專利名稱：一種對圖像和視頻進行卡通化處理的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像和視頻處理領域，提出一種對圖像和視頻進行卡通化處理的方法。 通過對一張圖像或視頻各幀進行分階、輪廓查找、輪廓簡化和多邊形填充等操作，使圖 像和視頻產生卡通的效果。
背景技術：
在網絡信息時代，為滿足卡通產業(yè)、動漫產業(yè)以及影視產品制作的需要，自動產生 卡通效果的技術正越來越流行。
CN1560826專利公開了一種卡通體漢字的制法，其特點是將漢字的筆畫采用具象化 或抽象化的擬人和擬物方法進行制作，制得的卡通體漢字有具體的藝術造型，生動、活 潑。它與本專利不同點在于處理對象不同，前者是針對漢字，而后者則是針對圖像和視 頻。
US2007024633專利公開了一種針對視頻的卡通化處理方法，該方法需要用戶選擇 或者提供一個卡通調色板，然后用調色板中的顏色來代替視頻中各像素點的顏色。由于 該方法只涉及到顏色的變化，沒有對圖像的輪廓進行任何操作，所生成的卡通效果不夠豐富。
現有技術所生成的卡通效果多種多樣，實現方法也各不相同，但它們都沒有用到輪 廓簡化和多邊形填充技術。因此實現的卡通效果普遍比較單調，而用戶卻希望能夠得到 更為生動的卡通效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種對圖像和視頻進行卡通化處理的方法。用戶不僅可以調 整圖像輪廓簡化度和相似度，還可以自定義多邊形區(qū)域的填充顏色，因此能夠產生非常 生動的卡通畫效果。
為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術方案 一種對圖像進行卡通化處理的 方法，處理的對象包括圖和視頻，該方法包括以下過程
(1) 圖像分階將圖像轉換為灰度圖，然后將灰度圖按階數分階；
(2) 輪廓査找査找圖片的輪廓采用封閉的輪廓査找方式，找到的點要從參考圖中 刪除，在查找輪廓時，對于內輪廓，要找到其對應的外輪廓；
(3) 輪廓簡化簡化輪廓的過程是一個遞歸的過程，采用簡化條件與相似度參數有 關的方法進行；
(4) 多邊形填充對圖像區(qū)域進行填充顏色，原始圖像上被填充區(qū)域所包含的所有 點的顏色取均值作為填充色；
(5) 反走樣利用巻積器實現反走樣效果。 該方法過程的具體作法是-
(1)圖像分階
圖像分階按照階數將圖像轉換為灰度圖，首先將圖像轉換為灰度圖，灰度取R/G/B分量的平均值，為看最終能夠產生大色塊的卡通效果，按階數將灰度圖分階，每階用一種 灰度值表示；
(2) 輪廓査找
輪廓査找采用的是封閉的輪廓査找方法。主要包括以下步驟
1) 去除(1)中得到的灰度圖的噪聲點，采用一個低通濾波器實現，結果記為S1;
2) 產生圖像輪廓，對S1做一次巻積，將其中結果不為0的點都賦值為255，結果記 為S2;
3) 對S1中的每個點為起點，在S2中做封閉的輪廓査找，查找到的輪廓記錄下來并 從S2中刪除，輪廓查找采用的8連通區(qū)域查找方式，找到輪廓之后要判斷該輪廓是否為 內輪廓，如果是內輪廓，需要找到包含該內輪廓的外輪廓，并做標志；
(3) 輪廓簡化
首先取一段線段，該線段的長度與簡化度參數相關，記這根線段為L，取距離L最遠 的點，根據相似度參數決定是否取此點作為新輪廓上的點，具體的可以描述為
1) 當相似度參數為l時，只保留線段的起點和終點，這是相似度最小的一種方式；
2) 當相似度參數為2時，只保留銳角和直角點；
3) 當相似度參數為3時，保留角點；
依此類推，直到沒有可保留的點時終止遞歸過程，得到新的輪廓； (4)多邊形填充
