专利名称：不规则鳞片马赛克图片生成方法
技术领域：
本发明涉及一种马赛克图片生成方法。
背景技术：
如何给图片加上马赛克一直是一个有趣并吸引人的问题，所谓给图片加上马赛克，是指将原图通过算法划分成若干小的区域，每个区域称为一个鳞片，对每个鳞片用一个新的与原图相近的鳞片来替代，从而得到一种鳞片化的艺术效果的过程。随着人们对这个问题的研究，多种不同的给马赛克图片加上马赛克的方法被提出并实现。
传统马赛克图片的特点是每个小的鳞片都是一个具有相同颜色的色块。如今，随着数字媒体技术的发展，人们可以接触到的图像越来越多，大量的图像中包含的信息量也是巨大的。由此，人们想到可以用具有一定内容的小图片来代替具有相同颜色的色块作为组成马赛克图片的基本单元，在保留传统马赛克图片的特征的同时引入新的元素，从而给观赏者带来更大的视觉冲击。
由此，可以引出本发明中所要实现的马赛克图片的定义，即一张由一定量的小图片拼接在一起组成的大图片，其中每一个小图片我们称之为鳞片。当从近处看时，我们能够看清楚每一个鳞片的内容，当从一定距离的远处看时，我们看到的是一个整体上的大图，这个大图就是我们所要用鳞片拼接成的原图。
对于上述的生成马赛克图片的问题，目前已有的与本发明最接近的技术方案说明如下
首先，将原图用网格均等的划分为若干相同大小的小块，通过这样的划分将生成马赛克图片的问题转换成如何对每一个小块进行匹配，从鳞片库中选出与原图鳞片最相似的鳞片即单个鳞片匹配的问题。
存在着下述缺陷
在目前已有的方法中，第一步通常都是对原图进行划分成固定大小原始鳞片。在进行鳞片匹配和鳞片替换的过程中，我们需要将选中替换的鳞片拉伸到原图被划分成的鳞片的大小，这样就会由于改变了替换鳞片的长宽比对鳞片内容产生影响。如何不改变替换鳞片的长宽比例不影响替换鳞片所表现的内容以及表现效果的情况下得到表现效果好，视觉效果好冲击力强的马赛克图片，是现有技术留下的问题。发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种不改变替换鳞片长宽比、不对原图进行鳞片划分的、全新的不规则鳞片马赛克图片生成方法。
为达上述目的，本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法包括以下步骤
步骤I :根据预设搜索方法确定原图中尚未替换区域中的当前替换区域；
步骤2 :在替换图库中按照预设匹配方法查找最佳替换鳞片并将查找到的最佳鳞片更新到当前替换区域；
重复步骤I-步骤2直至原图全部替换完成。
进一步地，
所述预设搜索方法为优化点方法；
所述优化点方法包括以下步骤
搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成的各转角的顶点，所有顶点构成集合V;
统计集合V中每个顶点中左上、左下、右上以及右下四个位置中尚未替换且未到达原图边界或已替换区域边界的位置的个数K ;
选取K值最小的顶点所在未替换区域为当前替换区域。
进一步地，当集合V中有多个顶点的K值相等且最小，则任选其中一个K值最小的顶点所在的尚未替换区域为当前替换区域。
进一步地，所述预设搜索方法为左顶点方法；
所述左顶点方法包括以下步骤
搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成各转角的顶点中最左的顶点；
选取所述最左的顶点所在的未替换区域为当前替换区域。
进一步地，所述预设搜索方法为视觉焦点优先方法；
所述视觉焦点优先方法包括以下步骤
步骤Cl :搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成各转角的顶点离视觉焦点距离最近的点；
步骤C2 :选取步骤Cl的所搜索到的顶点所在的未替换区域为当前替换区域；
其中，初始化当前替换区域为原图指定的视觉焦点位置左上、左下、右上以及右下中的一个区域。
进一步地，所述预设匹配方法包括以下步骤
步骤Pl :计算替换图库中每一替换鳞片与当前替换区域之间的图片距离D ;
步骤P2 :选取与当前替换区域图片距离最小或图片距离小于阈值的替换图片为佳替换鳞片；
其中所述图片距离D = Dcol+Dvar ；
所述Dm1为与替换鳞片等同大小当前替换区域降采样值等同像素大小时，相互对应位置像素点颜色值之差的平方和；
所述Dra为与替换鳞片等同大小当前替换区域的颜色值方差。
进一步地，
所述图片距离D = Dcol+Dvar+Dshape ；
其中所述Dshape为若替换鳞片替换当前替换区域后，与已替换区域重叠部分与超出原图边界部分之和与该替换鳞片总面积的比值。
本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法的有益效果
