本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于人臉照片生成個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖的方法。

背景技術(shù)：

似顏繪是通過(guò)繪畫的方式，將真人的相貌和心情結(jié)合起來(lái)，在紙上畫出接近真人的頭像。似顏繪最初起源于歐洲，傳到日本后，結(jié)合日本的浮世繪演變而來(lái)，似顏繪在日本非常流行，更廣泛的被用于指具有諷刺意味的肖像漫畫。以漫畫形式表現(xiàn)的似顏繪正作為一種新興的潮流事物發(fā)展起來(lái)。影視明星陳小春的似顏繪如圖1所示。

一般而言，現(xiàn)有的似顏繪都需要專門的畫師通過(guò)手繪的形式來(lái)制作，而進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)快消時(shí)代以來(lái)，通過(guò)程序和算法來(lái)生成似顏繪的形式日益豐富，其中包括似顏繪的一個(gè)分支，即將真人照片與卡通圖像結(jié)合，以達(dá)到個(gè)性表達(dá)的目的。巴薩球星真人照片與卡通圖像結(jié)合的似顏繪如圖2所示。

目前真人照片和卡通圖像的結(jié)合存在許多問(wèn)題，如可選素材少，素材組合自由度低；臉部輪廓截取不精確；不支持頭像的位移與旋轉(zhuǎn)；生成速度慢；無(wú)法生成動(dòng)態(tài)圖片；圖像質(zhì)量低等等。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種基于人臉照片生成個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖的方法，實(shí)現(xiàn)精確快速地選取和生成卡通動(dòng)態(tài)圖圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何基于人臉照片實(shí)現(xiàn)精確快速地選取和生成卡通動(dòng)態(tài)圖圖像。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于人臉照片生成個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖的方法，包括以下步驟：

步驟1、在畫布上建立一個(gè)坐標(biāo)系；

步驟2、將所述人臉照片和卡通圖像放置在不同的圖層；

步驟3、采用蒙版方式提取最佳人臉輪廓；

步驟4、采用逐行掃描方式生成背景透明的靜態(tài)所述最佳人臉輪廓；

步驟5、采用幀拼接方式生成個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖。

進(jìn)一步地，所述坐標(biāo)系為640*640。

進(jìn)一步地，所述幀拼接的幀數(shù)為6幀。

進(jìn)一步地，所述蒙版方式提取還包括移動(dòng)、縮放和旋轉(zhuǎn)操作。

進(jìn)一步地，所述逐行掃描方式具體為：

步驟3.1、將蒙版每一行描述為包含若干起始和結(jié)束點(diǎn)的點(diǎn)集；

步驟3.2、從所述最佳人臉輪廓的底部開始往上掃描，如果第1行全部為透明像素，則描述為(1,N)，代表第一行從第1個(gè)像素到第N個(gè)像素全部置為透明；

步驟3.3、以此類推，如果第N行從第1個(gè)像素到第X個(gè)像素為透明，第X個(gè)像素到第Y個(gè)像素為蒙版區(qū)域，第Y個(gè)像素到第Z個(gè)像素為透明，則該行描述為(1,X),(Y,Z)；

步驟3.4、根據(jù)蒙版的逐行掃描描述，將所述最佳人臉輪廓從底部開始往上：第1行全部置為透明像素，第N行從第1個(gè)像素開始到第X個(gè)像素置為透明，第Y個(gè)像素到第Z個(gè)像素置為透明；

步驟3.5、置換后最終圖像就是要截取的所述最佳人臉輪廓。

進(jìn)一步地，所述幀拼接具體為：

步驟5.1、在卡通素材的第1幀，將所述人臉照片中心點(diǎn)擺放在(X1,Y1)坐標(biāo)位置，放大P1倍，并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)Q1度；

步驟5.2、在卡通素材的其他幀做相同的變換，所述X、Y、P、Q的值不完全相同；

步驟5.3、將全部幀按照順序進(jìn)行輪播，輸出所述個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖。

進(jìn)一步地，所述蒙版包含不同性別、臉型和發(fā)型。

進(jìn)一步地，所述幀拼接的幀圖像和幀拼接的方法存儲(chǔ)于服務(wù)端。

進(jìn)一步地，所述步驟5.3中，所述輪播的幀切換間隔按照動(dòng)作幅度設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述幀切換間隔為0.1～0.5秒。

本發(fā)明所述的基于人臉照片生成個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖的方法，能夠取得更豐富的卡通素材選取空間和組合方式；能夠截取更精準(zhǔn)的臉部輪廓，消除殘缺和多余截??；能夠通過(guò)頭像的位移和旋轉(zhuǎn)達(dá)到更生動(dòng)的表達(dá)；能夠具有更快的生成速度；能夠支持動(dòng)態(tài)卡通圖像的生成而且清晰度支持高分屏手機(jī)不失真。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說(shuō)明

