Image Filtering Improvement for Producing Artistic Images.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)碼攝像技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的需求在不斷增加。當(dāng)前圖像處理主要研究如何將輸入圖像轉(zhuǎn)換成藝術(shù)圖像的相關(guān)處理技術(shù)。目前，計(jì)算機(jī)的處理技術(shù)已經(jīng)可以快速、輕松地創(chuàng)建自然和虛構(gòu)場景的圖形圖像。在創(chuàng)建藝術(shù)風(fēng)格圖像的研究方面，已經(jīng)存在大量相關(guān)工作。該領(lǐng)域研究工作主要包括，將普通圖像轉(zhuǎn)換成帶有藝術(shù)風(fēng)格的圖像（更準(zhǔn)確地說是轉(zhuǎn)換成一種帶有描述風(fēng)格的圖像），比如水墨繪畫，點(diǎn)描畫法，灰度圖像著色，圖像壓縮，素描，蝕刻等等，對這些藝術(shù)風(fēng)

2、格更普遍的一種說法是超越現(xiàn)實(shí)主義的抽象派藝術(shù)。在理想情況下，用戶能夠從比較廣泛的視覺風(fēng)格中進(jìn)行選擇，并且由計(jì)算機(jī)來完成圖像產(chǎn)生過程中機(jī)械化、復(fù)雜化的處理步驟。在計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助下，目前圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了黑白影片著色，這是傳統(tǒng)媒體技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)的。
　　在圖像與視頻的處理過程中，濾波技術(shù)是一項(xiàng)重要操作。其中，邊緣保留平滑濾波技術(shù)(EPSF)已經(jīng)成為大多數(shù)圖像處理應(yīng)用的基本組成部分，在過去二十年中得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。本文主要依據(jù)圖像濾

3、波與藝術(shù)圖像之間的異同點(diǎn)，在理論和實(shí)驗(yàn)上分析二者之間的關(guān)系，并對現(xiàn)有圖像濾波技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，提出新算法來生成藝術(shù)圖像。本文還通過評估藝術(shù)圖像處理技術(shù)的有效性，來論述改進(jìn)算法的性能，主要包括圖像著色、圖像抽取、圖像分割和視頻剪輯著色的性能。如何減少在藝術(shù)圖像處理方面所需的大量人工處理時(shí)間，是本文需要面對的主要挑戰(zhàn)。例如，一幅單一圖像的處理工作，通常需要一名攝影藝術(shù)家?guī)仔r(shí)甚至幾天的工作量。為了解決該問題，本文提出了一種新穎、高效的交

4、互式處理技術(shù)，有效地減少了用戶的輸入量。而且，本文提出的圖像處理技術(shù)，在數(shù)字?jǐn)z影方面具有很好的應(yīng)用效果。本文的貢獻(xiàn)可以歸納如下：
　　第一，在圖像著色方而，通過引入尼克勞(Nikolaou)非線性濾波器，本文提出了兩種針對灰度圖像的交互式著色技術(shù)。通過采用尼克勞濾波器來自動(dòng)擴(kuò)展用戶油漆刷的色彩提示，對齊物體的邊界，代替之前相關(guān)研究中所提出的刪除圖像噪聲和不相關(guān)細(xì)節(jié)信息的處理方法。為了提高著色效果并減少人工操作，本文首次提出可以自動(dòng)

5、選擇所需顏色的高效算法。其次，本文又通過對雙邊濾波器進(jìn)行重新定義，提出了一種針對交互式著色過程的新穎算法。該算法采用雙邊濾波器作為范圍加權(quán)濾波器（雙邊濾波器去掉高斯空間域）。與尼克勞濾波器相比，本文所提出的算法在耗費(fèi)相同代價(jià)的前提下，對于圖像邊緣具有更好的過濾效果。而且，本文所提出的算法可以提高靜態(tài)圖像的著色效果，減少計(jì)算代價(jià)。
　　第二，在圖像抽取方面，通過移除低對比度區(qū)域的細(xì)節(jié)內(nèi)容，本文實(shí)現(xiàn)了一種非迭代的圖像濾波器。將邊緣保留

6、濾波器擴(kuò)展之后，可以提取有價(jià)值的圖像內(nèi)容，這些圖像內(nèi)容可以指導(dǎo)提取過程，并且可以體現(xiàn)藝術(shù)家對于圖像內(nèi)容的理解。在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種非迭代濾波器，通過對輸入的局部結(jié)構(gòu)，采用動(dòng)態(tài)的形狀和度量空間，消除了低對比度區(qū)域中的細(xì)節(jié)信息，而且沒有過濾交叉的間斷點(diǎn)。這種濾波器可以概括成為著名的對稱最近鄰濾波器(SNN)，而且摒棄了當(dāng)前技術(shù)中的缺點(diǎn)。最后，本文驗(yàn)證了所提出的非迭代濾波器，可以高效、簡潔地處理普通圖像任務(wù)。本文還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新穎、高效、

7、敏捷的濾波器和虛構(gòu)圖像的提取程序，來檢驗(yàn)本文所提出的構(gòu)想。本文所提出的濾波器不僅可以保留圖像邊緣，還可以銳化圖像邊角。而且，與之前的技術(shù)相比，本文所提出的方法對于真實(shí)圖像，具有更加高效的提取過程。
　　第三，在圖像分割處理方面，通過對圖像前景使用統(tǒng)計(jì)方法，本文提出了一種針對圖像分割的交互式處理技術(shù)。根據(jù)佩羅納等人提出的“邊緣停止”函數(shù)，本文提出的方法可以通過圖像邊緣，自動(dòng)控制種子色彩的擴(kuò)展。該方法僅需少量人工處理和操作，即可從圖像

8、中刪除多余的復(fù)雜對象，剔除圖像中包含的諸如文本等復(fù)雜特性。本文所提出的方法可以用比較低的計(jì)算代價(jià)，獲取更加完美的分割效果，而且能夠處理高度復(fù)雜狀況下的分割對象。
　　第四，在視頻著色方面，為了減少用戶對視頻剪輯著色的工作量，本文提出了一種半自動(dòng)視頻著色技術(shù)?，F(xiàn)有的典型追蹤算法，不能有效地追蹤非剛性區(qū)域。提出的著色技術(shù)通過將關(guān)鍵幀到灰度圖像剩余序列的色彩傳播過程中相鄰幀之間的相同對象進(jìn)行輕微移動(dòng)，在處理后繼幀時(shí)采用前序幀作為基準(zhǔn)圖像

9、并將基準(zhǔn)圖像的色彩信息賦予給靜止對象，從而實(shí)現(xiàn)視頻剪輯著色。對于移動(dòng)對象，本文計(jì)算了對象的流場，并賦予相應(yīng)色彩信息。通過大量實(shí)驗(yàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，驗(yàn)證本文提出的著色方法具有更加高效、可靠的處理效果。
　　第五，本文結(jié)合所提出的高效算法，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有新穎用戶界面和快速處理技術(shù)的交互式系統(tǒng)。用戶輕點(diǎn)幾次鼠標(biāo)，就可以產(chǎn)生高品質(zhì)的圖像，而且該系統(tǒng)還提供了精確、高效的交互式處理工具。
　　綜上所述，本文主要關(guān)注如何提高圖像濾波技術(shù)，