I、本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法，取消了传统马赛克图片生成方法中对原图鳞片的划分，取而代之以预设搜索策略，从而不需要改变替换鳞片的大小，从而可以更加完整的保存替换鳞片信息，以增强生成的马赛克图片的表现效果和视觉冲击力。
2、本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法，打破了传统马赛克图片生成方法中以原图鳞片为主，替换鳞片需要根据原图鳞片改变自身大小的陈规，提供了一种全新的马赛克图片生成方法，符合马赛克图片发展中不仅强调保留原图所要表现的图片信息的同时强调替换鳞片的所要表达的信息的发展趋。
3、本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法，所述预设匹配方法可以采用传统的方法中的任意一种，本发明优选了通过计算图片距离并选取最小图片距离或图片距离小于阈值所对应的替换鳞片为最佳替换鳞片的方法，从而本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法具有匹配相似度大，精确性高的特点。
4、本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法，在计算图片距离的过程中，引入了一个不同以往的Dvm参数，用以使的原片信息密集的地方用面积较小的替换鳞片替换，进一步优化显示效果。
5、本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法，在计算图片距离的过程中，针对替换过程中可能造成的替换鳞片之间的重叠现象以及替换鳞片超出原图边界的问题引入了一个全新的Dshape参数，从而可以将重叠显现和超出边界现象降低，进一步提高图片的显示效果O
图I是图I是本发明实施例二所述的优化点方法形成的图片变化状态图2是本发明实施例二所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法的流程图3是本发明实施例三所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法形成的替换状态图4是本发明实施例四所述的左顶点方法形成的图片变化状态图5是本发明实施例五所述的视觉焦点优先方法形成的图片变化状态图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例一
本实施例不规则鳞片马赛克图片生成方法包括以下步骤
步骤I :根据预设搜索方法确定原图中尚未替换区域中的当前替换区域；
步骤2 :在替换图库中按照预设匹配方法查找最佳替换鳞片并将查找到的最佳鳞片更新到当前替换区域；
重复步骤I-步骤2直至原图全部替换完成。
在传统的马赛克图片生成方法中，原图将被分成很多原始鳞片，替换鳞片通过预设的匹配方法找到替换效果好的替换鳞片，再通过裁切或者拉伸使得替换鳞片满足被替换的原始鳞片的大小，这种传统的替换方法满足了尽可能的保留原图信息的效果，可是却造成了替换鳞片图片信息的丢失，而本实施例所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法，则是以替换鳞片的大小、尺寸为主，再不改变替换鳞片大小的情形下，通过与当前替换区域的匹配找到最佳替换鳞片。这样不仅可以很完整的表现原图所要传达的图片信息，同时不会影响替换鳞片内容的表达。
在具体的实施过程中所述预设搜索方法包括随机定点的方法即随机抓去未替换区域然后与替换图库中的各替换鳞片开始匹配，寻找最佳替换鳞片。所述预设匹配方法包括常见的阈值匹配，即当前替换区域与替换鳞片在颜色特征、纹理特征、对比度特征中一个或多个特征满足一定的阈值即可认为是最佳替换鳞片。
实施例二
如图2所示，本实施例不规则鳞片马赛克图片生成方法包括以下步骤
步骤I :根据优化点方法确定原图中尚未替换区域中的当前替换区域；
步骤2 :在替换图库中按照预设匹配方法查找最佳替换鳞片并将查找到的最佳鳞片更新到当前替换区域；
所述预设搜索方法为优化点方法；
如图I所示，所述优化点方法又包括以下步骤
搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成的各转角的顶点，所有顶点构成集合V;
统计集合V中每个顶点中左上、左下、右上以及右下四个位置中尚未替换且未到达原图边界或已替换区域边界的位置的个数K ;
选取K值最小的顶点所在未替换区域为当前替换区域。