圖1是影視明星陳小春似顏繪；

圖2是影視明星劉德華真人照片與卡通圖像結(jié)合版似顏繪；

圖3是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的采用遮罩蒙版圖層示例；

圖5是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的各種遮罩模板；

圖6是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的人臉照片與遮罩圖層的最佳匹配示例。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所示技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。可以理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明，而非對(duì)該發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。在不沖突的情況下，本發(fā)明申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

圖3是本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。本實(shí)施例主要以該方法應(yīng)用于具有一定運(yùn)算能力及拍照或存儲(chǔ)功能的終端中來(lái)舉例說(shuō)明，該終端可以包括但不限于智能手機(jī)、平板電腦、電子書閱讀器、MP3播放器(Moving Picture Experts Group Audio Layer III，動(dòng)態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面3)、MP4(Moving Picture Experts Group Audio Layer IV，動(dòng)態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面4)播放器、膝上型便攜計(jì)算機(jī)和臺(tái)式計(jì)算機(jī)等等。

傳統(tǒng)的畫師在繪制似顏繪的過(guò)程中都需要一個(gè)畫板和畫紙，而在數(shù)字生成的領(lǐng)域，我們稱這個(gè)畫紙為“畫布”，任何圖像都是由這個(gè)畫布上的像素點(diǎn)以一定的色值和透明度相組合而形成，要進(jìn)行任何的圖像生成，都需要在這個(gè)畫布上進(jìn)行處理。

如圖4所示，在畫布上建立一個(gè)坐標(biāo)系，本實(shí)施例以640*640的點(diǎn)陣為例。

將真人人臉照片和卡通圖層分別置于不同的圖層上，并將卡通圖層放置在真人人臉照片圖層之上，起到遮罩后疊加的作用。

普通拍攝的人像照片，因?yàn)榘碥|、四肢、背景等內(nèi)容，不適宜與卡通素材直接結(jié)合，本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法實(shí)現(xiàn)了遮罩截取的方式，通過(guò)提供數(shù)十種不同性別，臉型，發(fā)型的遮罩模板，如圖5所示，來(lái)從真人照片中截取最合適的人臉輪廓。

因真實(shí)照片的像素、尺寸、人臉大小、比例、以及角度等均存在差異，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，單純通過(guò)遮罩有可能選出過(guò)大、過(guò)小、過(guò)偏的人臉輪廓，因此本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法在遮罩的基礎(chǔ)上額外提供旋轉(zhuǎn)、平移與縮放，如圖6所示，以達(dá)到最佳臉部輪廓選取的目的。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們只需要用到遮罩圖層以內(nèi)的部分，而將遮罩圖層以外的部分全部置為透明像素，因人臉照片為位圖，一般傳統(tǒng)的算法是采用蒙版矩陣的方式：

1.將蒙版描述為一個(gè)二維矩陣，包含640*640個(gè)數(shù)值。

2.根據(jù)蒙版的輪廓，將每個(gè)數(shù)值置為0或1，即蒙版以內(nèi)為1，蒙版以外為0。

3.將真實(shí)人臉照片的每個(gè)點(diǎn)的alpha(透明度)值乘以該二維矩陣對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

4.最終圖像就是需要截取的人臉輪廓。

上述傳統(tǒng)算法對(duì)于每一個(gè)蒙版，需要的存儲(chǔ)空間比較大，每個(gè)蒙版的數(shù)值矩陣需要幾百千字節(jié)的存儲(chǔ)空間，而且每次截取操作都需要做數(shù)十萬(wàn)次取值和乘法運(yùn)算，存 儲(chǔ)和運(yùn)算效率均比較低下，本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法采用了一種改進(jìn)型的“逐行掃描算法”：

1.將蒙版每一行描述為包含若干起始和結(jié)束點(diǎn)的點(diǎn)集，一共是640個(gè)點(diǎn)集。

2.從底部開始往上掃描，如果第1行全部為透明像素，則描述為(1,640)，代表第一行從第1個(gè)像素到第640個(gè)像素全部置為透明。

3.以此類推，如果第N行從第1個(gè)像素到第X個(gè)像素為透明，第X個(gè)像素到第Y個(gè)像素為蒙版區(qū)域，第Y個(gè)像素到第Z個(gè)像素為透明，則該行描述為(1,X),(Y,Z)。

4.根據(jù)蒙版的逐行掃描描述，將真實(shí)人臉照片從底部開始往上：第1行全部置為透明像素，第N行從第1個(gè)像素開始到第X個(gè)像素置為透明，第Y個(gè)像素到第Z個(gè)像素置為透明。

