基于调色板和凸包变形的图像重着色方法技术

本发明专利技术公开了一种基于调色板和凸包变形的图像重着色方法，包括：1)构造输入图像在RGB颜色空间的凸包，对凸包顶点聚类，并通过聚类中心投影的方式从凸包顶点中挑选调色板；2)从除调色板颜色以外的凸包顶点中挑选辅助颜色,与调色板颜色一起构成紧密凸包；3)将紧密凸包剖分为多个多面体的集合，并计算像素所在的多面体，用该多面体顶点的均值坐标对像素进行分解；4)改变调色板颜色，通过凸包的刚性变形带动辅助点移动，实现图像重着色。本发明专利技术引入了“辅助颜色”的概念，提出了一种误差递减的凸包构造方法来使凸包更加紧凑，缓解了凸包顶点缺乏代表性的问题，同时提高了图像重构的精度，进一步可实现更直观和精确的下游应用。进一步可实现更直观和精确的下游应用。进一步可实现更直观和精确的下游应用。

【技术实现步骤摘要】
基于调色板和凸包变形的图像重着色方法


[0001]本专利技术涉及图像处理的
，尤其是指一种基于调色板和凸包变形的图像重着色方法。

技术介绍

[0002]图像重着色是图像处理研究的一个重要问题，在工业设计和影视制作等领域有广泛应用。基于调色板的图像重着色具有操作简单、富有表现力的特点。这类方法通常分为三步：1、构造调色板；2、分解图像；3、编辑调色板，得到重着色图像。
[0003]调色板是代表图像主要颜色的一组颜色集合。从调色板构造的角度，基于调色板的方法可分为两类，一类是对图像颜色聚类，将聚类中心作为调色板。这类方法受限于聚类的特性，会导致调色板的颜色暗淡且冗余。另一类是构造图像在颜色空间中的凸包，将凸包顶点作为调色板，这类方法近期尤其受到关注。然而，现有方法构造凸包时，意图包含所有像素，导致凸包不够紧凑，影响了编辑的直观性，并产生不忠实的着色结果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于调色板和凸包变形的图像重着色方法，引入“辅助顶点”的概念，使凸包更紧凑，缓解了凸包顶点缺乏代表性的问题，同时提高了图像重构的精度，进一步可实现更直观和精确的下游应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：基于调色板和凸包变形的图像重着色方法，包括以下步骤：
[0006]1)构造输入图像在RGB颜色空间的凸包，对凸包顶点聚类，并通过聚类中心投影的方式从凸包顶点中挑选调色板；
[0007]2)从调色板颜色以外的凸包顶点中挑选辅助颜色，与调色板颜色一起构成紧密凸包；
[0008]3)将紧密凸包剖分为多个多面体的集合，并计算像素所在的多面体,用该多面体顶点的均值坐标对像素进行分解；
[0009]4)改变调色板颜色，通过凸包的刚性变形带动辅助点移动，实现图像重着色。
[0010]进一步，所述步骤1)包括以下步骤：
[0011]1.1)构造图像在RGB颜色空间的凸包，用I＝{I(x,y)∈R3,1≤x≤N
x
,1≤y≤N
y
}表示尺寸为N
x
×
N
y
的输入图像，N
x
表示输入图像的宽，N
y
表示输入图像的高，I(x,y)表示在输入图像I中坐标为(x,y)的像素的颜色值，也表示RGB三维颜色空间中的一个点；因此，输入图像I也被看作是在RGB颜色空间中的点云；
[0012]构建点云I的凸包用C表示凸包的顶点集合；获取顶点集合C的方法是将一组单位向量在点云I上的支撑点作为C中的顶点，表示为：
[0013][0014]式中，是指在3D单位球体采样得到的第j个单位向量，N表示单位向量的个数，是一个经验值；e表示点云I中的一个点，C
i
表示C中的第i个顶点，也即单位向量在点云I中的支撑点；由于点云分布不均匀，存在多个单位向量对应一个支撑点C
i
的情况，因此i≤j；
[0015]1.2)对凸包顶点聚类并提取调色板，其中调色板用P表示，P
k
表示调色板中的第k个颜色，表示由调色板构造的凸包；给定调色板大小P，在C上执行K
‑
means聚类，类别的数目为K，K＝|P|；聚类之后，在子簇中找到一个中心投影点作为调色板颜色；假设是C的子簇之一，表示为C
k
中顶点对应单位向量的平均值，再次通过计算支撑点的方法来找到C
k
的中心投影点P
k
：
[0016][0017]式中，P
k
既是平均单位向量在顶点集合C
k
中的支撑点，即C
k
的中心投影点，也是调色板P中的第k个颜色，c表示点集C
k
中的一个点；通过这种方式，调色板P中的颜色直接来自图像I的像素。
[0018]进一步，在步骤2)中，从调色板以外的凸包顶点集合C
‑
P中选取辅助颜色，与P一同构成新的凸包；用A来表示选取的辅助颜色的集合，表示新的凸包顶点的集合，表示以为顶点的凸包；
[0019]根据子簇C
k
在上的重构误差来确定从哪个子簇挑选辅助颜色，重构误差定义为：
[0020][0021]式中，c表示点集C
k
中的一个点，表示c到凸包的距离，当c在里面时，取0，当c在外面时，取c到表面的最近距离；选择使重构误差取值最大的簇，使用K
