[發明專利]一種基于GPU加速的灰度圖像彩色化方法

有效

• 申請號: 201611139363.9
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106600526B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 趙漢理;季智堅
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司33258
• 代理人: 陳加利

1.一種基于GPU加速的灰度圖像彩色化方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟S101、給定一張灰度圖像作為輸入圖像I，以及給定一組由n個像素組成的帶有著色顏色的離散像素序列；

步驟S102、根據給定的輸入圖像I，計算出對應的相對總變差結構圖；

步驟S103、根據計算得出的相對總變差結構圖，定義出一個相似性匹配函數，并運用基于全局圖像空間查找的并行PatchMatch算法來計算相對總變差結構圖圖像中每個像素p的K最近鄰；

步驟S104、根據給定的由n個像素組成的帶有著色顏色的離散像素序列,生成n-1條帶有著色顏色的線段，并將生成的n-1條帶有著色顏色的線段繪制到與輸入圖像I大小相同的著色模板圖中，且進一步設置一個著色標記圖；

步驟S105、根據得到的每個像素p的K最近鄰和對應定義的相似性匹配函數值，以及根據生成的著色模板圖和設置的著色標記圖，構造出一個灰度圖像彩色化的能量函數，并進一步對灰度圖像彩色化的能量函數進行優化，得到稀疏線性方程組；

步驟S106、采用CSR存儲格式進行存儲該稀疏線性方程組，并采用基于CSR存儲格式的共軛梯度法并行地求解該稀疏線性方程組，得到的值作為輸入圖像I的彩色化圖像結果輸出。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，任意一個像素p在相對總變差結構圖中對應的值R(p)均是通過公式來實現；

其中，Ω(p)表示給定的一個以像素點p為中心的m×m的方形圖像塊；表示方形圖像塊Ω(p)中的一個像素點r的梯度強度值，即設像素點r的坐標記為(x_r,y_r)，則ε＝10^-9。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述相似性匹配函數d(p,q)具體為d(p,q)＝α×(p-q)²+(1-α)×(1-tanh(β·R(p)))·T(p,q)；其中，p和q均為以二維坐標所表示的像素點，即p＝(x_p,y_p)、q＝(x_q,y_q)；α為調節距離與紋理特征的權重參數，其取值范圍為[0,1]；β為相對總變差結構圖進行比例縮放的系數；表示以像素點p和q的紋理特征的差異。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述能量函數具體為其中，E₂(p)＝S(p)(U(p)-C(p))²；

其中，E(U)表示圖像中所有像素p的能量項E1和E2之和，E1用于保證顏色可以在像素最近鄰中盡量擴散，E2用于保證著色區域顏色與給定著色顏色盡量一致；q∈N(p)表示q為p的K最近鄰中的一個像素；w(p,q)表示p和q的擴散權值；S(p)為0或1，當像素點p是該n-1條線段所經過的任一像素時取1，當像素點p是該n-1條線段所未經過的任一像素取0；C(p)為0或C0，當像素點p是該n-1條線段所經過的任一像素時取C0，當像素點p是該n-1條線段所未經過的任一像素時取0；U(p)和U(q)分別為稀疏線性方程組中第p行方程和第q行方程對應的系數。