5.置換后最終圖像就是要截取的人臉輪廓。

上述逐行掃描算法將640*640的二維矩陣描述為一個(gè)640行的點(diǎn)陣，將離散型的大量運(yùn)算縮減為批量操作型的少量運(yùn)算，大大的提高了存儲(chǔ)效率和運(yùn)算效率。

任何動(dòng)畫要表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)或變化，至少前后要給出兩個(gè)不同的關(guān)鍵狀態(tài)，而中間狀態(tài)的變化和銜接電腦可以自動(dòng)完成，在動(dòng)畫中，表示關(guān)鍵狀態(tài)的幀動(dòng)畫叫做關(guān)鍵幀動(dòng)畫,所謂關(guān)鍵幀動(dòng)畫，就是給需要?jiǎng)赢嬓Ч膶傩?，?zhǔn)備一組與時(shí)間相關(guān)的值，這些值都是在動(dòng)畫序列中比較關(guān)鍵的幀中提取出來(lái)的，而其他時(shí)間幀中的值，可以用這些關(guān)鍵值，采用特定的插值方法計(jì)算得到，從而達(dá)到比較流暢的動(dòng)畫效果。

在實(shí)際應(yīng)用中，幀數(shù)越多，則動(dòng)畫越流暢，但越難以從網(wǎng)絡(luò)加載；幀數(shù)越少，則動(dòng)畫越卡頓，但越容易從網(wǎng)絡(luò)加載。本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法采用6幀關(guān)鍵幀作為實(shí)現(xiàn)，經(jīng)試驗(yàn)，能在流暢性和網(wǎng)絡(luò)加載速度中達(dá)到最好的平衡。

動(dòng)畫加載所需要的時(shí)間比靜態(tài)圖片要長(zhǎng)，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，有時(shí)候只需要用到動(dòng)畫中的某一個(gè)幀作為預(yù)加載圖形，本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法采用“最佳展示幀”的方式，即對(duì)于每一個(gè)動(dòng)態(tài)圖片，都描述一個(gè)最佳展示幀。

“frame_info”:{

“total_frames”:6,

“best_frame”:3

}

前述獲取的經(jīng)過(guò)處理后的人臉照片，需要拼接到卡通素材里面最終生成個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖，而“幀拼接描述”就是本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法所采用的一種告訴計(jì)算機(jī)如何去拼接的計(jì)算機(jī)描述語(yǔ)言，在640*640坐標(biāo)系里面，該描述語(yǔ)言主要由位置、大小、旋轉(zhuǎn)角度所構(gòu)成，有了這些數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)就能像真人畫師一樣去自動(dòng)生成個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖了。一個(gè)典型的“幀拼接描述”如下：

“composition”:[{

“frame”:1,

“pos_x”:150,

“pos_y”:240,

“scale”:1.5,

“rotate”:90,

},{

“frame”:1,

“pos_x”:150,

“pos_y”:240,

“scale”:1.5,

“rotate”:90,

}]

在卡通素材的第1幀，將真人照片中心點(diǎn)擺放在(150,240)坐標(biāo)位置，放大1.5倍，并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度；在卡通素材的第2幀，將真人照片中心點(diǎn)擺放在(180,240)坐標(biāo)位置，放大1.2倍，并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度；在卡通素材的其他幀，直接疊合不做變換。通過(guò)幀拼接描述，原本在卡通動(dòng)態(tài)圖重頭一成不變的人臉，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，放大縮小，縮小等特效，使得最后出來(lái)的個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖更加生動(dòng)傳神。

傳統(tǒng)的生成技術(shù)，均在本地完成拼接與計(jì)算，而本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法革新性的將前述的卡通動(dòng)態(tài)圖的幀圖像以及與之對(duì)應(yīng)的“幀拼接描述”存儲(chǔ)于服務(wù)端，這樣做的優(yōu)勢(shì)是：在實(shí)際運(yùn)行中，可以實(shí)時(shí)的變換最終的個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖的效果，通過(guò)幀的變換可以實(shí)現(xiàn)色彩、內(nèi)容等的變換，而通過(guò)“幀拼接描述”的變化可以實(shí)現(xiàn)人臉動(dòng)作幅度、頻度、角度等的變換。

通過(guò)素材庫(kù)的擴(kuò)充，本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法可以實(shí)現(xiàn)最終個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖主題的變換，不僅真人照片不是一成不變，用以拼接的卡通素材也具備多樣性，技術(shù)使用者可以在不同主題間進(jìn)行選擇，比如可以給真人變換一套真人頭像加鋼鐵俠身體與背景的個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖，也可以變換一套真人頭像奧特曼身體與背景的個(gè)性卡通動(dòng)態(tài)圖，豐富多樣，按需選擇。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本發(fā)明所述的生成卡通人臉動(dòng)態(tài)圖的方法領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。