‑
means算法将其分裂为两个子簇，从与调色板P不相交的子簇中，使用步骤1)中的投影方法选取中心投影点作为第一个辅助颜色A0；重复分裂的操作，直到重构误差小于阈值η。
[0022]进一步，所述步骤3)包括以下步骤：
[0023]3.1)对紧密凸包进行剖分：首先，计算点其中p
b
,p
w
∈P是P中分别最接近白色和黑色的两个点，p
m
是线段p
b
p
w
的中点；然后通过连接p
m
和P的所有顶点，将P的内部区域划分为T个四面体，T同时也表示P表面的三角面片数；用Δp
i
p
j
p
k
表示凸包上的一个三角面片，四面体T
ijk
＝(p
m
,p
i
,p
j
,p
k
)由p
m
和Δp
i
p
j
p
k
构成，扩展四面体T
ijk
的三个边p
m
p
i
、p
m
p
j
和p
m
p
k
，使其在的表面网格上切割出一个多面体Q
ijk
；用这种方式将P上的所有三角面片数都切割开，最终剖分出一组多面体Q＝{Q
ijk
,Δp
i
p
j
p
k
∈P}；
[0024]3.2)将I表示为Q中顶点颜色的混合，对于每个像素I(x,y)，首先找到包含它的Q
ijk
，然后计算其相对于Q
ijk
的顶点的均值坐标
[0025][0026]式中，q表示Q
ijk
的顶点，Q
ijk
由点p
m
和中的点组成，其中p
m
定义为中的两点的平均值，这意味着最终能够通过将p
m
替换为的相应顶点的加权和来分解I(x,y)为的混合：
[0027][0028]写成矩阵形式：
[0029][0030]这里是点集中的点，是所谓的alpha图层。
[0031]进一步，在步骤4)中，改变调色板颜色，对凸包实施ARAP网格变形，带本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于调色板和凸包变形的图像重着色方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构造输入图像在RGB颜色空间的凸包，对凸包顶点聚类，并通过聚类中心投影的方式从凸包顶点中挑选调色板；2)从调色板颜色以外的凸包顶点中挑选辅助颜色，与调色板颜色一起构成紧密凸包；3)将紧密凸包剖分为多个多面体的集合，并计算像素所在的多面体,用该多面体顶点的均值坐标对像素进行分解；4)改变调色板颜色，通过凸包的刚性变形带动辅助点移动，实现图像重着色。2.根据权利要求1所述的基于调色板和凸包变形的图像重着色方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：1.1)构造图像在RGB颜色空间的凸包，用I＝{I(x,y)∈R3,1≤x≤N
x
,1≤y≤N
y
}表示尺寸为N
x
×
N
y
的输入图像，N
x
表示输入图像的宽，N
y
表示输入图像的高，I(x,y)表示在输入图像I中坐标为(x,y)的像素的颜色值，也表示RGB三维颜色空间中的一个点；因此，输入图像I也被看作是在RGB颜色空间中的点云；构建点云I的凸包用C表示凸包的顶点集合；获取顶点集合C的方法是将一组单位向量在点云I上的支撑点作为C中的顶点，表示为：式中，是指在3D单位球体采样得到的第j个单位向量，N表示单位向量的个数，是一个经验值；e表示点云I中的一个点，C
i
表示C中的第i个顶点，也即单位向量在点云I中的支撑点；由于点云分布不均匀，存在多个单位向量对应一个支撑点C
i
的情况，因此i≤j；1.2)对凸包顶点聚类并提取调色板，其中调色板用P表示，P
k
表示调色板中的第k个颜色，表示由调色板构造的凸包；给定调色板大小|P|，在C上执行K
‑
means聚类，类别的数目为K，K＝|P|；聚类之后，在子簇中找到一个中心投影点作为调色板颜色；假设是C的子簇之一，表示为C
k
中顶点对应单位向量的平均值，再次通过计算支撑点的方法来找到C
k
的中心投影点P
k
：式中，P
k
既是平均单位向量在顶点集合C
k
中的支撑点，即C
k
的中心投影点，也是调色板P中的第k个颜色，c表示点集C
k
中的一个点；通过这种方式，调色板P中的颜色直接来自图像I的像素。3.根据权利要求2所述的基于调色板和凸包变形的图像重着色方法，其特征在于，在步骤2)中，从调色板以外的凸包顶点集合C
‑
P中选取辅助颜色，与P一同构成新的凸包；用A来表示选取的辅助颜色的集合，表示新的凸包顶点的集合，表示以为顶点的凸包；根据子簇C
k
在上的重构误差来确定从哪个子簇挑选辅助颜色，重构误差定义为：
式中，c表示点集C
k
中的一个点，表示c到凸包的距离，当c在里面时，取0，当c在外面时，取c到表面的最近距离；选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂清，孙奇伟，聂勇伟，张青，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：