基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法
2023-06-10 10:09:51 1
專利名稱：基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法
技術領域：
本發明涉及ー種灰度圖像彩色化方法，尤其是一種基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法。
背景技術：
彩色化是ー個給黑白圖像、電影或電視節目加上顔色的處理過程。傳統的黑白圖像彩色化技術是通過純人工或者在計算機軟體工具輔助下完成的，這項工作需要人工消耗大量的時間。由於彩色化技術具有相當大的實際應用價值，被廣泛地應用於圖像、視頻編輯和圖像通信，以及科學、エ業和軍事等多個領域。彩色化是在給定圖像亮度分量情況下，去計算顏色分量的過程，因此可以被看成一個病態問題。根據處理病態問題的規整化形式，將
彩色化分為基於顏色轉移和基於顏色擴展這兩類處理方法。其中基於顏色轉移雖然能獲得高質量的彩色化圖像，但是彩色化的效果強烈依賴於參考圖像與目標圖像的相似程度。因此，參考圖像的選取是制約該方法實施的一個關鍵，此外，顏色轉移法並不適合各種類型的圖形，特別是當圖像之間的實際對應區域灰度差異較大時，僅利用灰度對應區域就會產生顔色錯誤。基於局部顏色擴展的圖像彩色化技術只需要簡單的局部著色，比如各區域內塗上彩色線條作為顏色擴展的初始條件就可以產生高質量的彩色圖像，操作簡單，處理效果好，引起了很多研究者的關注。在局部顏色擴展的圖像彩色化技術方面，具有代表性的是Levin等人的工作，參見 Anat Levin, Dani Lischinski and Yair Weiss. Colorization using Optimization,ACM Transactions on Graphics, 2004, 23 :689_693。Levin 等人認為兩個領域的像素如果亮度值相似，那麼必須有相似的顔色值。從而提出了一個能量最優化的模型。由於顏色分配是在色差空間進行的，不僅能保證圖像在處理前後的灰度保持不變，而且消除了直接在RGB顏色空間進行處理可能產生的顏色混擾。但是Levin等人的彩色化方法對人工著色線條的位置和大小很敏感，可能產生過度平滑的彩色化效果。Gastal等人設計了邊緣保持的主域變換濾波器，通過灰度圖像的邊緣信息，來擴散人工著色的線條來產生彩色圖像，參見 Gastal, Eduardo S. L. ana Oliveira, Manuel M. Domain transform for edge-awareimage and video processing. ACM Transactions on Graphics. 2011,30(4) :69:1-69:12，產生了和Levin等人一祥的高質量彩色圖像，但是為了控制保持多少色彩傳播到每個像素，灰度圖像彩色化過程中需要通過設置相應的參數來進行調整。Fattal等人採用WRB小波變換實現了和Levin等人相似的灰度圖像彩色化效果，只是減少了計算時間，參見Fattal, Raanan. Eage-avoiaing wavelets and tneir appl ications. ACM Transactionson Graphics. 2009, 28 (3) :1_10。Bhat等人在他們提出的基於梯度域最優化的框架裡使用用戶提供的人工著色線條彩色化了灰度圖像，在梯度域最優化的框架裡，很容易實現Levin等人的算法，針對Levin等人的算法會出現色彩滲透，Bhat等人在算法中進行了改進。但是也只是相對於Levin等人的算法減少了色彩滲透現象，而且Bhat等人的算法依賴於邊緣檢測，在邊緣不明顯或不閉合情況下，容易色彩滲透現象，參見Bhat,Pravin and Zitnick,C.Lawrence and しohen，Michael and Curless,Brian. GradientShop A gradient—domainoptimization framework for image and video filtering. ACM Transactions onGraphics, 2010, 29 (2) :10 :1-10 :14。基於顏色轉移法的彩色化方法，效果強烈依賴於參考圖像與目標圖像的相似程度，而選取合適的參考圖像是一件困難的工作，而現有的基於局部顏色擴展的圖像彩色化雖然操作簡單，方便，但是在少量用戶著色的情況下，色彩滲透現象還是比較嚴重。
