[發明專利]一種基于用戶交互Trimap的快速前景提取方法

無效

• 申請號: 201210048599.7
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102622754A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 歐陽俊濤;何滔;沈啟群;蔣子文
• 申請（專利權）人: 無錫宜華智能科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

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技術領域

本發明涉及計算機圖像處理技術，具體是一種基于用戶交互Trimap的快速前景提取方法。

背景技術

前景提取是計算機圖像處理中非常重要的一個操作，目的是將圖像中人類感興趣的區域從復雜的背景中提取出來，以便進行后續的更換背景、改變透視效果、圖片拼貼等操作。但是要確定一個像素是否屬于前景其實是一個病態問題，通常難以從原圖像中直接得到準確解，所以前景提取方法一般都需要一定的用戶交互。

對于自然圖片的前景提取，我們設輸入的圖片為I，一般情況下我們認為I由兩個部分組成。一個部分是前景F，另一個部分是背景B。對于第i個像素的顏色值???????????????????????????????????????????????我們可以將其表示為該像素的前景和背景的線性組合：

?????????????????????（1）

其中表示第i個像素中前景的不透明度。假設共有N個像素的話，一共有N個方程，3N個未知數。顯然，這是一個病態問題，不存在一個確定解，通常難以從原圖像中直接得到準確解，所以前景提取方法一般都需要一定得用戶交互。Trimap是前景提取問題中常見的用戶交互形式之一，所謂Trimap就是將圖像中的像素劃分為三部分：確定的前景、確定的背景和未知區域。通過Trimap我們可以將（1）所代表的病態問題轉化為求解一個帶約束的最優化過程。但基于Trimap的前景提取方法的一個缺點就是需要用戶具有一定的經驗，才能通過正確的交互得到比較好的前景提取結果，另外也比較難以處理具有很多洞的前景物體。

前景提取的研究已經進行了十多年，在這個領域先后提出過Blue?Screen?Matting、Bayesian?Matting、Robust?Matting、Soft?Scissors等具有代表性的技術和方法。Robust?Matting由Wang?Jue和Michael?F.Cohen在2007年提出，相對于之前的方法在效果和效率兩方面都有很大的提高。在此方法中，對于每一個未知像素，利用臨近已知像素中的前景顏色信息和背景顏色信息來作為自己的前景顏色和背景顏色的估計，這樣在方程（1）中和就變成了已知量，從而可以求得。事實上，一個未知像素臨近的已知像素是很多的，為此Robust?Matting規定了一套如何從臨近已知像素中選擇前景顏色信息和背景顏色信息的標準，以便得到更加準確的。

Soft?Scissors是Robust?Matting的作者提出的一種改進方法，解決了如何標記Trimap的問題，這種方法在實時性和可交互性上都有很大突破。在此方法中，用戶使用鼠標沿著物體邊沿順時針勾勒出物體輪廓，要求鼠標筆觸覆蓋的區域必須涵蓋前景和背景融合在一起的區域。換言之方法會將鼠標筆觸覆蓋的區域作為未知區域，筆觸方向左邊的區域會被劃分為前景，右邊的區域會被劃分為背景，在此基礎上再運用Robust?Matting計算筆觸覆蓋區域中未知像素的值。這樣，用戶在勾勒輪廓的同時就能得到未知區域的不透明度，從而達到了實時性的要求，能夠運用到諸如Photoshop之類的商業軟件中。但這種方法存在一個明顯的缺點是要求交互過程的相當精確。

A?Closed?Form?Solution?to?Natural?Image?Matting由Anat?Levin等人在2008年提出，這種方法的特點是交互的過程比較簡單，只要通過簡單地在畫面上指出部分前景和背景區域，就能得到比較好的前景提取效果。換言之，這種方法并不需要完整的Trimap信息，而是通過全局地進行評價函數的最優化來得到前景提取的結果。但這樣帶來的一個弊端就是時間花費很大，圖像中有很多我們并不關心的區域都納入了計算范圍。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于用戶交互Trimap的快速前景提取方法，能夠用比較簡明的交互得到比較好的結果，同時也能將時間復雜度控制在一個合理范圍內。

本發明所述的基于用戶交互Trimap的快速前景提取方法，其包括以下步驟：

步驟1，輸入圖片，設輸入的該圖片為I，I包括前景F和背景B，對于第i個像素的顏色值，將其表示為該像素的前景和背景的線性組合：

???????????????????????????????（1）

其中表示第i個像素中前景的不透明度。

采用Trimap用戶交互形式將圖像中的像素劃分為三部分：確定的前景、確定的背景和未知區域；?