始点。将源图像′沿源图像的Y轴向右平移，直到使源图像′上的点(0,0)与源图像的点(0,W)重合，使源图像′的Y轴与源图像上过点(W,0)且平行于源图像Y轴的垂线重合。在此平移期间，每次平移一个像素点单位，对于源图像的切线起始点(0,0)、(δ,0)、(2*δ,0)...(W,0)一检测到有与其重合的点，如起始点(0,0)在平移过程中会有源图像′(0,0),(1,0)(2,0)...(W,0)等点与其重合，与其重合的点一起向上找一个一个重合像素点直到找到垂直切线上的所有点(x,y)，y最大值为H，注意为保证找平行切线是连接不间断的，则要求切线上的点(x,y)为y单调下降(从H减到0)，x保持不变或增减一个单位。当平移完毕后，所有的平行切线也找完。3、如权利要求2所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于：1.如果切线c是源图像以起始点为(v,0)找到的某条切线切线(v属于0，δ，2*δ，...W)，且切线c||是源图像′往水平方向平移了u个像素点单位后与切线c重合的切线，则有：1、切线c与切线c||的对应点(x,y)与(x||,y||)，有y＝y||、x与x||值距离为|u-v|；2.切线c与切线c||的对应点像素值应当接近；3.两条切线上的所有的对应点的像素值之差总和最小，所以需要使用动态规划的方法找到最佳的平行切线。4、如权利要求2所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于：由于一般情况下，源图像上距离相近的点的像素值会非常接近，如果切线的起始点距离δ太小，会造成平行切线的数量大量增加，且这些平行切线所组成的条带多次出现在源图像伸缩产生的图像中时，不仅没有现实意义而且产生视觉上的冗余感，因此我们控制δ的取值在19到60个像素点单位。源图像上定义的每个切线起始点上可以找到0到多条具有平行切线的切线。任意一条切线都可以找到除自己外的一到多条平行切线，如在256*256大小的源图像上，通常会找到大约600对平行切线；5、如权利要求1所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于，在所述步骤S2中，在我们找到的所有平行切线中，为水平伸缩图像而产生的垂直切线以从左至右的顺序排列。那么除了排列最后的切线以外的任意一条切线都可以与位于其后方且不与其交叉的切线组成一条条带。条带选择的多样性使得生成的同样宽度的图像具有多样性。6、如权利要求5所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于：为了使两条平行切线的像素值接近，一般情况下，垂直切线不会平行于Y轴。所以存在很多非平行的切线交叉。因此在排列切线的顺序时，假定点(x1,y1)是垂直切线c的最右点，则垂直切线上的任意一点(x,y)的横坐标x都大于等于x1，垂直切线以其最右点的横坐标大小进行排序。7、如权利要求5所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于:存在垂直切线c1和c2，当且仅当切线c2上的所有点的横坐标大于等于切线上c1的所有点的横坐标时，才有切线c2位于切线c1后面，切线c1可与切线c2及其中间的所有像素点组成条带，我们称切线c1为条带的右切线，切线c2为条带的左切线。8、如权利要求1所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于，在步骤S3中，为了生成宽度为w的图像(大于或小于源图像宽度)，在水平方向伸缩图像时，从源图像依次选取条带组装图像，要注意几点：1.选取的第一条条带由过原点(0,0)且平行于X轴的直线与找到的某条切线及其中间像素点组成；2.选取的最后一条条带由过点(0,W)且平行于X轴的直线与找到的某条切线及其中间像素点组成；3.选取第一条带后，假定记第一条条带为t1,组成条带t1的左切线为c12，切线c12的最右点为(x12,y12),那么记图像已组装的宽度为x1＝x12，有节点(c12,x1)，节点指切线在组装图像中的位置，还需要组装的宽度为w-x1；4.选取第二条条带，记这条条带为t2，其右切线为c21，左切线为c22，左切线c21的最右点为(x21,y21)，右切线c22的最右点为(x22,y22)，可以有三种方式：一、选取由切线c12和位于切线c12的后面的某条切线所组成的条带，此时由于切线c12和切线c21是同一条切线，两条带间不会产生任何的颜色的差异，图像已组装的宽度为x2＝x22，有节点(c22,x2)，还需要组装的宽度为w-x2。二、选取由切线c12和平行于切线c12且位于切线c12前面的切线所组成的条带，那么平行于切线c12且位于切线c12前面的切线虽然和右切线c21是同一条切线，切线c12和左切线c22是同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运行高效且节约内存的数字图像自适应缩放技术，该技术根据给定的矢量纹理图案生成新的矢量纹理图案，以源图像最右下角的点为原点，以源图像过原点的水平线为X轴，以源图像过原点的垂直线为Y轴，源图像上的每一个像素点对应对于XY轴平面上的点，并以H代表源图像的高，并以W代表源图像的宽，则(0,0)、(0,W)、(0,H)、(W,H)分别代表源图像上的四个顶点，源图像′为源图像的复制图像，我们的技术可以概括为以下步骤：S1、为实现源图像在水平方向上的伸缩，在源图像中X轴方向上搜索因像数值接近而生成平行的垂直切割线(沿着切线可以观察到相似的颜色)简称切线；S2、任意一对非交叉的切线和它们中间的像素点都可以组成一个条带,任意一对平行切线组成的条带被丢弃不用来组成图像时，这两条平行切线在图像中链接在一起，平行切线存储在内存中；S3、选取源图像中的条带并按不同的顺序并排粘贴，快速生成任意宽度和高度的纹理图像，条带不存储在内存中，而是由我们的算法为生成的目标宽度图像快速选择出来，这大量节约了内存；S4、在像素着色器中，通过适当的滤波，实时重建结果图像。

