全連接引導(dǎo)的數(shù)字圖像濾波方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實施例涉及計算機圖形處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種全連接引導(dǎo)的數(shù)字 圖像濾波方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在計算機圖形學(xué)的應(yīng)用中，保邊濾波是一個必不可少的組件，因為它能夠在保持 圖像主要結(jié)構(gòu)(保邊)的情況下移除次要的細(xì)節(jié)(平滑）。處理這個問題的一個通常的方法是 將其變?yōu)樵趪@像素 i的一個顯式支撐域Ω i內(nèi)的加權(quán)平均
其中，Wij表示 j---1 加權(quán)核系數(shù)。該系數(shù)通過核函數(shù)計算得到的，可以理解為9:在加權(quán)平均計算口:的權(quán)重。qjP Pl分別表示在i點的輸入圖像和輸出圖像的顏色值。
[0003] 現(xiàn)有的保邊圖像濾波方法通常顯式地將濾波方法的支撐域選為一個矩形窗口，并 根據(jù)像素 i和的顏色相似性和空間相似性，或僅根據(jù)顏色相似性來計算出權(quán)重^。由 于最為相關(guān)的像素點所組成的集合的形狀是不規(guī)則的，則矩形窗口在圖像域中也就不能很 好地選出像素 i的最為相關(guān)的點。為了解決這個問題，人們設(shè)計了各種各樣的具有幾何自適 應(yīng)能力的顯式支撐域。不過，這些算法依然不能選取出所有的相關(guān)點。這個缺陷限制了這些 算法在表示狹長結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)上的能力，并進(jìn)而導(dǎo)致其在實際應(yīng)用中不能生成理 想的保邊平滑濾波結(jié)果。但是，顯式支撐域不能被輕易的移除，其原因在于：1、現(xiàn)有的一些 濾波方法沒有考慮空間相似性，長距離像素之間的無用連接關(guān)系只能靠局部支撐域來移 除；2、一些濾波方法的計算復(fù)雜性依賴于顯式支撐域的大小，所以要降低計算復(fù)雜性就必 須選取一個小的窗口。
[0004] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實施例的主要目的在于提供一種全連接引導(dǎo)的數(shù)字圖像濾波方法，其至少 部分地解決了如何提高保邊平滑效果的技術(shù)問題。此外，還提供一種全連接引導(dǎo)的數(shù)字圖 像濾波系統(tǒng)。
[0006 ]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了以下技術(shù)方案：
[0007] -種全連接引導(dǎo)的數(shù)字圖像濾波方法，至少可以包括：
[0008] 提取引導(dǎo)圖像的最小生成樹；
[0009] 在所述最小生成樹上確定出空間相似性權(quán)重；
[0010]根據(jù)所述空間相似性權(quán)重，在圖像域上計算出線性表示系數(shù)；
[0011] 利用所述線性表示系數(shù)和所述空間相似性權(quán)重，逐像素進(jìn)行加權(quán)平均。
[0012] 進(jìn)一步地，所述提取引導(dǎo)圖像的最小生成樹包括：
[0013] 根據(jù)所述引導(dǎo)圖像中像素和像素之間的四鄰接關(guān)系，形成所述引導(dǎo)圖像的圖表 示；
[0014] 利用最小生成樹提取算法，從所述引導(dǎo)圖像的圖表示中提取出所述最小生成樹。
[0015] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述引導(dǎo)圖像中像素和像素之間的四鄰接關(guān)系，形成所述引 導(dǎo)圖像的圖表示，具體包括：
[0016] 將所述引導(dǎo)圖像中的像素看成節(jié)點，根據(jù)所述像素和像素之間的四鄰接關(guān)系建立 節(jié)點與節(jié)點之間的邊的連接關(guān)系；
[0017] 度量鄰接兩個像素的空間相似性權(quán)重，并將所述權(quán)重值賦予連接所述兩個像素對 應(yīng)節(jié)點的邊，從而形成所述引導(dǎo)圖像的圖表示。
[0018] 進(jìn)一步地，所述在所述最小生成樹上確定出空間相似性權(quán)重具體包括：
[0019] 根據(jù)以下公式計算所述空間相似性權(quán)重：
[0020]
[0021] 其中，所述>4表示節(jié)點i和節(jié)點j之間的空間相似性權(quán)重;所述4表示所述最小 生成樹上節(jié)點i和節(jié)點j之間的樹距離;所述σ為調(diào)節(jié)相似性的常數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述空間相似性權(quán)重，在圖像域上計算出線性表示系數(shù)包括：
[0023] 對于 _]·ΕΩ，令
（x)=Ew(x2)_(E w(x))2;
[0024] 則節(jié)點i的線性表示系數(shù)α,1和 < 可以通過下式計算得出：
[0025]
