[發明專利]基于過度分割和局部與全局一致性的圖像彩色化方法

有效

• 申請號: 201510460077.1
• 申請日: 2015-07-30
• 公開（公告）號: CN105118076B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 陳穎;宗蓋蓋;曹廣成
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T7/10;H04N1/46
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

1.一種基于過度分割和局部與全局一致性的圖像彩色化方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1)對灰度圖像進行色彩標記，即利用計算機畫圖軟件對灰度圖像進行初始色彩標記，利用一種基于圖的分割算法對圖像進行粗略的過度分割，在分割好的區域內標記少量的感興趣的顏色，得到一幅粗略的色彩標記的圖像；

2)將色彩標記圖像從RGB顏色空間轉換到YUV顏色空間，以得到分離的亮度分量Y和初始顏色分量U′、V′；

3)計算出分割區域內灰度直方圖峰值所在的位置，將處于這些位置的像素的灰度值設置為255，即用白色的標記點在灰度圖像上顯示出來，得到一幅自動生成標記點的圖像；

4)依據每個分割區域內標記的顏色，白色標記點所在位置的像素自動獲取合適的顏色,得到一幅半自動色彩標記的圖像,其中亮度分量為Y，顏色分量分別為U和V；

5)將基于圖的半監督學習的正則化框架引入到顏色擴散模型中，構建一個基于局部與全局一致性學習的彩色化框架，即首先構建一個能夠體現兩像素間灰度關系以及空間位置關系的數據圖，然后最小化基于局部與全局一致性學習的彩色化目標函數，將彩色化問題轉化為一個優化問題，從而計算出其余未著色像素的顏色值，完成整幅圖像的彩色化，得到最終的顏色分量

6)將最終得到的顏色分量和原始的Y亮度分量整合到一起并變換到RGB顏色空間，即得到最終的彩色化圖像。

2.根據權利要求1所述基于過度分割和局部與全局一致性的圖像彩色化方法，其特征在于，所述步驟5)具體步驟如下：

A:數據圖的構建：用P＝{P₁,P₂,…,P_n}表示圖像上的像素點集合，n表示圖像上總的像素個數，對于半自動彩色標記圖像，令Y＝{Y_i}，U＝{U_i}和V＝{V_i}表示其在YUV顏色空間的像素的三個分量；對于最終的彩色化圖像，令和表示其YUV顏色空間的像素的三個分量，其中，即亮度分量不作處理恰能保持圖像在處理前后亮度一致；圖像上像素之間根據它們的空間關系連接成圖，用權值w_ij來表示兩像素點P_i和P_j之間的近似關系，具體形式如下：

wij=ws(j)wg(j)Σj∈Niws(j)wg(j),if i≠j0,if i=j]]>

其中，表示方差為σ_s的高斯核函數，i和j分別表示兩像素點P_i和P_j的空間坐標，體現了兩像素之間空間位置關系；表示方差為σ_g的高斯核函數，Y_i和Y_j分別表示兩像素點P_i和P_j的灰度值，體現了兩像素之間的灰度變化關系；N_i表示像素點P_i的鄰域，兩像素點的亮度值以及空間位置越接近，它們之間的權重就越大；

B:顏色擴散：和是兩個獨立的顏色分量，分量的求解過程與分量求解過程相同：

將涂色U分量按列堆積表示為U＝[u₁,u₂,…,u_n]^T,涂色分量U由染色像素到未染色像素擴散的過程，即是如下目標函數的最小化的過程：

J(U^)=12Σi,j=1nwij(U^i/Dii-U^j/Djj)2+12λΣi=1n(U^i-Ui)2=U^T(I-S)U^+λ(U^-U)T(U^-U)]]>

其中，上式右邊第一項為平滑約束項，即顏色分量在圖像的同質區域內具有平滑性；上式右邊第二項為擬合約束項，即初始色彩標記的顏色值不應該被改變太多，即求得的顏色值與初始給出的顏色值之間的差異應盡量小；λ為控制平滑約束項和擬合約束項的參數，λ的值被設置為0.01；U_i是像素點P_i的初始的顏色值，為最終求得像素點P_i的顏色值；矩陣S＝D^-1/2WD^-1/2，I為單位矩陣，D為對角矩陣，即W為權值矩陣，W＝{w_ij}；

首先對進行求導并令導數為零，即

∂J(U^)∂U^=0,]]>

最后整理可得：

U^=(I-αQ)-1U,]]>

其中，Q＝D^-1W＝D^-1/2WD^-1/2；

同理可得，

V^=(I-αQ)-1V.]]> 2