【技术特征摘要】
1.一种运行高效且节约内存的数字图像自适应缩放技术，该技术根据给定的矢量纹理图案生成新的矢量纹理图案，以源图像最右下角的点为原点，以源图像过原点的水平线为X轴，以源图像过原点的垂直线为Y轴，源图像上的每一个像素点对应对于XY轴平面上的点，并以H代表源图像的高，并以W代表源图像的宽，则(0,0)、(0,W)、(0,H)、(W,H)分别代表源图像上的四个顶点，源图像′为源图像的复制图像，我们的技术可以概括为以下步骤：S1、为实现源图像在水平方向上的伸缩，在源图像中X轴方向上搜索因像数值接近而生成平行的垂直切割线(沿着切线可以观察到相似的颜色)简称切线；S2、任意一对非交叉的切线和它们中间的像素点都可以组成一个条带,任意一对平行切线组成的条带被丢弃不用来组成图像时，这两条平行切线在图像中链接在一起，平行切线存储在内存中；S3、选取源图像中的条带并按不同的顺序并排粘贴，快速生成任意宽度和高度的纹理图像，条带不存储在内存中，而是由我们的算法为生成的目标宽度图像快速选择出来，这大量节约了内存；S4、在像素着色器中，通过适当的滤波，实时重建结果图像。2.如权利要求1所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于，在所述步骤S1中：为了是源图像在水平方向的伸缩，使源图像′上的点(W,0)与源图像的点(0,0)重合，使源图像′上过点(W,0)且平行于源图像′Y轴的垂线与源图像的Y轴重合。以δ代表源图像某行上δ个像素点的距离，标记源图像的点(0,0),(δ,0)(2*δ,0)...(W,0)为水平伸缩而产生的垂直切线的起始点。将源图像′沿源图像的Y轴向右平移，直到使源图像′上的点(0,0)与源图像的点(0,W)重合，使源图像′的Y轴与源图像上过点(W,0)且平行于源图像Y轴的垂线重合。在此平移期间，每次平移一个像素点单位，对于源图像的切线起始点(0,0)、(δ,0)、(2*δ,0)...(W,0)一检测到有与其重合的点，如起始点(0,0)在平移过程中会有源图像′(0,0),(1,0)(2,0)...(W,0)等点与其重合，与其重合的点一起向上找一个一个重合像素点直到找到垂直切线上的所有点(x,y)，y最大值为H，注意为保证找平行切线是连接不间断的，则要求切线上的点(x,y)为y单调下降(从H减到0)，x保持不变或增减一个单位。当平移完毕后，所有的平行切线也找完。3.如权利要求2所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于：1.如果切线c是源图像以起始点为(v,0)找到的某条切线切线(v属于0，δ，2*δ，...W)，且切线c||是源图像′往水平方向平移了u个像素点单位后与切线c重合的切线，则有：1、切线c与切线c||的对应点(x,y)与(x||,y||)，有y＝y||、x与x||值距离为|u-v|；2.切线c与切线c||的对应点像素值应当接近；3.两条切线上的所有的对应点的像素值之差总和最小，所以需要使用动态规划的方法找到最佳的平行切线。4.如权利要求2所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于：由于一般情况下，源图像上距离相近的点的像素值会非常接近，如果切线的起始点距离δ太小，会造成平行切线的数量大量增加，且这些平行切线所组成的条带多次出现在源图像伸缩产生的图像中时，不仅没有现实意义而且产生视觉上的冗余感，因此我们控制δ的取值在19到60个像素点单位。源图像上定义的每个切线起始点上可以找到0到多条具有平行切线的切线。任意一条切线都可以找到除自己外的一到多条平行切线，如在256*256大小的源图像上，通常会找到大约600对平行切线。5.如权利要求1所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于，在所述步骤S2中，在我们找到的所有平行切线中，为水平伸缩图像而产生的垂直切线以从左至右的顺序排列。那么除了排列最后的切线以外的任意一条切线都可以与位于其后方且不与其交叉的切线组成一条条带。条带选择的多样性使得生成的同样宽度的图像具有多样性。6.如权利要求5所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于：为了使两条平行切线的像素值接近，一般情况下，垂直切线不会平行于Y轴。所以存在很多非平行的切线交叉。因此在排列切线的顺序时，假定点(x1,y1)是垂直切线c的最右点，则垂直切线上的任意一点(x,y)的横坐标x都大于等于x1，垂直切线以其最右点的横坐标大小进行排序。7.如权利要求5所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于:存在垂直切线c1和c2，当且仅当切线c2上的所有点的横坐标大于等于切线上c1的所有点的横坐标时，才有切线c2位于切线c1后面，切线c1可与切线c2及其中间的所有像素点组成条带，我们称切线c1为条带的右切线，切线c2为条带的左切线。8.如权利要求1所述的数字图像自适应缩放技术，其特征在于，在步骤S3中，为了生成宽度为w的图像(大于或小于源图像宽度)，在水平方向伸缩图像时，从源图像依次选取条带组装图像，要注意几点：1.选取的第一条条带由过原点(0,0)且平行于X轴的直线与找到的某条切线及其中间像素点组成；2.选取的最后一条条带由过点(0,W)且平行于X轴的直线与找到的某条切线及其中间像素点组成；3.选取第一条带后，假定记第一条条带为t1,组成条带t1的左切线为c12，切线c12的最右点为(x12,y12...

【专利技术属性】
技术研发人员：周世哲，尹丹，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43