在步驟(3)中，保留下來的點組成了一個個多邊形，對這些多邊形進行填充，具體 可以描述為-
1) 得到填充色填充色取自于原始圖像，取被填充區(qū)域內顏色的均值作為填充色；
2) 填充顏色用l)中得到的填充色對多邊形進行填充； (5) 二次填充
由于填充的是那些查找到的輪廓內部，因此還需要對輪廓外部進行填充，完成整張圖 的顏色填充，二次填充只要重復(1) 一 (4)的處理即可，不同是在做封閉輪廓査找的 時候用的是4連通區(qū)域查找的方法； (7)反走樣處理
對步驟(5)中得到的結果做一次模糊化，使之產生反走樣的效果。 對圖像進行卡通化處理的方法中，可在一開始就一次性的給算法分配一個大空間，在
做輪廓處理的時候就在這個大空間里面進行，卡通化完成之后再釋放掉這個大空間，提
高算法執(zhí)行效率，實現算法的優(yōu)化。
對視頻進行卡通化處理時，通過對視頻每一幀的卡通化處理來實現整個視頻的卡通化。 本發(fā)明上述方法過程中所涉及的硬件單元如去色器、分階器、低通濾波器、巻積器等，
均為現有技術，它們的結構及連接關系本文不再敘述。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果
使用本發(fā)明提出的方法，能夠使圖像和視頻具有卡通的效果； 該方法能夠識別并放大圖像或視頻中的人物、場景等的顯著特征；該方法能夠由用戶自定義多邊形的填充顏色，與原圖的相似程度以及簡化程度?？?以產生自定義的卡通效果；
該方法在簡化輪廓的過程中保留了原圖像的特征； 由于有了硬件的支持和算法的改進，執(zhí)行效率得到了提高，能夠實現對視頻的實時的卡 通化處理。


圖l是本發(fā)明方法的流程圖2是本發(fā)明方法流程中的硬件；
圖3是本發(fā)明方法的輪廓簡化示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明卡通化效果實現的硬件環(huán)境為Marvell PXA320(M0NAHANS) Solution Board (MV320-LCD)，軟件環(huán)境為版本為2. 6. 14的Linux環(huán)境。
參看圖l、 2， (1)首先通過圖像分階對原始圖像進行圖像分析，將圖像轉換為灰度 圖，然后將灰度圖按指定的階數分階。在將圖像轉換為灰度圖時，本發(fā)明采用的是取均 值的方法，相應的a=b=c=l/3。分階時的階數由用戶指定。階數越大，結果圖片中的色 彩越豐富?；叶葓D轉換是基于像素點的紅(以下用R表示)，綠(以下用G表示)，藍(以 下用B表示)分量而進行的。在灰度圖轉換過程中，對于每個像素點符合以下公式 I=aR+bG+cB。其中I是灰度；R/G/B分別是像素點的R/G/B分量；a/b/c參數調整各分量 在結果中占的比重，a+b+c=l。分階是為了實現大色塊的卡通畫效果，按特定的階數將灰 度圖分階，每一階數用一種灰度值表示。對于每個像素點，其公式為L = floor(256 / 1)， 12 = floor(Il / L) * L。其中floor表示對結果取整數部分；1為階數；II為該 像素點的原灰度值；12為該像素點的新灰度值。
