專利名稱：面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的卡通風(fēng)格化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)的多媒體處理技術(shù)，特別是涉及一種面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的 卡通風(fēng)格化方法。
背景技術(shù)：
目前，各種風(fēng)格化特效被應(yīng)用到在線視頻聊天場(chǎng)合，增強(qiáng)娛樂(lè)效果或者改
變自己的形象。這樣的特效在微軟的MSNMessenger、羅技的USB攝像頭驅(qū)動(dòng) 當(dāng)中己經(jīng)有了一些實(shí)現(xiàn)。把現(xiàn)實(shí)抽象為卡通、動(dòng)漫風(fēng)格的方法是風(fēng)格化系統(tǒng)之 一，通常被稱為卡通風(fēng)格化。最近它吸引了廣泛的關(guān)注。
卡通風(fēng)格化系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合分為兩類， 一類是處理靜態(tài)圖片的卡通風(fēng)格化 系統(tǒng)，另一類是處理視頻的卡通風(fēng)格化系統(tǒng)。對(duì)于傳統(tǒng)的處理靜態(tài)圖片的卡通 風(fēng)格化系統(tǒng)而言，它們對(duì)實(shí)時(shí)性的要求很低，因此它們不適合對(duì)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí) 處理。而對(duì)于以往的處理視頻的卡通風(fēng)格化系統(tǒng)而言，存在兩個(gè)問(wèn)題。 一個(gè)是 運(yùn)行速度仍然較慢，不適合在線視頻聊天等實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用；另一個(gè)是 由于連續(xù)幀的邊緣檢測(cè)結(jié)果差異較大，造成視覺(jué)效果不理想。
如前所述，由于在線視頻聊天對(duì)卡通風(fēng)格化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了更高的要 求，因此需要針對(duì)圖像進(jìn)行邊緣銳化、邊緣檢測(cè)和量化等處理進(jìn)行改進(jìn)，從而 獲得更快的速度和更好的視覺(jué)效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決圖像進(jìn)行邊緣銳化、邊緣檢測(cè)和量化處理等問(wèn)題，本發(fā)明的目的 在于提供一種面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的卡通風(fēng)格化方法。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
(1 )利用迭代雙向?yàn)V波對(duì)圖像進(jìn)行邊緣銳化處理；
(2) 在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上，使用高斯一拉普拉斯方法的實(shí)時(shí)化實(shí)現(xiàn) 進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以獲得素描效果；
(3) 在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上進(jìn)行量化，以獲得油畫(huà)效果；
(4) 將邊緣檢測(cè)和顏色量化的結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，以獲得卡通化效果。 本發(fā)明具有的有益效果是
首先，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的邊緣檢測(cè)算法速度快，而且在連續(xù)幀中的視覺(jué)效果超過(guò) 了其他使用固定閾值的邊緣檢測(cè)方法，比如Canny算子。其次，在編碼過(guò)程中
4分離，從而提高了編碼效率，降低碼率。最后，基于實(shí) 時(shí)視頻風(fēng)格化，本發(fā)明適合于高實(shí)時(shí)性要求的應(yīng)用。
在視頻風(fēng)格化的過(guò)程中，邊緣檢測(cè)是計(jì)算復(fù)雜度最高的部分。在這一步驟 中，本發(fā)明過(guò)程采用了基于高斯一拉普拉斯的改進(jìn)方法。除了更快的邊緣檢測(cè) 方法，本發(fā)明在延長(zhǎng)非線性擴(kuò)散和顏色量化過(guò)程中采用查表的方式來(lái)獲得濾波 系數(shù)和量化值。該處理方式可以避免為每一個(gè)像素計(jì)算高斯方程，從而進(jìn)一步 加快整個(gè)風(fēng)格化方法的速度。


附圖是本發(fā)明的處理效果圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括以下四大步驟，如附圖所示
(1 )利用迭代雙向?yàn)V波對(duì)圖像進(jìn)行邊緣銳化處理；
(2) 在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上，使用高斯一拉普拉斯方法的實(shí)時(shí)化實(shí)現(xiàn) 進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以獲得素描效果；
