[发明专利]一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法

权利要求书

1.一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其特征在于，基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法的具体步骤是：

步骤一、提取特征线条：

S1、将原始图像的图像矩阵I导入到以x、y为坐标轴的坐标系中，图像中每个像素点的位置为(i，j)，每个像素点的像素值为I(i,j)；

S2、对图像应用形态学开运算和闭运算，以减少图像中的噪声点并平滑边缘；

S3、使用加权平均法将应用形态学开运算和闭运算处理得到的图像矩阵I转化为灰度图像，同时通过一个利用sin函数的线性变换S将图像中每个像素点的像素值转换到0-m范围内，以方便确定像素差的范围，具体公式如下：

S(I(i,j))＝m*sin(I(i,j)) (1)，

其中，m为大于零的常数，I(i,j)为像素点的像素值，S(I(i,j))为I(i,j)经过sin函数的线性变换S得到的像素值；

S4、设置阈值t，逐行逐列扫描图像，将除边界点外的其他点的像素值分别与其周围的8个邻接点的像素值进行比较，若存在一个比较差值大于阈值t，则判定该点为特征线条上的点，并将其像素值设为0，若比较差值均小于阈值t，则判定该点不在特征线条上，并将其像素值设为255；调节阈值得到一个相对较好的特征线条图；特征线条图上的点满足：

I(i,j)-I(a,b)t (2)，

其中，a表示邻接点的行号，取值为i-1和i+1；b表示邻接点的列号，取值为j-1和j+1；其中，t取值范围在0.3-2.5之间，不同的图像阈值t取值不同；

S5、逐行逐列扫描特征线条图，通过与8个邻接点比较去除特征线条图的散点噪声，当该点的像素值为0且其邻接点的像素值全部大于0时，该点即为噪声点，将其像素值设为0，噪声点满足：

I(i,j)＝＝0I(a,b)0 (3)；

步骤二、锐化增强：对原始图像光滑处理进而对图像进行锐化增强；

步骤三、局部信息增强：结合特征线条图，对锐化增强后的图像与特征线条图相对应的部分进行增强处理；

步骤四、差分运算：对局部信息增强后的图形进行差分运算获得二维的凹浮雕图像；

步骤五、三角化：将二维的凹浮雕图像转化为以三角网格表示的三维模型，最终实现凹浮雕模型的生成。

2.如权利要求1所述的一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其特征在于，所述锐化增强的具体步骤是：

步骤一、定义一个高斯模板对原始图像进行进行光滑处理；

步骤二、利用二维Unsharp Masking算法对图像进行锐化增强，锐化增强的结果为：

G(i,j)＝f(i,j)+k(f(i,j)-g(i,j)) (4)，

其中，G(i,j)为原始图像锐化增强后的矩阵，f(i,j)为原始图像的灰度图矩阵，g(i,j)为原始图像光滑后的矩阵，k为一个控制增强程度的常数因子。

3.如权利要求2所述的一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其特征在于，所述控制增强程度的常数因子k取值为5。

4.如权利要求1所述的一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其特征在于，所述局部信息增强的具体步骤是：

将锐化增强后的原图附加于特征线条图，设定像素差为64，对特征线条图上的点，逐行逐列扫描，若特征线条图上存在某点与其周围相对应的点有像素差，则对所有这些相对应的点进行变换，以达到局部信息增强的目的。

5.如权利要求1所述的一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其特征在于，所述差分运算通过线性空间滤波技术实现。

6.如权利要求1所述的一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其特征在于，所述三角化的具体步骤是：

步骤一、设置一个相位差os，逐行逐列扫描二维凹浮雕图像，将像素值减去相位差os作为三维凹浮雕刻进基平面的高度值；

步骤二、调节相位差os的取值，以得到雕刻线较深且无变形的三维凹浮雕模型。

7.如权利要求6所述的一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其特征在于，所述相位差os的取值在0.7-1.5范围内。