[發明專利]一種基于最佳匹配的圖像紋理合成方法

有效

• 申請號: 201410112095.6
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103839271A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 張德干;潘兆華;李光;董丹超
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T11/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

【技術領域】：

本發明屬于計算機應用與圖像處理結合的技術領域。

【背景技術】：

由于基于樣圖的紋理合成技術不僅可以克服傳統紋理映射方法的缺點，而且避免過程紋理合成調整參數的繁瑣，因而受到越來越多研究人員的關注，成為計算機圖形學、計算機視覺和圖像處理領域的研究熱點之一。基于樣圖的二維紋理合成方法根據處理對象的不同大體又可以分為:點合成方法和塊合成方法。點合成方法每次生成一個像素點的色彩,而塊合成方法則是每次生成一個包含許多像素的紋理塊。一般而言,點合成方法便于反映紋理變化的多樣性,但不利于保持紋理的結構化信息,且合成速度相對較慢;而塊合成方法的速度較快,能較好地保持塊內的紋理特征信息,但塊之間的色彩過渡可能不很平滑,會引起合成質量的下降。

塊紋理合成方法是基于樣本的紋理合成方法，它通過將輸入的樣本紋理劃分成固定大小的紋理塊，并基于紋理塊間的重疊區域的約束規則來選擇匹配的紋理塊，以生成與樣本紋理不重復但視覺性連續的任意大的紋理。基于塊的紋理合成算法將合成單位從像素變為一個紋理塊，合成速度相較于基于像素的算法有了顯著提高，而且一次合成一塊紋理有利于合成圖像保持樣本紋理的整體結構。

基于塊拼貼的紋理合成算法一般由兩步組成。第一，按照某種匹配策略在樣本圖中搜索最佳匹配塊；第二，采用相應的塊拼貼方法將搜索到的最佳匹配塊拼貼到輸出紋理圖像中。其中，是否搜索到最佳匹配塊是影響合成結果的關鍵問題，如果搜索到的紋理塊不是最佳匹配塊，則第二步使用任何拼貼方式都不能達到較好的合成效果。然而大部分基于塊拼貼的紋理合成算法在搜索最佳匹配塊時，是以重疊區域顏色誤差小于設定的閾值作為匹配準則，與基于像素合成方法相比較，雖然在一定程度上保證紋理的結構性不被破壞，但是對于一些較強結構性的紋理圖像，仍會出現紋理錯位而得不到較好的合成效果。

早期的紋理合成采用基于特征匹配的方法,把紋理當作一種特征，通過在樣本圖中匹配特征來生成新的紋理圖像。這種合成算法運算量很大,合成速度很慢，質量雖有所提高但并不十分理想.近年來,主要采用基于馬爾可夫隨機場(Markov?Random?Field,MRF)模型的合成方法。1999年,Efros等提出了一種非參數采樣算法，這種基于像素的合成方法，雖然對隨機性紋理取得了令人滿意的效果,但對結構性較強的紋理合成效果較差,且計算時間較長。2001年，Efros提出一種ImageQuilting紋理合成算法，通過計算紋理合成中重疊塊的累計誤差和最小誤差路徑完成合成，該算法對各種類型的紋理均取得了較好的合成效果，與逐點的紋理合成方法相比，該算法雖然處理速度較快，對各種類型的紋理都能取得較好的合成效果，但是可能會帶來少量的紋理錯位及不連續現象。另外，ImageQuilting算法在紋理合成中采用窮盡搜索匹配塊的方法，包含費時的計算過程，達不到實時應用的要求。Liang等人提出了一種實時的基于塊的紋理合成算法，和ImageQuilting算法極為相似，但是由于算法采用了四叉樹金字塔、主元分量分析以及KD樹方法來加速紋理搜索過程，雖然在效率上有所提高，但是使得算法難以理解和編程實現。Kwatra在ImageQuilting算法的基礎上,提出了基于Graph?Cut的改進方法。Cohen等提出一種使用拼接Wang?Tiles的方法實時合成紋理。Wu等人提出曲線特征匹配法,考慮了紋理的結構差別,在拼接過程中對匹配塊進行變形處理,以保證特征線在相鄰塊之間的連續過渡,提高結構化內容的合成質量,但是該算法在對特征匹配過程中,運算量較大,影響了合成速度。全局優化的方法，通過全局的相似性計算，降低全局性誤差，可生成質量很高的紋理，雖然全局優化方法能很好地保持紋理的全局性特征，但對于局部的細節特征難以很好地處理，因此其合成質量還不是很理想。

【發明內容】：

人眼往往對圖像中顏色變化尖銳的地方比較敏感，而對顏色變化緩慢的地方相對遲鈍。因此，可以在搜索最佳匹配塊時考慮這些視覺系統敏感的特征，并把對視覺系統敏感的特征稱為結構信息特征。本發明引入梯度結構信息來表示紋理塊的結構特征，在搜索最佳匹配塊的時候，把顏色誤差和梯度結構信息同時作為紋理塊相似性的判斷準則。

本發明針對以上問題提出了一種根據輸入紋理自適應的確定紋理塊大小的方法，即一種新的基于最佳匹配的圖像紋理合成方法，該方法的具體步驟包括：

1、一種新的基于最佳匹配的圖像紋理合成方法，其特征在于該方法的具體步驟包括：

第1、紋理塊匹配策略