[发明专利]一种基于样图的纹理合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纹理合成方法，特别是关于一种适用于对结构纹理和自然随机纹理进行合成的纹理合成方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展和进步，计算机网络的普及和人们对数字图像信息需求的增加，纹理合成技术受到人们越来越多的关注，在图像编辑、缺损图像的填充、数据压缩、大规模场景的生成以及真实感图像的绘制等方面都显示了广泛的应用前景，是计算机图形学、计算机视觉和图像处理等领域的研究热点之一。纹理合成基于给定的小区域纹理样本，按照表面的几何形状，拼合生成任意大小的纹理图像，它在视觉上是相似而连续的。纹理合成方法主要包括两大类：一类是特征匹配方法，把纹理当作一种特征集，通过在样图中进行特征匹配方法来生成新的纹理图像；另一类是MRF模型方法，把纹理图像描述成一个局部相关的、稳定的随机过程，目前大多数纹理合成方法都基于这一模型。

基于样图的纹理合成的发展，经历了从基于点的纹理合成到基于块的纹理合成。现有技术中，基于块的纹理合成方法比基于点的纹理合成方法的合成速度更快，而且在一定程度上能够保持纹理结构的连贯性，通过逐块合成如下而不是逐点进行，但是仍然存在问题，即纹理合成图像有时会出现过多的重复，对很多结构较强的纹理和自然随机纹理会产生边界不匹配现象。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能对结构纹理和自然随机纹理合成且有效保持边界连续的纹理合成方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于样图的纹理合成方法，包括以下步骤：1）从输入纹理中随机选取指定大小的样本块，产生样本块序列；2）从样本块序列中随机选取一块B1，放置到输出图像中；3）在每一个待合成块的位置，从输入样本块序列中搜索符合匹配条件的纹理块B2放置到合成图后使之与B1有一定的重叠区域；4）计算B1、B2重叠区域的多阶误差曲面；5）从4）计算的误差曲面中找到最佳分割路径作为新纹理块B2的边界，将B2拼贴到合成图中；6）在完成拼贴后加入泊松混合来优化处理分割路径周围边界不匹配区域；7）执行上述步骤1）～6），直至纹理合成结束。

所述步骤4）计算B1、B2重叠区域的多阶误差曲面：

式中，B1^ov、B2^ov分别为重叠区域，N的取值为2的n次方（n取1,2…n）。

所述步骤5）从4）计算的误差曲面中找到最佳分割路径作为新纹理块B2的边界，将B2拼贴到合成图中，包括以下步骤：通过计算求得重叠区域最后一行的各点误差，取误差最小的一点，反向跟踪获得最佳分割路径。

所述计算重叠区域最后一行各点误差公式为：

式中，i和j分别代表像素的行和列；E_i,j是坐标为(i,j)像素的切割代价；e_ij是重叠区域对应相素的误差曲面。

所述步骤6）在完成拼贴后加入泊松混合来优化处理分割路径周围边界不匹配区域，包括以下步骤：在切割路径周围选取一定宽度的区域作为目标区域，源图像为重叠区域所属已合成块部分的剩余区域，利用构造泊松方程求解像素最优值的方法，在保留源图像梯度信息的同时，可以很好的融合源图像与目标图像的背景。该方法根据边界条件求解泊松方程，实现了梯度域上的连续，从而达到边界处的无缝融合。

所述构造的方程为：

式中，ΨA为目标块，ΨB为源图像块，ΨC为源图像块与目标块融合后的新图像块，、、分别为ΨA、ΨB、ΨC的边界。表示像素(x,y)处的图像梯度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明通过计算重叠区域的多阶误差曲面来得到更精确的最小误差路径，使得按照最小误差路径拼贴纹理块时得到更理想的结果。2、本发明引入了泊松混合来优化处理纹理合成中出现接缝不连续的现象，令纹理合成结果更加符合人的视觉感受。本发明可以广泛应用于纹理合成中。

附图说明

图1是本发明的纹理合成原理示意图。

图2是本发明的纹理合成方法的流程示意图。

图3是本发明的引入泊松混合优化示意图。

图4是本发明的合成结果示意图，图5（a）是样本纹理图像示意图，图5（b）、图5（c）和图5（d）是本发明当N分别取4,8,16时的合成结果示意图。

图6是现有技术的误差曲面示意图，x轴坐标为行数，y轴坐标为列数，z轴坐标为误差值。