專利名稱：基于粒子紋理的流體視頻合成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種圖像處理技術領域的方法，具體是一種基于粒子紋理的流體
視頻合成方法。
背景技術：
流體主要是指自然界里的水流、瀑布、煙霧等現(xiàn)象，流體視頻合成是目前計算機視 覺領域中的一個研究熱點，在數(shù)字游戲，電影特效等領域都有很廣闊的應用前景。真實世界 中拍攝的流體圖像，具有那些合成的圖像無法攀比的細膩和美感。近些年來，盡管隨著仿 真，渲染，圖像處理的技術進步，視頻合成的水平有所提高，但是合成的視頻還是無法做到 像自然世界中的景象那樣真實。但是自然世界中得到的真實視頻畢竟是時間上有限的并 且受到了場景物理因素的限制。因此，一方面為了得到任意時間長度的流體視頻，另一方面 為了使得用戶可以方便地按照需要編輯視頻，研究者們提出了一些基于視頻紋理的研究方 法，但是這些方法都是以較高的計算復雜度為代價，并且一般局限于某一種特定類型的流 體運動，如煙，水流或者火焰等。 經(jīng)過對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Doretto等人在《International Journal ofComputer Vision (計算機視覺期刊)》(2003年第91-109頁)上發(fā)表了題為 "DynamicTexture (動態(tài)紋理)"的文章，該文使用自回歸過濾法對視頻序列中流體的復雜 運動進行建模和編輯。對于特定的處理過程，該方法可成功合成任意長的紋理序列，從而得 到任意長度的流體視頻。但是該技術只能對整幅圖片或者視頻進行合成，而不能靈活的根 據(jù)用戶的需要進行合成，合成速度慢且效果欠佳。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的問題和不足，提出了一種基于粒子紋理的流體視頻合 成方法。本發(fā)明在輸入視頻片段的基礎上進行任意長度的視頻幀序列，并可以根據(jù)用戶的 需求對視頻中流體的運動進行編輯，計算量小，應用方便，通用性強。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，包括以下步驟 第一步，根據(jù)輸入視頻中的流體運動部分，畫出表征流體運動軌跡和運動趨勢的 流線。 第二步，在輸入視頻的每一幀，沿著流體的流線，在若干個固定位置點處選擇并存 儲紋理片，確定流體運動區(qū)域的紋理結構。 第三步，根據(jù)每個固定位置點處的紋理片信息，按照紋理片排布規(guī)則進行紋理圖 的排布，并利用重疊區(qū)域像素融合方法對重疊區(qū)域的紋理片結構進行像素融合處理。
所述的紋理片排布規(guī)則是當輸入視頻有N幀圖像時，在第一個固定位置點處，將 第一個紋理片放置在第一幀，第二個紋理片放置在第二幀，以此類推，將第N個紋理片放在 第N幀；在第二個固定位置點處，將第一個紋理片放在第二幀，第二個紋理片放在第三幀， 以此類推，第N-l個紋理片放在第N幀，第N個紋理片放在第一幀；在第三個固定位置點處，將第一個紋理片放在第三幀，第二個紋理片放在第四幀，以此類推，第N-2個紋理片放在第 N幀，第N-l個紋理片放在第一幀，第N個紋理片放在第二幀；以此類推，在第N個固定位置 點處，第一個紋理片放在N幀，第二個紋理片放在第一幀，以此類推，第N個紋理片放在第 N-l幀。 所述的重疊區(qū)域像素融合方法是對于紋理片K和紋理片K+l重疊區(qū)域的像素點