[0026] 其中，所述Ω表示整個圖像域;所述j表示Ω中的任意節(jié)點；所述Ew(X)表示X在整 個圖像域Ω上的加權(quán)平均算子;所述^表示圖像X在節(jié)點j的像素;所述D w(x)表示X在整個圖 像域Ω上的加權(quán)方差;所述I表示引導(dǎo)圖像;所述q表示輸入圖像;所述ε為常數(shù)。
[0027] 進(jìn)一步地，所述Ew(x)的計算過程包括：
[0028]利用以下公式遍歷兩次最小生成樹：
[0029]
[0030]其中，所述vn、p(vn)均表示節(jié)點，且p(vn)表示v n的父節(jié)點;所述表示像素點 νη、ρ (νη)之間的邊的權(quán)重;所述Ρ (ν)表示節(jié)點ν的父節(jié)點;所述表示中間聚合結(jié)果。
[0031] 進(jìn)一步地，所述利用所述線性表示系數(shù)和所述空間相似性權(quán)重，逐像素進(jìn)行加權(quán) 平均包括：
[0032] 利用以下公式，逐像素進(jìn)行加權(quán)平均：
[0033]
[0034] 其中，所述Pi表示像素 i的濾波結(jié)果;所述, ) = 4，沉(％，/;)表示中 心像素 i的線性估計值;所述L表示像素 j的灰度值;所述表示引導(dǎo)圖像I在像素 i的灰度 值。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種全連接引導(dǎo)的數(shù)字圖像濾波系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)至少可以包括：
[0036] 提取模塊，用于提取引導(dǎo)圖像的最小生成樹；
[0037] 確定模塊，用于在所述最小生成樹上確定出空間相似性權(quán)重；
[0038] 計算模塊，用于根據(jù)所述空間相似性權(quán)重，在圖像域上計算出線性表示系數(shù)；
[0039] 加權(quán)平均模塊，用于利用所述線性表示系數(shù)和所述空間相似性權(quán)重，逐像素進(jìn)行 加權(quán)平均。
[0040] 進(jìn)一步地，所述提取模塊包括：
[0041] 處理模塊，用于根據(jù)所述引導(dǎo)圖像中像素和像素之間的四鄰接關(guān)系，形成所述引 導(dǎo)圖像的圖表示；
[0042] 提取子模塊，用于利用最小生成樹提取算法，從所述引導(dǎo)圖像的圖表示中提取出 所述最小生成樹。
[0043]進(jìn)一步地，所述處理模塊具體包括：
[0044] 建立模塊，用于將所述引導(dǎo)圖像中的像素看成節(jié)點，根據(jù)所述像素和像素之間的 四鄰接關(guān)系建立節(jié)點與節(jié)點之間的邊的連接關(guān)系；
[0045] 賦予模塊，用于度量鄰接兩個像素的空間相似性權(quán)重，并將所述權(quán)重值賦予連接 所述兩個像素對應(yīng)節(jié)點的邊，從而形成所述引導(dǎo)圖像的圖表示。
[0046] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案至少具有以下有益效果：
[0047] 本發(fā)明實施例通過提取引導(dǎo)圖像的最小生成樹，并在最小生成樹上確定出空間相 似性權(quán)重，再根據(jù)空間相似性權(quán)重，在圖像域上計算出線性表示系數(shù)，然后利用線性表示系 數(shù)和空間相似性權(quán)重，逐像素進(jìn)行加權(quán)平均，從而實現(xiàn)了濾波。其中，樹相似性刻畫了圖像 中像素點的相似性，在計算中心像素點濾波結(jié)果時通過相似性大小為鄰近像素賦予相應(yīng)的 權(quán)值，作為加權(quán)平均的權(quán)重，考慮了空間距離，而沒有效率損失，而且采用的隱式支撐域可 以自動根據(jù)圖像結(jié)構(gòu)改變自身的形狀，從而提高了保邊平滑效果。摳圖、紋理移除通常需要 保留圖片中的邊緣結(jié)構(gòu)，濾除無關(guān)細(xì)節(jié)，而細(xì)節(jié)傳輸需根據(jù)圖像邊緣幾何結(jié)構(gòu)將一幅圖像 的信息傳遞到另一幅圖像。通過實驗驗證，本發(fā)明實施例在圖像處理中具有摳圖、細(xì)節(jié)傳輸 和紋理移除的濾波效果。與類雙邊濾波方法相比，本發(fā)明實施例提供的濾波方法可以在線 性時間內(nèi)完成計算，還避免了雙邊濾波器所經(jīng)常導(dǎo)致的量化誤差和梯度翻轉(zhuǎn)。
[0048] 當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品不一定需要同時實現(xiàn)以上所述的所有優(yōu)點。
[0049]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可通過在所寫的說明 書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的方法來實現(xiàn)和獲得。
[0050] 需要說明的是，
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并非旨在標(biāo)識出請求保護的主題的必要技術(shù)特征， 也并非是用來確定請求保護的主題的保護范圍。所要求保護的主題不限于解決在【背景技術(shù)】 中提及的任何或所有缺點。
【附圖說明】
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