[發明專利]一種基于筆劃限制和紋理的真實圖像油畫自動生成方法

有效

• 申請號: 201010183613.5
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN101853517A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 黃華;程威
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于圖像處理方法，具體設計一種基于筆劃限制和紋理的真實圖像油畫自動生成方法。

背景技術

在基于真實圖像的油畫風格化方面，近二十年來，研究人員已做出了一些貢獻。Haelberi提出了一種基于筆劃模型的繪制方法，允許用戶通過創建一系列已被著色的筆劃對原始真實圖像進行繪制，該模型需要設定筆劃大小、形狀、顏色等大量的人工交互操作。Litwinowicz在Haelberi方法基礎上提出了一種基于筆劃的自動繪制算法，將圖像劃分成大小均等的柵格，由用戶設定筆劃大小和長度，以圖像的梯度正交方向為筆劃方向，在每個柵格內進行筆劃布置，生成油畫圖像。Hertzmann提出了一種基于筆劃的多層繪制模型，首先由原始圖像建立高斯金字塔參考圖像序列，然后將參考圖像與畫布劃分成大小均等的柵格，計算柵格內顏色差異來決定筆劃的起始點和顏色，計算參考圖像的梯度信息來決定筆劃的走向，再按照筆劃半徑從粗到細逐層實現筆劃在畫布上的布置，生成油畫圖像。由于多層繪制精度較差，Hertzmann提出了由人工交互輸入一些加權區域并對圖像做松弛迭代來改進繪制精度。Guo等提出了一種從樣例油畫圖像提取典型筆劃構建筆劃庫，學習樣例油畫圖像風格和藝術特征來完成真實圖像油畫風格化的方法。Lee等基于連續的圖像序列來提取圖像的運動信息，根據運動信息的強弱決定筆劃的方向，以增強表現對象的真實感和動態感。

整體而言，在眾多的由真實圖像生成油畫風格畫的處理方法中，Hertzmann油畫繪制框架不需要人工交互，且多層繪制油畫模式符合藝術家手工創作油畫的過程，生成的油畫風格化圖像具有明顯的油畫藝術特征，成為目前為止經典的基于真實圖像的油畫風格化方法。

發明內容

本發明的目的是提供了一種能夠使圖像油畫風格化生成效果良好的基于筆劃限制和紋理的真實圖像油畫自動生成方法。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)由原始圖像與不同卷積尺度高斯核做卷積產生一系列高斯金字塔參考圖像，作為繪制油畫過程中進行多層繪制的各層參考，其中高斯核卷積尺度與油畫筆劃半徑大小成正比，油畫筆劃半徑大小依次為8、4、2個像素距離；

2)將畫布圖像與當前層的高斯金字塔參考圖像劃分成均等的柵格，計算各柵格內對應位置像素點的顏色差異(以像素點顏色值的歐式距離衡量)總值，如果柵格內顏色差異總值超過了一定的閾值，則該柵格內有新筆劃起始點，且新筆劃起始點為柵格內對應位置像素顏色差異最大的像素點位置；

3)以當前層的高斯金字塔參考圖像的梯度信息為指導，結合得到的新筆劃起始點，沿著筆劃點的梯度正交方向移動當前層筆劃半徑距離(各層依次為8、4、2)，遵循原始圖像均值漂移(Mean?Shift)分割結果為約束，依次產生筆劃結構點序列，將這些筆劃結構點擬合成曲線，以該曲線為中心當前層筆劃大小半徑范圍內所有的像素點構成一個筆劃；

4)以筆劃結構點為節點，將筆劃分成若干段，將各段像素點賦予相對應節點相同的梯度信息，構造一條筆劃的紋理場；

5)重復步驟3)產生所有筆劃并隨機在畫布上進行布置，完成一層的油畫繪制；重復步驟4)產生所有筆劃相對應的紋理場并與筆劃采用相同的布置方式，完成一層的紋理場生成；

6)重復步驟5)依次完成各層的油畫繪制和各層的紋理場生成；

7)將得到的紋理場采用線積分卷積(LIC)方法做場可視化，將得到的可視化結果與得到的畫布圖像采用Phong三維光照模型相結合，為已得到的畫布油畫圖像引入油畫紋理，生成最終的油畫圖像。

本發明的筆劃結構點序列的產生過程中，采用原始圖像Mean?Shift分割結果限制筆劃的生長；為筆劃構造紋理場，并生成最終的油畫紋理場，使用LIC可視化后與生成的畫布油畫圖像通過Phong三維光照模型相結合，得到最終的油畫圖像，其具體過程如下：

(a)為了防止產生的筆劃線條誤畫到不恰當的區域，在產生曲線筆劃的控制點時，使用Mean?Shift圖像分割方法對原始圖像做分割，然后根據圖像分割的結果判斷新產生的筆劃控制點是否與曲線的第一個點屬于同一個區域，如果相同則新產生的控制點保留；如果不相同則該新產生的控制點不予保留，且該條筆劃中止生成后續控制點；