基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，包括步骤：1)输入唐卡元素图像，等待处理；2)进行图像预处理；3)进行Canny边缘提取；4)对唐卡元素图像的二值边缘信息进行贝塞尔曲线拟合；5)对贝塞尔曲线进行颜色采样；6)选择性地对贝塞尔曲线的曲线控制点和颜色采样信息进行人工交互调整；7)以贝塞尔曲线上的颜色为约束求解泊松方程得到矢量结果；8)通过文件存储贝塞尔曲线控制点和颜色采样信息，保存唐卡元素的矢量信息。本发明专利技术利用扩散曲线对唐卡元素进行矢量化使得最终的矢量图，具有良好的编辑性，便于艺术家对唐卡图像的创作以及文创作品的设计。及文创作品的设计。及文创作品的设计。

【技术实现步骤摘要】
基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体地指一种基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法。
技术背景
[0002]唐卡图像是藏文化中一种独具特色的绘画艺术形式，属于西藏文化的重要组成部分。目前大部分的唐卡图像仍是依靠唐卡画师进行手工绘制完成，对于经验丰富的唐卡画师，在进行唐卡绘制时一般先选择一系列的元素进行组合，根据组合大小和复杂程度的不一样，需要数月甚至几年时间才能完成一整幅唐卡图像的绘制。现有的数字化唐卡图像一般以光栅图像存储，以像素矩阵存储的图像信息并不利于图像的编辑设计，而矢量图因其几何表示的优势不仅渲染不受分辨率的影响，也更加便于艺术家的创作。因而通过在唐卡图像中提取唐卡元素并进行矢量化就是非常有必要的。
[0003]对图像矢量化的技术按照矢量基元的不同可以分为三类：基于三角网格的矢量化、基于梯度网格的矢量化以及基于扩散曲线的矢量化。三角网格方法因其表达形式简单而被大众广泛接受，但是三角网格块与块之间没有颜色过渡，最后的矢量渲染结果并不理想。梯度网格(Gradient Mesh)是一种基于网格的矢量化图元，在支持传统矢量图各项特点的同时可以渲染光滑的颜色过渡，但因为唐卡元素颜色丰富，细节繁多，导致生成操作网格非常复杂，不便于后期的编辑调整创作。扩散曲线(Diffusion Curves)是一种基于图像轮廓表示的矢量化图元。根据图像边缘信息拟合曲线并扩散颜色，其方法的最大特性就是易编辑性。
[0004]针对唐卡元素图像，保留矢量图的编辑性是非常重要的，唐卡图像由于手工绘制，曲线不平滑，结构复杂等特点使得完全基于唐卡原图的矢量化结果达不到人们的预期。同时基于扩散元素的矢量化方法其结果质量很大程度上取决于轮廓提取质量，现有的方法中并没有针对唐卡图像的特点出发进行处理提升轮廓信息获取质量的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，而提出一种基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，以解决现有矢量化技术在唐卡元素运用中存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所设计的基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：
[0007]1)输入唐卡元素图像，等待处理；
[0008]2)对所述唐卡元素图像进行图像预处理；
[0009]3)对已预处理的唐卡元素图像进行Canny边缘提取；
[0010]4)对所述唐卡元素图像的二值边缘信息进行贝塞尔曲线拟合；
[0011]5)对贝塞尔曲线进行颜色采样；
[0012]6)选择性地对贝塞尔曲线的曲线控制点和颜色采样信息进行人工交互调整；
[0013]7)以贝塞尔曲线上的颜色为约束求解泊松方程得到矢量结果；
[0014]8)通过文件存储贝塞尔曲线控制点和颜色采样信息，保存唐卡元素的矢量信息。
[0015]优选地，所述步骤2)图像预处理的过程为对唐卡元素图像使用均值漂移滤波。
[0016]优选地，所述步骤3)中进行Canny边缘提取之后进行人工交互调整Canny阈值处理。
[0017]优选地，所述步骤4)中进行贝塞尔曲线拟合的具体步骤包括：
[0018]401)从所述唐卡元素图像的二值边缘信息中生成像素链；
[0019]402)将像素链转化生成折线段，利用Potrace算法，将每条像素链生成一个惩罚矩阵，通过惩罚矩阵以分段数量较短优先策略获得最优折线段。
[0020]403)将最优折线段用分段三次贝塞尔曲线进行拟合。
[0021]优选地，所述步骤5)中进行颜色采样的具体步骤包括：
[0022]501)将图像从BGR转化为CIE L*a*b*颜色空间；
[0023]502)对于分段三次贝塞尔曲线上像素点进行连续均匀随机采样，根据采样密度计算每条曲线的应具有的采样颜色点总数量；
[0024]503)沿着采样点的法向量的正反两个方向若干个单位长度作为颜色采样点，如果颜色采样点在CIE L*a*b*的颜色信息与其单位长度正方形领域的标准差颜色值存在偏差，则予以舍弃，降低错误采样概率；否则，将颜色采样点的位置信息以及色彩信息进行存储，其中位置信息为其在所在曲线的长度比值与此点之前贝塞尔分段的总数之和，颜色信息为已预处理的BGR颜色值。
[0025]优选地，所述步骤6)中进行人工交互调整的具体步骤包括：
