[發明專利]一種彩色圖-灰度圖-彩色圖轉換方法

有效

• 申請號: 202110355102.5
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN112801922B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 項世軍;梁巧儀
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T1/00;G06T9/00;G06T3/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種彩色圖?灰度圖?彩色圖轉換方法，該方法步驟包括彩色圖像轉換成灰度圖像編碼過程：對原始彩色圖像進行RGB到Ycbcr的顏色空間轉換得到亮度平面和兩個色度平面，兩個色度平面壓縮后得到壓縮后色度平面，其二進制碼流作為水印信息嵌入亮度平面得到水印灰度圖像；灰度圖像重構彩色圖像解碼過程：在嵌入水印信息的灰度圖像提取出壓縮后色度平面的二進制碼流，并根據二進制碼流恢復兩個色度平面，將亮度平面和兩個色度平面進行Ycbcr到RGB的顏色空間轉換，重構出彩色圖像。本發明保存了更多顏色信息，重構時可得到失真很小或無失真的亮度平面，不僅能得到高質量的灰度圖像，也能得到高質量的重構的彩色圖像。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，具體涉及一種將彩色圖像生成灰度圖像再由灰度圖像有效恢復彩色圖像的轉換方法。

背景技術

傳統的彩色圖-灰度圖-彩色圖轉換方法可分為兩類，第一類是基于邊信息嵌入算法，第二類是基于矢量量化算法。

基于邊信息嵌入算法是采用小波變換、離散余弦變換或小波包變換等對彩色圖像的亮度平面做頻域變換，對色度平面做下采樣并嵌入到亮度平面的高頻帶，再對亮度平面做頻域變換，得到灰度圖像。重構時，對灰度圖像做頻域變換，把顏色信息提取出來并做上采樣，亮度平面的高頻分量用0替換并做頻域變換，可重構出彩色圖像。此方法會丟失亮度平面的高頻信息，且大量丟失顏色信息，導致得到的灰度圖像和重構的彩色圖像有嚴重的噪聲，且模糊。

Queiro等人在IEEE TIP 2006 提出利用小波變換對彩色圖像的亮度平面做頻域變換，把兩個色度平面做下采樣并替換亮度平面的高頻分量，再對亮度平面做小波變換，得到灰度圖像，執行逆過程可重構彩色圖像。在此方法中，亮度平面的兩個高頻帶信息全部丟失，并且，只能保留四分之一的顏色信息。因為高頻信息的丟失，導致得到的灰度圖像模糊。重構彩色圖像時，顏色信息的過多丟失和亮度平面高頻信息的丟失，導致重構的彩色圖像模糊，質量不佳。

Ko等人在J IMAGING SCI TECHN 2008 提出通過小波包變換，并利用偽隨機碼對顏色飽和度進行補償。在此方法中，對顏色的飽和度進行了補償，重構的彩色圖像的質量有一定程度的提高，但是由于亮度平面的高頻信息的丟失和顏色信息的過多丟失，得到的灰度圖像有嚴重的噪聲，并且重構的彩色圖像的邊緣也存在噪聲。

Horiuchi等人在PATTERN RECOGN LETT 2010 提出將顏色信息有效地嵌入一級小波子帶中，以保持色度和空間分辨率。在此方法中，色度分量分成正負兩個平面分別替換亮度平面的高頻分量，使重構的彩色圖像的質量有一定程度的提高，但是由信息丟失過多，得到的灰度圖像和重構的彩色圖像仍然會變得模糊。

基于矢量量化的算法中，原始彩色圖像分解成灰度圖像和調色板，亮度平面跟色度平面不是正交關系，亮度平面會隨著調色板的變化而變化，亮度平面的改變也會導致重構的彩色圖像的像素值的改變，重構的彩色圖像的質量依賴于調色板的設計。調色板的設計本質上是對亮度和色度進行量化，并且，受限于灰度圖像只有256個灰度級，在重構彩色圖像的時候需要根據亮度值搜索對應的色度，調色板最終得到256個亮度和256個色度。把調色板嵌入量化后的亮度平面，得到灰度圖像。重構時，提取出調色板，并根據灰度圖像的像素值搜索對應的色度，重構出彩色圖像。此方法得到的灰度圖像有嚴重的假輪廓偽影。嵌入過程一般采用LSB數字水印嵌入，不可無損地恢復灰度圖像，提取出調色板之后，灰度圖像的像素值會發生改變。因為基于矢量量化算法中，灰度圖像跟調色板不是正交關系，灰度圖像的像素值改變會導致搜索到不對應的色度值，導致顏色偏移的產生。

Chaumont等人在J SystSoftw 2013提出基于模糊C均值聚類生成調色板，并利用最低有效位替換（LSB）數字水印技術嵌入調色板得到灰度圖像。在此方法中，利用顏色的相似性，使用聚類算法，使原始彩色圖像量化成256個亮度和256個色度。但是，由于僅僅用256個顏色來表示整一張彩色圖像，得到的灰度圖像和重構的彩色圖像都有嚴重的假輪廓偽影。