(2)輪廓查找是要查找圖像中的封閉輪廓，首先進行灰度圖去噪，利用低通濾波器 去除(1)中所得到的灰度圖中的噪聲點，結果圖像記為Sl;然后用巻積器對Sl進行 巻積處理，將其中結果不為0的點賦值為255，結果圖像記為S2， S2顯示的就是輪廓圖； 取S1中的每個像素點為起點，在S2中查找封閉輪廓，將査找到的輪廓點記錄下來并從 S2中刪除。輪廓查找采用8連通區(qū)域査找方式，找到輪廓之后要判斷該輪廓是否為內輪 廓，如果是內輪廓，需要找到包含該內輪廓的外輪廓，并做標記，產生最后的圖像輪廓。 (3)輪廓簡化首先取要簡化輪廓上的一部分，該部分的長度由輪廓簡化度參數決定。連 接這段輪廓的起點和終點形成線段L。其基本規(guī)則是找到輪廓上距離線段L最遠的點， 根據輪廓的相似度參數判斷該點是否可以作為簡化輪廓上的點，若可以就添加到簡化輪 廓上并進一步簡化。由于簡化度參數的不同，判斷一個點是否屬于簡化輪廓的條件也有 不同。圖3給出了對(2)中找到的輪廓進行簡化的示意圖。輪廓簡化過程是一個遞歸的 過程。首先取要簡化輪廓上的一部分，該部分的長度由用戶輸入的輪廓簡化度參數決定， 在圖3中，取的是P0-P7這8個點。連接起點P0和終點P7形成線段L。找出該部分輪 廓上距離起點最遠的點P6，將該點分別與起點和終點連接，形成線段L1， L2。 0為L1 與L2的夾角。然后根據相似度參數判斷原輪廓上距起點最遠的點是否為簡化輪廓上的 點，在圖2中就是判斷P6是否為簡化輪廓上的點。具體描述為
6當相似度參數為1時，只保留該部分輪廓的起點和終點，這是相似度最小的一種方式。 在圖3中，就是只取P0和P7作為簡化輪廓上的點；
當相似度參數為2時，除保留起點和終點外還保留輪廓上的銳角點和直角點。以圖3 為例，即以L為直徑作圓(圖3中標記為C0的圓)，如果P6落在圓外或者圓上，就保留 下來作為新輪廓上的點，反之不保留。在圖3中，P6可以作為簡化輪廓上的點被保留；
當相似度參數為3時，除保留起點和終點外還保留角點。同樣，以L的中點為圓心，L 長度的一半為直徑作圓(圖3中標記為C1的圓)，落在圓外或者圓上的點就保留下來作 為簡化輪廓上的點，反之不保留。在圖3中，P6可以作為簡化輪廓上的點被保留。
以上是第一步簡化的過程，對L1和L2做同樣的判斷，找到可保留的點，以此類推， 直到沒有可保留的點時終止遞歸過程，得到簡化輪廓。 (4)輪廓簡化后保留下來的點組成了一個個多邊形，多邊形填充就是要對這些多邊形進
行顏色填充，具體描述如下首先得到填充色取被填充區(qū)域內所包含點的顏色的均值 作為填充色；然后進行多邊形填充用得到的填充色對多邊形區(qū)域進行填充；最后進行 二次填充到此為止填充的都是圖像輪廓的內部區(qū)域，還需要對輪廓外部區(qū)域進行二次 填充，從而完成整張圖的顏色填充。二次填充只要重復(1) - (4)的處理過程即可， 唯一不同的是在做封閉輪廓査找的時候用的是4連通區(qū)域査找的方法。
(5)反走樣處理是為了平滑結果的，它用一個巻積器對步驟(4)中得到的結果做一 次模糊化，使之產生反走樣的效果。
以上方法，通過對細節(jié)的簡化，特征的夸大，以及大色塊的應用，原圖中的真實場 景轉換為一種卡通畫的效果。本發(fā)明方法除了用硬件保證實時性，我們還改進算法來提 高效率。在輪廓查找過程中，為每個查找到的輪廓點單獨分配空間，然后釋放空間的方 法會影響算法的執(zhí)行效率。本發(fā)明在開始查找輪廓的時候就一次性地分配出一塊充足的 內存空間，輪廓查找就可以在這塊特定的內存空間中進行，等查找結束后再釋放掉這塊 空間，這樣的做法可提高實時性。
當處理的是視頻時，還需要在硬件裝置前加上模數轉換器將模擬信號轉化成數字信號 輸入卡通化處理裝置，在硬件裝置后加上數模轉換器將卡通化處理裝置中的數字信號轉 換為模擬信號輸出，實現對視頻每一幀的實時處理。
權利要求
1、一種對圖像和視頻進行卡通化處理的方法，，該方法包括以下過程(1)圖像分階將圖像轉換為灰度圖，然后將灰度圖按階數分階；(2)輪廓查找查找圖片的輪廓采用封閉的輪廓查找方式，找到的點要從參考圖中刪除，在查找輪廓時，對于內輪廓，要找到其對應的外輪廓；(3)輪廓簡化簡化輪廓的過程是一個遞歸的過程，采用簡化條件與相似度參數有關的方法進行；(4)多邊形填充對圖像區(qū)域進行填充顏色，原始圖像上被填充區(qū)域所包含的所有點的顏色取均值作為填充色；(5)反走樣利用卷積器實現反走樣效果。