[0026]601)调整曲线控制点信息：鼠标左键点击位置如果与已有控制点的距离少于设定的单位长度，则默认选中已有控制点，否则，添加一个新的控制点；移动鼠标更改此控制点的位置信息，鼠标右键点击每段曲线的最后一个控制点，则仅删除此点；否则删除整条曲线；
[0027]602)调整颜色采样信息：通过鼠标左键添加或修改颜色采样点位置信息，右键删除已有颜色采样点；通过鼠标采集颜色更改颜色采样点的颜色信息，获得鼠标所在处的颜色值，更新被选中颜色采样点的颜色信息。
[0028]优选地，所述步骤7)中仅由颜色和曲线构成最终的扩散曲线，构建泊松方程，颜色扩散平滑填满整个图像空间，得到矢量图的渲染结果，扩散曲线的公式：
[0029]ΔI＝div w
[0030]I(x,y)＝C(x,y)
[0031]式中，I表示整个结果图像区域，Δ和div为拉普拉斯和散度算子，(x,y)表示通过颜色采样点的线性插值所有颜色曲线上的点。
[0032]优选地，所述步骤3)之后人工交互调整Canny阈值处理时，Canny最大的阈值范围为(2，100000)，通过键盘输入U降低高阈值，输入L提升低阈值，U或L与Shift结合使用达到相反的目的，即提升高阈值或降低低阈值。
[0033]优选地，所述步骤402中，Potrace算法给定一个从i到j的片段，记直线段为v
i
v
j
，赋予这个片段的惩罚值等于v
i
v
j
的欧几里得长度乘以
[0034]路径上每一个点k到v
i
v
j
欧几里得距离的标准差，公式如下：
[0035][0036]式中，表示ν
k
到v
i
v
j
的欧几里得距离，表示路径上边缘像素的数量。
[0037]优选地，所述步骤8)中使用XML可扩展标记语言存储所有的曲线控制点的位置信息，以及颜色采样点的位置和颜色信息，最终得到唐卡元素的矢量图信息并存储为.xml文件。
[0038]本专利技术基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，利用扩散曲线对唐卡元素进行矢量化使得最终的矢量图，其有益效果为：具有良好的编辑性，便于艺术家对唐卡图像的创作以及文创作品的设计。同时针对唐卡元素颜色丰富，细节繁多的特点，对图像矢量化之前只用均值漂移滤波进行预处理，平滑唐卡元素中由于手工绘制颜色不均匀的部分，提高边缘信息提取质量。在整个矢量化的重要过程加入人工交互，获得更符合人们期望的唐卡元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1)输入唐卡元素图像，等待处理；2)对所述唐卡元素图像进行图像预处理；3)对已预处理的唐卡元素图像进行Canny边缘提取；4)对所述唐卡元素图像的二值边缘信息进行贝塞尔曲线拟合；5)对贝塞尔曲线进行颜色采样；6)选择性地对贝塞尔曲线的曲线控制点和颜色采样信息进行人工交互调整；7)以贝塞尔曲线上的颜色为约束求解泊松方程得到矢量结果；8)通过文件存储贝塞尔曲线控制点和颜色采样信息，保存唐卡元素的矢量信息。2.根据权利要求1所述的基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，其特征在于：所述步骤2)图像预处理的过程为对唐卡元素图像使用均值漂移滤波。3.根据权利要求1所述的基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，其特征在于：所述步骤3)中进行Canny边缘提取之后进行人工交互调整Canny阈值处理。4.根据权利要求1所述的基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，其特征在于：所述步骤4)中进行贝塞尔曲线拟合的具体步骤包括：401)从所述唐卡元素图像的二值边缘信息中生成像素链；402)将像素链转化生成折线段，利用Potrace算法，将每条像素链生成一个惩罚矩阵，通过惩罚矩阵以分段数量较短优先策略获得最优折线段。403)将最优折线段用分段三次贝塞尔曲线进行拟合。5.根据权利要求4所述的基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，其特征在于：所述步骤5)中进行颜色采样的具体步骤包括：501)将图像从BGR转化为CIE L*a*b*颜色空间；502)对于分段三次贝塞尔曲线上像素点进行连续均匀随机采样，根据采样密度计算每条曲线的应具有的采样颜色点总数量；503)沿着采样点的法向量的正反两个方向若干个单位长度作为颜色采样点，如果颜色采样点在CIE L*a*b*的颜色信息与其单位长度正方形领域的标准差颜色值存在偏差，则予以舍弃，降低错误采样概率；否则，将颜色采样点的位置信息以及色彩信息进行存储，其中位置信息为其在所在曲线的长度比值与此点之前贝塞尔分段的总数之和，颜色信息为已预处理的BGR颜色值。6.根据权利要求1述的基于扩散曲线的唐卡元素矢量化方法，其特征在于：所述步骤6)中进行人工交互调整的具体步骤包括：601)调整曲线控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：解庆，田迪，胡桉澍，刘永坚，白立华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：