[发明专利]基于艺术视觉的图像卡通风格化渲染方法

权利要求书

1.一种基于艺术视觉的图像卡通风格化渲染方法，包括以下步骤：

1)通过结合视觉显著性模型的图割技术获得光影的初始分布，进而采用经典的聚类算法对源图像中的阴影层进行抽象；

2)通过色彩的自增强技术，对不同饱和度的色彩进行各向异性的强化，以表现卡通作品中鲜艳明快的色彩风格；

3)通过Gabor特征分析，提取不同细节程度的阴影线或装饰线，并通过对源图像进行不同程度的强化模拟卡通作品中对重要线条的表现。

2.如权利要求1所述的基于艺术视觉的图像卡通风格化渲染方法，其具体步骤如下：

1)对输入源图像通过计算初始阴影分布并对一个提取的二值图进行简化，得到具有艺术抽象感的阴影层：

(a)通过优化一个建立的消费函数，生成一幅二值图描述源图像的初始阴影分布，该函数通过下式计算：

C(p)＝D(p)+α_s·S(p)

其中α_s∈[0，1]是一个平衡因子，数据项D(p)及平滑项S(p)分别通过以下两式计算：

D(p)＝(α_g·(I(p)-φ·M_g(I))+(1-α_g)·(I(p)-M_l(N))·sign_D(L_p))

S(p，q)＝sign_E(L_p，L_q)·(|I(p)-I(q)|)

在上两式中，α_g是一个比例因子，决定了图像I的全局平均强度M_g(I)对结果的影响程度，M_l(N)表示像素点p的邻域N中的局部平均强度，φ是一个由用户给出的调节因子，sign_D(·)是一个符号函数，L_p是像素点p是否属于阴影层的标签，I(p)表征了一个像素点p的强度值；

(b)在步骤(a)的基础上，采用均值漂移技术将初始阴影分布层划分为不同的区域，并存储每个区域的边界像素点序列，记作l(R)；

(c)在步骤(b)的基础上，进一步通过一个简化策略对得到的二值阴影分布层进行简化，以得到抽象化的阴影表示，具体如下式所示；

argminl^(R)(Σp∈l^(R)c(p)-Σp∈l(R)c(p))2]]>

其中表示经过下采样后的边界像素点序列，c(p)为边界点p处的曲率值；

2)基于源图像，通过一种提出的色彩自增强技术，对不同饱和度的像素进行各项异性的增强，从而增强结果的整体色彩，其中色彩自增强部分可以通过下式描述：

C^(p)=λ·μoμc·CI(p)·1+tanh(γ·CM(p)-128)2]]>

其中μ_o是源图像的平均亮度值，μ_c是色彩增强后图像的亮度值，λ是一个用户给出的控制因子，C_I(p)是源图像在像素点p处的颜色，C_M(p)为一个提取的色度图在像素点p处的颜色，该色度图中每个像素点p处的亮度值可通过下式计算：

L^(p)=α·L(p)+(1-α)·(255-L(p))]]>

其中L(p)是源图像在像素点p处的亮度值，α是一个经验平衡因子；

3)通过Gabor特征分析，提取不同细节程度的阴影线或装饰线，对源图像中相应线条进行不同程度的强化。

(a)对输入图像进行Gabor特征分析，其中Gabor能量响应由下式计算：

eλ,θ,σ(x,y)=Rλ,θ,σ,0(x,y)2+Rλ,θ,σ,π2(x,y)2]]>

其中R_{λ，θ，σ，0}(x，y)²和分别为其实部和虚部Gabor能量响应，λ和θ分别表示不同频率和方向的Gabor滤波核，σ为Gabor滤波核中高斯包络的标准差，通过上式计算的Gabor能量响应，并选择最大方向上的Gabor能量，构建每个像素点的多频率特征向量：并分别计算其行为特征值：

b(x,y)=-16Σi=27(eλi(x,y)-eλ1(x,y))]]>

和衰减因子：

μ(Ω,σ,x,y)=Πp(x′,y′)∈Ωe(-b2(x′,y′)s(-b2(x′,y′))2σ2)]]>

其中Ω表示像素点(x，y)的一个邻域，半径为2，s(x)为符号函数，当x＞0时为1，否则为0，σ为衰减速率控制因子；

(b)通过上式算得的b(x，y)以及μ(Ω，σ，x，y)计算源图像细节区域的线条表征图，由下式计算：

R_D(x，y)＝b(x，y)·μ(Ω，σ，x，y)

类似的，将此过程在由步骤1获得的阴影层进行操作，可得到阴影层的细节区域线条表征图(x，y)，进而得到源图像轮廓区域线条表征图R_C：

R_C＝R_S-γ·(G_σ*R_D)

其中R_S表示输入图像的全方向Gabor响应，γ是一个用户输入的平衡因子，G_σ表示一个均值为0，标准差为σ的高斯卷积核，通过得到的源图像细节区域，轮廓区域以及阴影层细节区域的线条表征图R_D，R_C以及对源图像的相应区域做不同程度的强化得到最终风格化结果。