(3) 在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上進(jìn)行量化，以獲得油畫(huà)效果；
(4) 將邊緣檢測(cè)和顏色量化的結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，以獲得卡通化效果。 具體步驟如下
l.圖像內(nèi)對(duì)比度較高的邊緣區(qū)域被銳化，而對(duì)比度較低的區(qū)域被平滑；在一 維空間上，雙向?yàn)V波可以用以下公式來(lái)表示
其中;c。是中心點(diǎn)p。的縱坐標(biāo)或者橫坐標(biāo)，；c是中心點(diǎn)周?chē)鸀V波窗口內(nèi)點(diǎn)的縱坐標(biāo) 或者橫坐標(biāo)，s是中心點(diǎn)到濾波窗口邊緣的距離，/(p。)是;7。的灰度值，r。是p。的 濾波結(jié)果；/(;c，;c。)是A周?chē)碾p向?yàn)V波器，定義為
/0, &) = gs (x - A, ) g, (- 〃 A), ^) (2) 其中 和q是雙向?yàn)V波的空間和音調(diào)比例；
&和g,是重要的空間和音調(diào)權(quán)重系數(shù)，由高斯方程定義為-
i 丄
沐力=~^= (3)
一維雙向?yàn)V波被應(yīng)用到第一維空間上；中間結(jié)果在第二維空間上進(jìn)行濾波， 這樣可以大大降低計(jì)算復(fù)雜度。
考慮到公式(1)和(2)中的參數(shù)，輸入?yún)?shù)的定義域?yàn)?lt;formula>formula see original document page 6</formula>濾波窗口大小被設(shè)置為9x9;因此初始化一個(gè)二維數(shù)組，其中根據(jù)輸入?yún)?shù) 保存了所有可能的相應(yīng)濾波結(jié)果；數(shù)組的大小為4x256;然后對(duì)圖像進(jìn)行濾波操 作的時(shí)候只需要獲取數(shù)組中第卜-;c。I行、第1/(p) -列的數(shù)據(jù)。
2.利用了高斯一拉普拉斯方程的循環(huán)對(duì)稱特性，使得査詢表的大小控制在可 接受的范圍內(nèi)；
離散高斯一拉普拉斯掩碼定義為
<formula>formula see original document page 6</formula>其中A要使得掩碼系數(shù)的和接近于O，即A滿足
<formula>formula see original document page 6</formula>:c=--y=--
由于高斯一拉普拉斯方程"循^對(duì)稱特性，掩碼的系數(shù)數(shù)組可以用表1來(lái)表
示；w。代表高斯一拉普拉斯掩碼數(shù)值；該數(shù)組的大小為
r《《—1) + ... + 1)=(屈)8(屈) (7)
因此高斯一拉普拉斯掩碼的查詢表可以表示為
ZUT[/][;'] = W(/)xy (8)
其中z'是掩碼的位置，J'是要進(jìn)行高斯一拉普拉斯掩碼的點(diǎn)的灰度值。/和_/的
定義域可以表示為<formula>formula see original document page 6</formula>3. 對(duì)傳統(tǒng)量化方法進(jìn)行了速度上的提升。量化方程定義為
2(A)) = + , tanh(^ (/(; q )-《cteert) (10)
其中^^是最接近于A灰度值的量化邊緣，A《是量化寬度，^是控制邊緣尖銳 程度的參數(shù)；
與雙向?yàn)V波類似，量化方程唯一的參數(shù)是/(^。)；定義域?yàn)?br> 0,0)^255 (11)
因此初始化一個(gè)一維數(shù)組來(lái)保存所有可能的量化結(jié)果；這個(gè)數(shù)組的大小為 256;通過(guò)簡(jiǎn)單獲取數(shù)組中第/(^個(gè)值來(lái)立即獲得點(diǎn)p。的量化值。
4. 對(duì)2和3的處理結(jié)果進(jìn)行結(jié)合邊緣檢測(cè)為存在邊緣的位置，則取像素點(diǎn) 的值為0;否則取像素點(diǎn)的值為顏色量化結(jié)果的值。
權(quán)利要求
1.一種面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的卡通風(fēng)格化方法，其特征在于(1)利用迭代雙向?yàn)V波對(duì)圖像進(jìn)行邊緣銳化處理；(2)在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上，使用高斯-拉普拉斯方法的實(shí)時(shí)化實(shí)現(xiàn)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以獲得素描效果；(3)在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上進(jìn)行量化，以獲得油畫(huà)效果；(4)將邊緣檢測(cè)和顏色量化的結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，以獲得卡通化效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的卡通風(fēng)格化方法，其特征在于所述步驟(l)中圖像內(nèi)對(duì)比度高的邊緣區(qū)域被銳化，而對(duì)比度低的區(qū)域被平滑；在一維空間上，雙向?yàn)V波用以下公式來(lái)表示-S /(Uo)'/(; o)〃 、 (1)其中x。