專利名稱：彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視頻圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動(dòng)對(duì)彩色光柵圖像或視頻進(jìn)行矢量 化的方法。
背景技術(shù)：
矢量圖像、視頻與同樣內(nèi)容的光柵圖像、視頻相比，具有與分辨率無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，而且易 于編輯。基于關(guān)鍵幀的矢量動(dòng)畫與同樣質(zhì)量和內(nèi)容的光柵動(dòng)畫相比，更有生成文件小、顯示 效果好等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前對(duì)光柵圖像、視頻矢量化的研究還較為初歩，僅在二值圖像和工程圖像 的矢量化上比較成熟。對(duì)于真實(shí)圖像和視頻，由于矢量化不容易保留較好的紋理細(xì)節(jié)，導(dǎo)致 現(xiàn)有的算法都不易得到滿意的結(jié)果。對(duì)于介于兩者之間的卡通畫和卡通動(dòng)畫，雖然它們的內(nèi) 容會(huì)比較復(fù)雜，卻比較適合用矢量化的方式表示，但當(dāng)前的矢量化方法缺乏對(duì)其有針對(duì)性的 研究。當(dāng)前的矢量化方法中，最常用的框架是首先對(duì)圖像、視頻進(jìn)行分割，然后對(duì)分割后的內(nèi) 容進(jìn)行矢量化。對(duì)圖像分割的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。專利200410018403. 5中提到了一種對(duì)二值 光柵圖像進(jìn)行矢量化的方法，該方法準(zhǔn)確并且高效，但無(wú)法應(yīng)用到彩色圖像。專利 200710039730可以對(duì)工程圖紙進(jìn)行矢量化，但不適于真實(shí)和藝術(shù)圖像。有很多相關(guān)的軟件可 以對(duì)圖像進(jìn)行矢量化，如Adobe Illustrator, CorelTRACE, Vector Eye, AutoTrace, Flash 等，但這些方法沒有考慮漸變色，且由于沒有計(jì)算分割區(qū)域的精確邊界，矢量化的結(jié)果并不 好。Stanford的VectorMagic和Ardeco (2006)可以得到較好的圖像矢量化結(jié)果，但是該方 法需要大量時(shí)間計(jì)算，無(wú)法推廣到視頻。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)已知技術(shù)中對(duì)圖像或視頻進(jìn)行矢量的方法效果 不佳，或雖有較好的效果確計(jì)算繁瑣、耗費(fèi)大量時(shí)間等諸多不足之處，為了克服這些不足， 本發(fā)明的目的是提供一種彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，需要一種自動(dòng)將光柵圖像和視 頻矢量化的快速算法，能對(duì)真實(shí)圖像或視頻得到較好的矢量化結(jié)果，并且能對(duì)卡通圖片和動(dòng) 畫得到高質(zhì)量、低存儲(chǔ)的矢量化結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一 種彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行操作，a.首先將圖像 或視頻按顏色信息分割為四連通區(qū)域；b.計(jì)算分割區(qū)域的亞像素精度公共邊界；C.然后確定 邊界上的節(jié)點(diǎn)，包括兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)和邊界上的局部曲率極值點(diǎn)；d.對(duì)節(jié)點(diǎn)之間 點(diǎn)序列做樣條曲線和直線擬合；e.用得到的曲線和直線表示矢量化區(qū)域的邊界；f.用顏色模型表示矢量化區(qū)域的顏色；g.得到矢量化的圖像或視頻。所述的確定邊界上的節(jié)點(diǎn)步驟為找到兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)和邊界上的局部曲率 極值點(diǎn)，以此作為點(diǎn)序列的節(jié)點(diǎn)。在所述方法中對(duì)節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)序列做樣條曲線和直線擬合，用得到的曲線和直線表示矢量 化區(qū)域的邊界。用顏色模型表示矢量化區(qū)域的顏色，得到矢量的圖像。在所述方法中，所述亞像素精度可以通過在像素點(diǎn)之間插入空白像素點(diǎn)，再將其按一定 規(guī)律填滿，即得到區(qū)域公共邊界點(diǎn)。在上述方法中，可以通過在像素點(diǎn)之間插入空白像素點(diǎn)，并將其填滿的過程當(dāng)中，直接 判斷兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)，并根據(jù)相鄰邊界點(diǎn)夾角快速判斷曲率極值點(diǎn)。