的合成像素顏色R，由下式確定 R = Rk X dk/d+Rk+1 X (d-dk) /d 其中，Rk表示紋理片K的像素顏色，Rk+1表示紋理片K+l的像素顏色，dk表示重疊 區(qū)域像素到紋理片K與重疊區(qū)域交線的距離，d表示紋理片K和紋理片K+l重疊區(qū)域的寬 度。 第四步，對紋理片重疊區(qū)域內像素值不連續(xù)的圖片進行插值和濾波處理，進而將 得到的像素連續(xù)的圖片按時間順序連接成視頻。 第五步，基于法線信息保留法對得到的視頻中的流體運動部分進行編輯。 所述的法線信息保留法是將已知流體運動軌跡的法線方向上的信息經(jīng)過變化映
射到用戶畫定的軌跡法線上的對應位置，使得兩條軌跡的法線信息得到保留。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是采用紋理片調整的方式來生成無限長視
頻，合成的速度更快；且可以輸入流線，根據(jù)流體紋理特征生成新的視頻，合成的效果更豐
雖o


圖1為實施例輸入的圖片； 圖2為實施例經(jīng)第一步處理后的圖片； 圖3為實施例經(jīng)第二步處理后的圖片； 圖4為實施例經(jīng)第四步處理后的圖片； 圖5為實施例經(jīng)第五步處理后的圖片。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的方法作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提 下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述 的實施例。
實施例 如圖l所示，本實施例用于含有煙霧的圖片的視頻合成，該圖片的參數(shù)為幀尺
寸320*240 ;時間長度2秒；幀率30幀/秒；彩色RGB 3通道，具體步驟如下 第一步，根據(jù)輸入視頻中的流體運動部分，畫出表征流體運動軌跡和運動趨勢的
流線，如圖2中線條所示； 第二步，在輸入視頻的每一幀，沿著煙霧的流線，在若干個固定位置點處選擇并存 儲紋理片，確定煙霧運動區(qū)域的紋理結構，如圖3所示，其中圖中的縱向是若干幀的紋理 結構，圖中的橫向是四個固定位置點的紋理結構。
第三步，根據(jù)每個固定位置點處的紋理片信息，按照紋理片排布規(guī)則進行紋理圖 的排布，并利用重疊區(qū)域像素融合方法對重疊區(qū)域的紋理片結構進行像素融合處理。
所述的紋理片排布規(guī)則是當輸入視頻有N幀圖像時，在第一個固定位置點處，將 第一個紋理片放置在第一幀，第二個紋理片放置在第二幀，以此類推，將第N個紋理片放在 第N幀；在第二個固定位置點處，將第一個紋理片放在第二幀，第二個紋理片放在第三幀， 以此類推，第N-l個紋理片放在第N幀，第N個紋理片放在第一幀；在第三個固定位置點處， 將第一個紋理片放在第三幀，第二個紋理片放在第四幀，以此類推，第N-2個紋理片放在第 N幀，第N-l個紋理片放在第一幀，第N個紋理片放在第二幀；以此類推，在第N個固定位置 點處，第一個紋理片放在N幀，第二個紋理片放在第一幀，以此類推，第N個紋理片放在第 N-l幀。 所述的重疊區(qū)域像素融合方法是對于紋理片K和紋理片K+l重疊區(qū)域的像素點 的合成像素顏色R，由下式確定
R = Rk X dk/d+Rk+1 X (d_dk) /d 其中，Rk表示紋理片K的像素顏色，Rk+1表示紋理片K+l的像素顏色，dk表示重疊 區(qū)域像素到紋理片K與重疊區(qū)域交線的距離，d表示紋理片K和紋理片K+l重疊區(qū)域的寬 度。 第四步，對紋理片重疊區(qū)域內像素值不連續(xù)的圖片進行線性插值和高斯濾波處
理，進而將得到的像素連續(xù)的圖片按時間順序連接成視頻，如圖4所示。 第五步，基于法線信息保留法對得到的視頻中的流體運動部分進行編輯，如圖5所示。 所述的法線信息保留法是將已知流體運動軌跡的法線方向上的信息經(jīng)過變化映
射到用戶畫定的軌跡法線上的對應位置，使得兩條軌跡的法線信息得到保留。 本實施例對包含煙霧的視頻片段完全能夠實施應用，并可按照用戶的需要，任意
編輯視頻，且合成速度快，合成效果好。
