圖像與視頻的實(shí)時(shí)抽象化.pdf

1、抽象化藝術(shù)反映了人類豐富的想象力，在人類文明發(fā)展過(guò)程中占有舉足輕重的地位。如今，卡通效果已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電影、電視、游戲、網(wǎng)絡(luò)、廣告、科普示圖以及醫(yī)學(xué)成像等諸多領(lǐng)域。中國(guó)擁有世界上最大的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)消費(fèi)市場(chǎng)以及在線聊天群體，被抽象化之后的可視信息往往能夠更加吸引人眼的注意力，是藝術(shù)家和觀看者之間信息交流的橋梁。圖像和視頻抽象化是把真實(shí)的照片或錄制好的視頻轉(zhuǎn)換成非真實(shí)感效果的重要技術(shù)，因而對(duì)這方面的研究不僅具有重要的理論意義，而且還具有現(xiàn)實(shí)的

2、應(yīng)用價(jià)值。本文主要研究圖像和視頻抽象化中的若干關(guān)鍵技術(shù)，具體包括基于顏色的圖像風(fēng)格遷移、基于特征流場(chǎng)的流線感抽象化、基于形狀簡(jiǎn)化的抽象化、基于視覺(jué)感知的非均勻抽象化以及基于可編程圖形硬件的加速優(yōu)化算法。
　　 1.我們提出了一種實(shí)時(shí)的基于顏色的圖像風(fēng)格遷移方法。首先，我們將輸入圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到oRGB顏色空間。該oRGB顏色空間能夠充分地分離出彼此獨(dú)立的白-黑、紅-綠以及黃-藍(lán)等三個(gè)顏色通道。然后，我們利用基于統(tǒng)計(jì)分析

3、的顏色校正技術(shù)對(duì)兩個(gè)彩色通道進(jìn)行遷移。同時(shí)，我們運(yùn)用直方圖匹配算法對(duì)亮度通道進(jìn)行遷移。我們還可以對(duì)顏色遷移后的圖像進(jìn)行抽象化以增強(qiáng)視覺(jué)效果。最后，我們把oRGB顏色空間轉(zhuǎn)換回RGB空間得到最終的處理圖片。當(dāng)將一幅目標(biāo)圖像的顏色風(fēng)格遷移到一段視頻時(shí)，由于目標(biāo)圖像的顏色統(tǒng)計(jì)值以及亮度直方圖都是不變的，我們只需要對(duì)相關(guān)信息計(jì)算一次來(lái)減少處理時(shí)間。
　　 2.我們提出了一個(gè)實(shí)時(shí)的基于特征流場(chǎng)的流線感圖像和視頻抽象化框架。首先，我們將輸入

4、圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE Lab顏色空間或oRGB顏色空間并只對(duì)其中的亮度通道進(jìn)行后續(xù)操作。接下來(lái)，我們用迭代雙邊濾波的方法逐漸構(gòu)造出一個(gè)光滑、連貫且特征保持的邊緣切向流場(chǎng)。利用這個(gè)特征流場(chǎng)，低對(duì)比度區(qū)域用基于流場(chǎng)的雙邊濾波器進(jìn)行平滑操作，而高對(duì)比度區(qū)域用基于流場(chǎng)的高斯差分濾波器進(jìn)行進(jìn)一步加深。然后我們?cè)賹⒊橄蠡蟮膱D像用軟量子化方法使其進(jìn)一步卡通化并改進(jìn)其幀連續(xù)性。最后，我們將結(jié)果轉(zhuǎn)換回RGB顏色空間得到最終抽象化圖像。

5、>　　 3.我們采用一個(gè)更加準(zhǔn)確的視覺(jué)感知模型，并提出一個(gè)實(shí)時(shí)的非均勻圖像和視頻抽象化框架。為了同時(shí)減少空間和時(shí)間的視頻噪音，我們將時(shí)間視為第三維，對(duì)視頻應(yīng)用一次三維的雙邊濾波。然后我們導(dǎo)出一張光滑的興趣區(qū)域函數(shù)圖，該興趣區(qū)域函數(shù)圖基于一個(gè)視覺(jué)注意力模型，能很好地反應(yīng)人眼的注意力。最后，我們?cè)倮眠@張興趣區(qū)域函數(shù)圖來(lái)指導(dǎo)自動(dòng)的非均勻抽象化。
　　 4.我們提出了一個(gè)實(shí)時(shí)的基于形狀簡(jiǎn)化的圖像抽象化框架，該框架能同步地簡(jiǎn)化圖像中的

6、形狀和顏色信息。我們迭代地對(duì)邊緣切向曲線進(jìn)行雙邊濾波以得到一個(gè)光滑連貫的特征流場(chǎng)。該特征流場(chǎng)指示了輸入圖像的顯著特征方向。然后我們用受特征流場(chǎng)約束的平均曲率流濾波器來(lái)迭代地簡(jiǎn)化和收縮圖像的整體形狀。最后，我們用Shock濾波器以保護(hù)重要的邊界信息。為了直觀地控制抽象化的程度，我們可以迭代地和漸進(jìn)地應(yīng)用上述濾波過(guò)程。由于顏色信息包括紅、綠、藍(lán)三個(gè)彩色通道，為了得到較好的顏色簡(jiǎn)化效果，我們對(duì)該三個(gè)彩色通道獨(dú)立地進(jìn)行抽象化處理。