在上述方法中，所述獲得到矢量化的圖像，是通過對(duì)兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)處點(diǎn)序 列的切向方向進(jìn)行調(diào)整，得到平滑美觀的矢量化效果。本發(fā)明的有益效果是，該矢量化方法克服了傳統(tǒng)應(yīng)用的圖像或視頻矢量化方法的不足， 本發(fā)明矢量化結(jié)果能自動(dòng)快速將光柵圖像或視頻矢量化得到的好的矢量化效果，并能對(duì)卡通 圖片和動(dòng)畫得到高質(zhì)量、低存儲(chǔ)的矢量化結(jié)構(gòu)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖l為本發(fā)明的算法流程圖；圖2a-2d為確定公共邊界點(diǎn)和邊界上節(jié)點(diǎn)的示意圖； 圖3為將圖像用曲線和直線進(jìn)行擬合的示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的算法流程圖。輸入數(shù)據(jù)為彩色光柵圖像或視頻的幀。本發(fā)明流程 步驟為a.首先將圖像或視頻按顏色信息分割為四連通區(qū)域；b.計(jì)算分割區(qū)域的亞像素精度公 共邊界；c.然后確定邊界上的節(jié)點(diǎn)，包括兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)和邊界上的局部曲率極 值點(diǎn)；d.最后對(duì)節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)序列做樣條曲線和直線擬合；e.用得到的曲線和直線表示矢量化 區(qū)域的邊界；f.用顏色模型表示矢量化區(qū)域的顏色；g.得到矢量化的圖像或視頻。針對(duì)一張為計(jì)算分割區(qū)域的亞像素公共邊界的示意圖。首先將圖像或幀用任意分割算法 進(jìn)行分割，為達(dá)到最好效果，本發(fā)明對(duì)真實(shí)圖像使用MeanShift分割，對(duì)卡通類圖像使用基 于Mask的滾球分割算法*，分割后的區(qū)域需保證為四連通區(qū)域。對(duì)于分割后的結(jié)果，構(gòu)造一 個(gè)放大一倍左右的圖。假設(shè)原圖大小為mXn，貝ij構(gòu)造一個(gè)(2m+l)X(2n+l)的圖，其中坐標(biāo)都 是偶數(shù)的點(diǎn)(2i，2j)與原圖中的點(diǎn)(i, j)顏色及分割標(biāo)號(hào)相同，其余點(diǎn)為插入的空白像素點(diǎn)h， 以呈灰色的點(diǎn)為分割結(jié)果。不同灰度點(diǎn)為不同的分塊，黑色點(diǎn)為插入的空白點(diǎn)，然后遍歷一 遍放大后的圖像，確定每個(gè)插入的空白像素點(diǎn)是屬于區(qū)域內(nèi)部還是屬于公共邊界點(diǎn)(白色)，以及是否是邊界上節(jié)點(diǎn)(黑色)。參照?qǐng)D2a-圖2b,為確定公共邊界點(diǎn)和邊界上節(jié)點(diǎn)的示意圖。圖2a、圖2b、圖2c、圖 2d列舉了四連通分割下， 一個(gè)3X3的區(qū)域(四個(gè)角為原始分割點(diǎn))中所有可能情況。通過 四個(gè)角上原始分割點(diǎn)的分割標(biāo)記情況(像素標(biāo)記數(shù)字l、 2、 3、 4代表不同分割，其中標(biāo)記0 的像素為空白像素點(diǎn))，可以判斷出該3X3的區(qū)域中所有插入的空白像素點(diǎn)是否為公共邊界 點(diǎn)(標(biāo)記E的像素為公共邊界點(diǎn))，以及是否是多個(gè)區(qū)域的公共邊界節(jié)點(diǎn)(標(biāo)記N的像素為公 共邊界節(jié)點(diǎn))。通過該簡(jiǎn)單判斷方法便可以只遍歷圖像一遍判斷出區(qū)域的亞像素級(jí)精確公共邊 界。繼而將每個(gè)分割區(qū)域周圍的邊界點(diǎn)按逆時(shí)針方向連接成點(diǎn)序列，相鄰區(qū)域享有坐標(biāo)相同， 順序相反的邊界，這樣既節(jié)省存儲(chǔ)邊界的空間，也防止矢量化時(shí)出現(xiàn)裂縫和覆蓋。在確定點(diǎn) 序列后，本算法用下式-表示出判斷點(diǎn)序列上點(diǎn)pi是否為一個(gè)局部曲率極值點(diǎn)，其中c。s A = "t^--tt窗口 ^=5。若&為局部曲率極值點(diǎn)，則它也將作為點(diǎn)序列的節(jié)點(diǎn)。參照?qǐng)D3，表示將圖像用曲線和直線進(jìn)行擬合的示意圖。對(duì)于多個(gè)區(qū)域的公共邊界節(jié)點(diǎn)， 首先判斷由它發(fā)射出去的點(diǎn)序列的夾角有無(wú)大于135度，如果有，則令這兩條點(diǎn)序列的起始 切向相反，這樣能保證兩條點(diǎn)序列在擬合后平滑過渡，大大美化矢量化后的結(jié)果。對(duì)于兩個(gè) 節(jié)點(diǎn)間的點(diǎn)序列，在己知兩端切向后，可以用光滑的Bezier曲線段和直線段進(jìn)行擬合，圖3 為分割后圖像用曲線和直線進(jìn)行擬合的結(jié)果。