2、 根據權利要求1所述對圖像和視頻進行卡通化處理的方法，其特征是該方法過程的 具體作法是(1) 圖像分階圖像分階按照階數將圖像轉換為灰度圖，首先將圖像轉換為灰度圖，灰度取R/G/B分量的平均值，為看最終能夠產生大色塊的卡通效果，按階數將灰度圖分階，每階用一種灰度值表示；(2) 輪廓查找輪廓査找采用的是封閉的輪廓査找方法。主要包括以下步驟1) 去除(1)中得到的灰度圖的噪聲點，采用一個低通濾波器實現，結果記為S1;2) 產生圖像輪廓，對S1做一次巻積，將其中結果不為0的點都賦值為255，結果記為S2;3) 對S1中的每個點為起點，在S2中做封閉的輪廓査找，查找到的輪廓記錄下來并 從S2中刪除，輪廓查找采用的8連通區(qū)域査找方式，找到輪廓之后要判斷該輪廓是否為 內輪廓，如果是內輪廓，需要找到包含該內輪廓的外輪廓，并做標志；(3) 輪廓簡化首先取一段線段，該線段的長度與簡化度參數相關，記這根線段為L，取距離L最遠 的點，根據相似度參數決定是否取此點作為新輪廓上的點，具體的可以描述為1) 當相似度參數為l時，只保留線段的起點和終點，這是相似度最小的一種方式；2) 當相似度參數為2時，只保留銳角和直角點；3) 當相似度參數為3時，保留角點；依此類推，直到沒有可保留的點時終止遞歸過程，得到新的輪廓；(4) 多邊形填充在步驟(3)中，保留下來的點組成了一個個多邊形，對這些多邊形進行填充，具體 可以描述為1) 得到填充色填充色取自于原始圖像，取被填充區(qū)域內顏色的均值作為填充色；2) 填充顏色用l)中得到的填充色對多邊形進行填充；(5) 二次填充由于填充的是那些查找到的輪廓內部，因此還需要對輪廓外部進行填充，完成整張圖 的顏色填充，二次填充只要重復(1) 一 (4)的處理即可，不同是在做封閉輪廓査找的 時候用的是4連通區(qū)域査找的方法；(6) 反走樣處理對步驟(5)中得到的結果做一次模糊化，使之產生反走樣的效果。
3、 根據權利要求2所述對對圖像和視頻進行卡通化處理的方法，其特征是在一開始就一次性的給算法分配一個大空間，在做輪廓處理的時候就在這個大空間里面進行，卡通 化完成之后再釋放掉這個大空間，提高算法執(zhí)行效率，實現算法的優(yōu)化。
4、 根據權利要求1或2或3所述對圖像和視頻進行卡通化處理的方法，其特征是當對 視頻進行卡通化處理時，通過對視頻每一幀的卡通化處理來實現整個視頻的卡通化。
全文摘要
一種對圖像和視頻進行卡通化處理的方法，包括以下過程(1)圖像分階將圖像轉換為灰度圖，然后將灰度圖按階數分階；(2)輪廓查找查找圖片的輪廓采用封閉的輪廓查找方式，找到的點要從參考圖中刪除，在查找輪廓時，對于內輪廓，要找到其對應的外輪廓；(3)輪廓簡化簡化輪廓的過程是一個遞歸的過程，采用簡化條件與相似度參數有關的方法進行；(4)多邊形填充對圖像區(qū)域進行填充顏色，原始圖像上被填充區(qū)域所包含的所有點的顏色取均值作為填充色；(5)反走樣利用卷積器實現反走樣效果。經過上述過程的處理，圖像和視頻可以具有生動、豐富的卡通效果。
文檔編號G06T13/00GK101458821SQ20081024385
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權日2008年12月9日
發(fā)明者磊 萬, 崔秀芬, 健 徐, 璐 葛, 勇 黃 申請人:三星電子(中國)研發(fā)中心;三星電子株式會社