是中心點(diǎn)p。的縱坐標(biāo)或者橫坐標(biāo)，x是中心點(diǎn)周?chē)鸀V波窗口內(nèi)點(diǎn) 的縱坐標(biāo)或者橫坐標(biāo)，S是中心點(diǎn)到濾波窗口邊緣的距離，/(p。)是A的灰度值， r。是p。的濾波結(jié)果；/(x，x。)是A周?chē)碾p向?yàn)V波器，定義為/(x, x。 ) = g, (x - x0, cr) g, (/(p) - ), ) (2) 其中 和巧是雙向?yàn)V波的空間和音調(diào)比例； g,和&是重要的空間和音調(diào)權(quán)重系數(shù)，由高斯方程定義為抓07)=^=一 (3)一維雙向?yàn)V波被應(yīng)用到第一維空間上；中間結(jié)果在第二維空間上進(jìn)行濾波， 這樣能大大降低計(jì)算復(fù)雜度；考慮到公式(1)和(2)中的參數(shù)，輸入?yún)?shù)的定義域?yàn)?卜 (4)濾波窗口大小被設(shè)置為9x9;因此初始化一個(gè)二維數(shù)組，其中根據(jù)輸入?yún)?shù) 保存了所有可能的相應(yīng)濾波結(jié)果；數(shù)組的大小為4x256;然后對(duì)圖像進(jìn)行濾波操 作的時(shí)候只需要獲取數(shù)組中第l;c-x。l行、第|/(/7)-/(/7。)l列的數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的卡通風(fēng)格化方法，其特 征在于所述步驟(2)中利用了高斯一拉普拉斯方程的循環(huán)對(duì)稱特性，使得查詢 表的大小控制在可接受的范圍內(nèi)；離散高斯一拉普拉斯掩碼定義為<formula>formula see original document page 3</formula> 其中t要使得掩碼系數(shù)的和接近于O，即A滿足<formula>formula see original document page 3</formula>由于高斯一拉普拉斯方程的循環(huán)對(duì)稱特性，掩碼的系數(shù)數(shù)組可以用表1來(lái)表示；w(O代表高斯一拉普拉斯掩碼數(shù)值；該數(shù)組的大小為<formula>formula see original document page 3</formula> 因此高斯_拉普拉斯掩碼的查詢表可以表示為<formula>formula see original document page 3</formula>其中/是表l中所示掩碼的位置，y是要進(jìn)行高斯一拉普拉斯掩碼的點(diǎn)的灰度值。/和y的定義域可以表示為<formula>formula see original document page 3</formula>
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的卡通風(fēng)格化方法，其特 征在于所述步驟(3)中的量化方法進(jìn)行了速度上的提升。量化方程定義為<formula>formula see original document page 3</formula>其中&自是最接近于A灰度值的量化邊緣，A《是量化寬度，^是控制邊緣尖銳 禾呈度的參數(shù).與^向k波類似，量化方程唯一的參數(shù)是/(a);定義域?yàn)閌0,0)2 255 (11)因此初始化一個(gè)一維數(shù)組來(lái)保存所有可能的量化結(jié)果；這個(gè)數(shù)組的大小為 256;通過(guò)簡(jiǎn)單獲取數(shù)組中第/(^。)個(gè)值來(lái)立即獲得點(diǎn)a的量化值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種面向在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的卡通風(fēng)格化方法。該方法的步驟如下利用迭代雙向?yàn)V波對(duì)圖像進(jìn)行邊緣銳化處理；在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上，使用高斯-拉普拉斯方法的實(shí)時(shí)化實(shí)現(xiàn)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以獲得素描效果；在迭代雙向?yàn)V波的處理結(jié)果上進(jìn)行量化，以獲得油畫(huà)效果；將邊緣檢測(cè)和量化的結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，以獲得卡通化效果。本發(fā)明與傳統(tǒng)方法相比，能獲得更快的速度和更好的視覺(jué)效果，在視頻聊天、游戲等實(shí)時(shí)性要求很高的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)人臉和景物都獲得了良好的效果，并且擴(kuò)展了視頻卡通風(fēng)格化的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06T13/00GK101540055SQ200910097640
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者毅 劉, 卜佳俊, 智 楊, 洪朝群, 純 陳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)