對(duì)于每個(gè)區(qū)域，可以用一個(gè)二次顏色模型擬合 它的顏色。最終矢量化的結(jié)果就是區(qū)域的曲線和直線邊界控制頂點(diǎn)坐標(biāo)以及顏色模型的參數(shù)。對(duì)視頻和卡通進(jìn)行矢量化的結(jié)果進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明對(duì)真實(shí)視頻和圖像能得到可 以接受的矢量化結(jié)果，對(duì)比其他矢量化方法，如商業(yè)軟件Adobe Illustrator和自由軟件 Auto-trace，在矢量化之后的文件大小相同的前提下，本發(fā)明生成的結(jié)果與原圖相比失真度更 小。而對(duì)于卡通圖像和動(dòng)畫，由于其本身更適合矢量化表示，本發(fā)明生成的結(jié)果消除了光柵 圖像、視頻壓縮所帶來(lái)的損失，得到的結(jié)果更平滑美觀，文件大小跟光柵圖像視頻及其它方 法的矢量化結(jié)果相比也有極大的減小。因此本發(fā)明能自動(dòng)快速將光柵圖像和視頻矢量化，能 對(duì)真實(shí)圖像或視頻得到較好的矢量化結(jié)果，并且能對(duì)卡通圖片和動(dòng)畫得到高質(zhì)量、低存儲(chǔ)的 矢量化結(jié)果。權(quán)利要求
1.彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行操作，a.首先將圖像或視頻按顏色信息分割為四連通區(qū)域；b.計(jì)算分割區(qū)域的亞像素精度公共邊界；c.然后確定邊界上的節(jié)點(diǎn)，包括兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)和邊界上的局部曲率極值點(diǎn)；d.對(duì)節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)序列做樣條曲線和直線擬合；e.用得到的曲線和直線表示矢量化區(qū)域的邊界；f.用顏色模型表示矢量化區(qū)域的顏色；g.得到矢量化的圖像或視頻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，其特征在于所述的確定邊界上的節(jié)點(diǎn)步驟為找到兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)和邊界上的局部曲率極值點(diǎn)，以此作為點(diǎn)序列的節(jié)點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，其特征在于所述亞像素精 度可以通過在像素點(diǎn)之間插入空白像素點(diǎn)，再將其按一定規(guī)律填滿，即得到區(qū)域公共邊界點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，其特征在于通過在像 素點(diǎn)之間插入空白像素點(diǎn)并將其填滿的過程中，直接判斷兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)，并根 據(jù)相鄰邊界點(diǎn)夾角快速判斷曲率極值點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，其特征在于所述獲得的矢 量化圖像，是通過對(duì)兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)處點(diǎn)序列的切向方向進(jìn)行調(diào)整，得到平滑美 觀的矢量化效果。
全文摘要
彩色光柵圖像或視頻的矢量化方法，屬于視頻圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，本方法按照以下步驟進(jìn)行操作，a.首先將圖像或視頻按顏色信息分割為四連通區(qū)域；b.計(jì)算分割區(qū)域的亞像素精度公共邊界；c.然后確定邊界上的節(jié)點(diǎn)，包括兩個(gè)以上區(qū)域的公共邊界點(diǎn)和邊界上的局部曲率極值點(diǎn)；d.對(duì)節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)序列做樣條曲線和直線擬合；e.用得到的曲線和直線表示矢量化區(qū)域的邊界；f.用顏色模型表示矢量化區(qū)域的顏色；g.得到矢量化的圖像或視頻。該矢量化方法克服了傳統(tǒng)應(yīng)用的圖像或視頻矢量化方法的不足，本發(fā)明矢量化結(jié)果能自動(dòng)快速將光柵圖像或視頻獲得好的矢量化效果，并能對(duì)卡通圖片和動(dòng)畫得到高質(zhì)量、低存儲(chǔ)的矢量化結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G06T5/00GK101246592SQ20081010212
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者張一飛, 張松海, 胡事民, 韜 陳 申請(qǐng)人:清華大學(xué)