發明內容
本發明的目的是提供了ー種有效的僅需要少量線條著色的交互式灰度圖像彩色化的方法，改進了現有基於局部顏色擴展的圖像彩色化方法在更少的人工線條著色情況下，降低在灰度圖像彩色化過程中出現的嚴重色彩滲透問題，從而提高灰度圖像彩色化的質量。
本發明所設計的基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，包括以下六個步驟(I)輸入待處理灰度圖像，然後將待處理灰度圖像轉換為RGB顏色空間，產生的圖像作為輸入圖像；(2)將步驟(I)中輸入圖像進行人エ線條著色，獲得著色圖像；(3)將輸入圖像、著色圖像的RGB顔色空間分別轉換到YUV顔色空間，得到轉換後的圖像的亮度分量Y、色度分量U和色度分量V，標記輸入圖像在YUV的亮度分量為I，著色圖像在YUV色度分量為Su和Sv, Su和Sv為NX I矩陣，N為圖像的長度和寬度的乘積；優選地，所述的由RGB顏色空間轉換到YUV顏色空間的轉換方法如下按照下面的公式進行轉換
權利要求
1.一種基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，其特徵是包括以下六個步驟 (1)輸入待處理灰度圖像，然後將待處理灰度圖像轉換為RGB顔色空間，產生的圖像作為輸入圖像； (2)將步驟(I)中輸入圖像進行人エ線條著色，獲得著色圖像； (3)將輸入圖像、著色圖像的RGB顔色空間分別轉換到YUV顔色空間，得到轉換後的圖像的亮度分量Y、色度分量U和色度分量V，標記輸入圖像在YUV的亮度分量為I，著色圖像在YUV色度分量為Su和Sv, Su和Sv為NX I矩陣，N為圖像的長度和寬度的乘積； (4)計算拉普拉斯摳圖矩陣； 按如下公式來計算拉普拉斯摳圖矩陣
2.根據權利要求I所述的基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，其特徵是所述e為規則化參數取值範圍為10_5-10-7。
3.根據權利要求2所述的基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，其特徵是所述e為規則化參數為10_6。
4.根據權利要求I或2或3所述的基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，其特徵是在步驟(3)中，所述的由RGB顔色空間轉換到YUV顔色空間的轉換方法如下 按照下面的公式進行轉換
5.根據權利要求I或2或3所述的基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，其特徵是在步驟(6)中所述的由YUV顔色空間轉換到RGB顔色空間的轉換方法按如下公式
6.根據權利要求4所述的基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，其特徵是在步驟(6)中所述的由YUV顔色空間轉換到RGB顔色空間的轉換方法按如下公式
全文摘要
本發明公開了一種基於局部線性模型優化的交互式灰度圖像彩色化方法，包括輸入待處理灰度圖像，將待處理灰度圖像轉換為RGB顏色空間輸入圖像，進行少量人工線條著色獲得著色圖像，將待處理灰度圖像、著色圖像由各自原來的RGB顏色空間轉換到YUV顏色空間，計算出一個拉普拉斯摳圖矩陣，再利用局部線性模型優化求解稀疏矩陣方程，獲得基於YUV顏色空間的彩色化圖像，最後將基於YUV顏色空間的彩色化圖像轉換到RGB顏色空間獲得最終的彩色化圖像六個步驟。這種方法改進了現有基於局部顏色擴展的圖像彩色化方法在更少的人工線條著色情況下，降低在灰度圖像彩色化過程中出現的嚴重色彩滲透問題，提高灰度圖像彩色化的質量。
文檔編號G06T11/40GK102779351SQ20121019938
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者厲旭傑, 趙漢理, 黃輝 申請人:溫州大學