[发明专利]一种彩色素描模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，更具体地，涉及一种彩色素描模拟方法。

背景技术

非真实感绘制是指利用计算机生成具有绘画风格的图形或图像的技术，它以模拟图形的艺术特性为主要目标。这个概念在上个世纪八十年代被提出，发展至今已经可以很好地模拟油画、水彩、水墨、素描以及卡通等艺术风格。人们虽对素描有着浓厚的兴趣，手工绘画却不是所有人都能够轻易掌握的技能，因此利用计算机自动生成铅笔画的技术越来越受到人们的重视。人们已经提出了许多生成铅笔画的方法，但是这些方法大部分都是对黑白素描的模拟。

发明内容

本发明为解决以上现有技术难题，提供了一种彩色素描模拟方法，该方法可以高效逼真的模拟出彩色素描。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种彩色素描模拟方法，包括以下步骤：

S1.使用K-means聚类分割方法对图像进行分割，将图像分割成若干个区域；

S2.以图像所分割区域原来的颜色为依据，为每个区域指定主色调和副色调；各个分割区域所确定的主色调和副色调联结在一起形成图像的主色调层和副色调层；

S3.依据随机赋值算法对主色调层和副色调层进行赋值处理，分别生成主色调层和副色调层的噪声图像；

S4.对每个区域围绕其中心建立边长为m的窗口，将该窗口转换到频域；然后将频域分成几个不同的角度区间，并计算每个角度区间的能量值和总体均值；将计算获得的最大能量值与总体均值进行比较，若两者之间的比例大于所设定的阈值，则判定该区域的纹理走向与最大能量值所对应的角度垂直；

S5.对主色调层和副色调层噪声图像中的每个像素点，以其为中心沿其所属区域的纹理走向的正、反两个方向查找与其相邻的n个像素点以形成流线，利用卷积核对流线上各个像素点的噪声值进行卷积计算，并将计算得到的结果赋值给主色调层或副色调层噪声图像中的原像素点；

S6.使用霓虹变换的方法对图像进行处理，得到素描轮廓；

S7.将步骤S5得到的主色调层和副色调层噪声图像按照上下次序使用双色调映射的方法进行融合，得到彩色素描的纹理图，在纹理图的基础上叠加素描轮廓，即可得到彩色素描的效果。

优选地，所述完成步骤S6后，使用以下方法生成纸肌理：

将一张纸纹理灰度图像当作一个高度场来考虑，其中的高、低强度分别对应着素描纸张本身的凸起和凹陷；首先计算出纸张高度的平均值，对于高度大于平均值的点，对纸纹理灰度图像在相应位置的强度做同比例的加深；而对高度小于平均值的点，则对纸纹理灰度图像在相应位置的值做相同比例的减淡处理；具体如下：

其中p_x,y代表纸纹理灰度图像在(x,y)坐标处的强度，t_x,y代表素描纸在(x,y)位置的灰度，代表整张素描纸灰度的平均值，k代表一个强度系数。

计算得到纸肌理后，步骤S7将纸肌理、主色调层和副色调层噪声图像按照上下次序使用双色调映射的方法进行融合，得到彩色素描的纹理图。

优选地，所述步骤S1在使用K-means聚类分割方法对图像进行分割前，需要为分割算法确定K个初始的聚类中心，即需要确定图像当中主色调的个数，其具体过程如下：将图像转化到HSV色彩空间，通过计算色调直方图来判定图像中主色调的个数，从而确定K值。

优选地，所述步骤S3的随机赋值算法具体如下：

其中p表示当前像素的灰度值，noise表示赋予当前像素的像素值，r表示一个随机数，l₁、l₂表示两个分级阈值，其将[0,255]分成了三个灰度级；noise_max为噪声图像中的最大强度值；noise_min1、noise_min2、noise_min3为三个灰度级的最小灰度值。

优选地，所述l₁、l₂分别为24和79，所述noise_max为255，所述noise_min1、noise_min2、noise_min3分别为5、25、80。

优选地，所述步骤S5进行卷积计算的具体过程如下：