如图I中的图片A所示，未进行替换的原图则边界处为原图的边界，则四个顶点组成了集合V，且四个顶点左上、左下、右上以及右下四个位置中尚未替换且未到达原图边界或已替换区域边界的位置的个数均为1，即K = 1，可以任选一个或者根据预设的优先原则选择如优先左上、左下或者离原图边界最近的顶点。本实施例中任选一个为左上位置的点； 从而替换了替换鳞片后生成了图片B。
在图片B中，未替换区域与已替换区域交界处交界线形成的各转角的顶点，所示顶点共3个均用圆圈表示，分别是顶点I、顶点2、顶点3。其中左上、左下、右上以及右下四个位置中尚未替换且未到达原图边界或已替换区域边界的位置的个数K，顶点I所对应的K =I，顶点2所对应的K = 3,顶点3所对应的K = I ;综合上述可知可供选择的最优顶点为两个，分别是顶点I和顶点3。可以根据优先规则选择一个，而本实施例所述的优先规则为任意择一；故图片B所生成的图片可能是图片C或图片D中的任意一种。
其中在图片A-图片D中圆圈代表顶点，实心圆圈代表K值最小的可供选择的最佳顶点。
其中所述预设匹配方法又包括以下步骤
步骤Pl :计算替换图库中每一替换鳞片与当前替换区域之间的图片距离D ;
步骤P2 :选取与当前替换区域图片距离最小或图片距离小于阈值的替换图片为佳替换鳞片；
其中所述图片距离D = Dcol+Dvar ；
所述Dm1为与替换鳞片等同大小当前替换区域降采样值等同像素大小时，相互对应位置像素点颜色值之差的平方和；
所述Dra为与替换鳞片等同大小当前替换区域的颜色值方差。
即在确定了当前替换区域后，匹配替换图库中替换鳞片与替换区域其所要覆盖区域的颜色以及颜色的差异变化的。Dral可以由R、G、B三个通道的颜色值；Dral表示对应像素点之间的颜色差异的大小，而Dvm表示的则是与替换鳞片同等大小的当前替换区域的颜色值方差。当颜色值采用R、G、B三个通道的颜色值来表示，则Dvm是各个通道颜色值方差之和。Dvar的作用是使得原图精细或者说变化剧烈的位置倾向于用较小的图片来替换，这样能使得最终效果更理想。原因是，在原图精细的地方Dvm值会比较大，在图片距离中所占比重会增加，因此该值的大小更容易影响到整个图片距离，对于较小图片尺寸该值比较小，因此倾向于选用较小图片。反之，对于原图光滑的地方，该值较小，图片距离主要取决于颜色距离，尺寸问题影响较小。
实施例三
如图3所示，本实施例不规则鳞片马赛克图片生成方法，在步骤2中计算图片距离的时候，还包括计算Dshape，所述Dshape为若替换鳞片替换当前替换区域后，与一替换区域重叠部分与超出原图边界部分之和与该替换鳞片总面积的比值。图片D在优化点方法确认当前替换区域并且通过计算图片距离D = Dcol+Dvar+Dshape得到了最佳替换方案E ;其中Dshape的比值等于图中斜杠表示的部分与替换鳞片e的总面积之比。故可知Dshape的取值0，1之间且取值越小越好，故图片距离D的取值越小也好，则马赛克图片重复区域就越少，替换鳞片所损失的图片信息就越少，表现的内容就越丰富。
实施例四
如图4所示，本实施例3在实施例一的基础上，所述的预设搜索方法为左顶点方法;
所述左顶点方法包括以下步骤
搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成各转角的顶点中最左的顶点；图片A中所有顶点共有4个均用圆圈表示，而实心圆表示的最左顶点有两个，任选其中最左的顶点所在未替换区域为当前替换区域，通过匹配生成了最佳替换图片B，在替换图片B中共有顶点3个，其中实心圆表示的为最左的顶点，故去顶了顶点3所在的为替换区域为当前替换区域，故生成了图片D。且图片D中共有5个顶点，且最左的顶点为仅有一个由实心圆表/Jn ο
实施例五
如图5所示,本实施例在实施例一的基础上,所示预设搜索方法为视觉焦点优先方法
所示视觉焦点优先方法的初始化，选取图片的视觉焦点位置左上、左下、右上以及右下中的一个区域如图片H所示，其中中央位置的实心圆点为中心点。本实施例中将视觉焦点指定为图片的中心点，视觉焦点还可以是图片的黄金分割点，还可以是根据图片明暗效果中所凸显位置的指定点。
步骤Cl :搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成各转角的顶点离视觉焦点距离最短的点；图片M是已经更新了两块替换鳞片形成的示意图。图片N中为中心点处已经替换完毕，各圆圈代表的是各顶点，其中实心点代表离中心点最近的顶点。该顶点所在未替换区域为当前替换区域。
步骤C2 :选取步骤Cl的所搜索到的顶点所在的未替换区域为当前替换区域；