權利要求
一種基于粒子紋理的流體視頻合成方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，根據(jù)輸入視頻中的流體運動部分，畫出表征流體運動軌跡和運動趨勢的流線；第二步，在輸入視頻的每一幀，沿著流體的流線，在若干個固定位置點處選擇并存儲紋理片，確定流體運動區(qū)域的紋理結構；第三步，根據(jù)每個固定位置點處的紋理片信息，按照紋理片排布規(guī)則進行紋理圖的排布，并利用重疊區(qū)域像素融合方法對重疊區(qū)域的紋理片結構進行像素融合處理；第四步，對紋理片重疊區(qū)域內像素值不連續(xù)的圖片進行插值和濾波處理，進而將得到的像素連續(xù)的圖片按時間順序連接成視頻；第五步，基于法線信息保留法對得到的視頻中的流體運動部分進行編輯。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于粒子紋理的流體視頻合成方法，其特征是，第三步中所 述的紋理片排布規(guī)則是當輸入視頻有N幀圖像時，在第一個固定位置點處，將第一個紋理 片放置在第一幀，第二個紋理片放置在第二幀，以此類推，將第N個紋理片放在第N幀；在第 二個固定位置點處，將第一個紋理片放在第二幀，第二個紋理片放在第三幀，以此類推，第 N-l個紋理片放在第N幀，第N個紋理片放在第一幀；在第三個固定位置點處，將第一個紋 理片放在第三幀，第二個紋理片放在第四幀，以此類推，第N-2個紋理片放在第N幀，第N-l 個紋理片放在第一幀，第N個紋理片放在第二幀；以此類推，在第N個固定位置點處，第一個 紋理片放在N幀，第二個紋理片放在第一幀，以此類推，第N個紋理片放在第N-l幀。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于粒子紋理的流體視頻合成方法，其特征是，第三步中所 述的重疊區(qū)域像素融合方法是對于紋理片K和紋理片K+l重疊區(qū)域的像素點的合成像素 顏色R，由下式確定<formula>formula see original document page 2</formula>其中，Rk表示紋理片K的像素顏色，Rk+1表示紋理片K+l的像素顏色，dk表示重疊區(qū)域 像素到紋理片K與重疊區(qū)域交線的距離，d表示紋理片K和紋理片K+l重疊區(qū)域的寬度。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于粒子紋理的流體視頻合成方法，其特征是，第五步中所 述的法線信息保留法是將已知流體運動軌跡的法線方向上的信息經(jīng)過變化映射到用戶畫 定的軌跡法線上的對應位置，使得兩條軌跡的法線信息得到保留。
全文摘要
本發(fā)明公開一種圖像處理技術領域的基于粒子紋理的流體視頻合成方法，包括以下步驟根據(jù)輸入視頻的流體運動部分，畫出表征流體運動軌跡和運動趨勢的流線；在輸入視頻的每一幀，沿著流體的流線，在若干個固定位置點選擇并存儲紋理片，確定流體運動區(qū)域的紋理結構；根據(jù)每個固定位置點處的紋理片信息，按照紋理片排布規(guī)則進行紋理圖的排布，并利用重疊區(qū)域像素融合方法對重疊區(qū)域的紋理片結構進行像素融合處理；對紋理片重疊區(qū)域內像素值不連續(xù)的圖片進行插值和濾波處理，進而將得到的像素連續(xù)的圖片按時間順序連接成視頻；基于法線信息保留法對得到的視頻中的流體運動部分進行編輯。本發(fā)明可生成無限長視頻，合成的速度快，且合成的效果更豐富。
文檔編號H04N5/262GK101710945SQ200910310619
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權日2009年11月30日
發(fā)明者劉允才, 趙語濤 申請人:上海交通大學