其中，初始化当前替换区域为指定的视觉焦点在本实施中为原图中心点。本实施例可以根据图片观看者的观看习惯以及原图视觉冲击力强弱来指点初始化点，可以在该区域内得到最优的替换效果。在替换过程中越往后替换的区域，替换的局限相对更多，故而通过从指定的视觉焦点开始替换可以尽量的减少在视觉冲击力强的区域造成替换鳞片之间重叠，以使图片观看者可以更多接收替换图片的信息，从而弱化了边缘区域或者如明暗图片中不强度暗部分的图片，在替换过程中形成替换图片之间的重叠造成影响。本实施例所述的不规则鳞片马赛克图片方法生成的马赛克图片不改变替换图片的大小和长宽比，可以很完整的全面的表现原图信息的同时，尽可能多的丰富了替换图片信息的传递。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种不规则鳞片马赛克图片生成方法，其特征在于，所述不规则鳞片马赛克图片生成方法包括以下步骤 步骤I:根据预设搜索方法确定原图中尚未替换区域中的当前替换区域； 步骤2 :在替换图库中按照预设匹配方法查找最佳替换鳞片并将查找到的最佳鳞片更新到当前替换区域； 重复步骤I-步骤2直至原图全部替换完成。
2.根据权利要求I所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法，其特征在于， 所述预设搜索方法为优化点方法； 所述优化点方法包括以下步骤 搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成的各转角的顶点，所有顶点构成集合V； 统计集合V中每个顶点中左上、左下、右上以及右下四个位置中尚未替换且未到达原图边界或已替换区域边界的位置的个数K ; 选取K值最小的顶点所在未替换区域为当前替换区域。
3.根据权利要求I所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法，其特征在于，当集合V中有多个顶点的K值相等且最小，则任选其中一个K值最小的顶点所在的尚未替换区域为当前替换区域。
4.根据权利要求I所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法，其特征在于，所述预设搜索方法为左顶点方法； 所述左顶点方法包括以下步骤 搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成各转角的顶点中最左的顶点； 选取所述最左的顶点所在的未替换区域为当前替换区域。
5.根据权利要求I所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法，其特征在于，所述预设搜索方法为视觉焦点优先方法； 所述视觉焦点优先方法包括以下步骤 步骤Cl :搜索未替换区域与已替换区域交界处交界线形成各转角的顶点离视觉焦点距尚最近的点； 步骤C2 :选取步骤Cl的所搜索到的顶点所在的未替换区域为当前替换区域； 其中，初始化当前替换区域为原图指定的视觉焦点位置左上、左下、右上以及右下中的一个区域。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法，其特征在于，所述预设匹配方法包括以下步骤 步骤Pl :计算替换图库中每一替换鳞片与当前替换区域之间的图片距离D ； 步骤P2 :选取与当前替换区域图片距离最小或图片距离小于阈值的替换图片为佳替换鱗片； 其中所述图片距离D = Dral+Dvar; 所述Dm1为与替换鳞片等同大小当前替换区域降采样值等同像素大小时，相互对应位置像素点颜色值之差的平方和； 所述Dvm为与替换鳞片等同大小的当前替换区域颜色值方差。
7.根据权利要求6所述的不规则鳞片马赛克图片生成方法，其特征在于，所述图片距离 D = Dcol+Dvar+Dshape ； 其中所述Dshape为若替换鳞片替换当前替换区域后，与一替换区域重叠部分与超出原图边界部分之和与该替换鳞片总面积的比值。
全文摘要
本发明公开了一种不规则鳞片马赛克图片生成方法，为解决现有的马赛图片生成的过程中首先将原图划分成固定大小的鳞片，再通过匹配方法得到适合的替换鳞片，造成替换鳞片的大小、长宽比的改变形成的替换鳞片所需展现的图片信息的丢失以及图片效果的弱化而设计。所述不规则鳞片马赛克图片生成方法包括以下步骤步骤1根据预设搜索方法确定原图中尚未替换区域中的当前替换区域；步骤2在替换图库中按照预设匹配方法查找最佳替换鳞片并将查找到的最佳鳞片更新到当前替换区域；重复步骤1-步骤2直至原图全部替换完成。本发明不规则鳞片马赛克图片生成方法，实现简单，提供了一种全新的不改变替换鳞片大小以及长宽比的马赛克图片生成方法。
文档编号G06T11/00GK102930569SQ20121037133
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者张长水, 常大庆 申请人:清华大学