基于块的纹理合成方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于块的纹理合成方法和装置。其中，该方法包括：查找候选纹理块集合中的每个候选纹理块与在目标纹理图中已合成纹理块的重叠区；将已合成纹理块中的重叠区记为B1ov，将候选纹理块中的重叠区记为B2ov，计算其中，是候选纹理块和已合成纹理区域相重叠部分中每个像素值的平方和误差；是候选纹理块和已合成纹理区域重叠区中每对对应像素的点乘和误差；采用积分图像方法计算平方和误差，采用FFT计算点乘和误差；根据每个候选纹理块对应的SSD确定最优纹理块；将上述最优纹理块与目标纹理图中已合成纹理块进行合成，重复以上步骤，直至完成目标纹理图的纹理合成。本发明加快了纹理合成速度。
【专利说明】基于块的纹理合成方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及图形图像处理领域，具体而言，涉及基于块的纹理合成方法和装置。
【背景技术】
[0002]基于样图的纹理合成方法(Texture Synthesis from Samples,TSFS)是继纹理映射、过程纹理合成方法之后发展起来的一种新的纹理合成方向。其原理为:基于给定的小区域纹理样本,按照物体表面的几何形状,拼合生成任意大小的纹理图像。
[0003]目前，TSFS技术有两大类:基于点的纹理合成和基于块的纹理合成。其中，基于点的纹理合成方法主要采用Markov Random Field (MRF,马尔科夫随机场)模型进行纹理合成，MRF模型认为纹理具有局部统计特征，即纹理中的任一部分都可以由其周围部分(即邻域)完全决定，对于大多数纹理，MRF模型能够很好地描述纹理的特征，提升了样图纹理合成的质量，但是由于每合成一·个像素都要搜索一遍样本图，运算量非常大，运算的速度也很慢。而基于块的纹理合成方法，其每次合成一个方形的区域，通过寻找最佳纹理块和按最佳缝合线拼接最佳纹理块来产生新的纹理，大大提高了合成速度，同时还避免了点合成过程中的模糊效果，对纹理结构保持的较好。
[0004]基于块的纹理合成方法的主要步骤如下:
[0005]( I)在输入的纹理样本图中任取一块纹理块B1，放在目标纹理图中，然后在纹理样本图中查找新的一块纹理块B2，具体查找方法包括以下步骤①至③:
[0006]①按照扫描线顺序，在纹理样本图中移动纹理块的左上角的位置，即从纹理样本图的(0，O)坐标开始，按照扫描线顺序把每一个点作为纹理块的左上角顶点，遍历纹理样本图，得到候选纹理块集合。
[0007]②对每个候选纹理块，按照重叠区宽度(overlapWidth)找到其与在目标纹理图中已经合成块的重叠区，在已合成纹理块中的重叠区记为B1'在候选纹理块中的重叠区记为B2°v，计算重叠区误差Error，用重叠区内对应像素的颜色差值平方和(SSD，Sum-of-SquaredDifferences)来度量该误差,计算方法为:
[0008]
【权利要求】
1.一种基于块的纹理合成方法，其特征在于，包括: 对纹理样本图中确定的候选纹理块集合中的每个候选纹理块，按照重叠区的宽度查找其与在目标纹理图中已合成纹理块的重叠区； 将所述已合成纹理块中的重叠区记为B1'将所述候选纹理块中的重叠区记为B2°v，计算所述重叠区对应像素的颜色差值平方和
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用积分图像方法计算所述平方和误差包括: 根据所述候选纹理块在所述纹理样本图中的位置和所述重叠区的形状查找对应的平方和误差表，得到所述候选纹理块和所述目标纹理图中已合成纹理区域相重叠部分中每个像素值的平方和误差； 其中，所述平方和误差表为预先根据纹理合成参数，采用积分图像方法计算每一个候选纹理块相对于垂直重叠区、水平重叠区和L型重叠区的平方和误差，并分别存入所述垂直重叠区、所述水平重叠区和所述L型重叠区对应的平方和误差表中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用积分图像方法计算每一个候选纹理块相对于垂直重叠区、水平重叠区和L型重叠区的平方和误差包括: 计算纹理样本图中每个像素点的平方值，根据所述每个像素点的平方值生成所述纹理样本图的积分图像； 根据所述积分图像采用下述方法计算每一个候选纹理块相对于垂直重叠区、水平重叠区和L型重叠区的平方和误差: 垂直重叠区平方和误差计算:用垂直重叠区右下角像素点的积分图像减去右上角像素点的积分图像，再减去左下角像素点的积分图像，加上左上角像素点的积分图像； 水平重叠区平方和误差计算:用水平重叠区右下角像素点的积分图像减去右上角像素点的积分图像，再减去左下角像素点的积分图像，然后加上左上角像素点的积分图像； L型重叠区平方和误差计算:用垂直重叠区平方和误差加上水平重叠区平方和误差，再减去交叠区平方和误差；其中，所述交叠区为垂直重叠区和水平重叠区的重合区，所述交叠区平方和误差等于所述交叠区右下角像素点的积分图像减去所述重叠区右上角像素点的积分图像，再减去所述重叠区左下角像素点的积分图像，然后加上所述重叠区左上角像素点的积分图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用FFT计算所述点乘和误差包括:根据已合成纹理块在目标纹理图中的位置，确定当前纹理合成过程的重叠区形状，根据所述重叠区形状和候选纹理块的尺寸构造卷积模板，其中，所述卷积模板重叠区部分的像素值为已合成纹理块的像素值，重叠区以外的像素值赋为0 ;所述卷积模板为垂直型模板、水平型模板或L型模板； 对所述卷积模板进行反转； 将所述反转后的卷积模板的尺寸扩展至所述纹理样本图的尺寸； 分别对所述纹理样本图和扩展后的卷积模板进行二维FFT运算，得到频域信号；在频域内进行乘法计算后再做二维FFT反变换，得到卷积的结果矩阵； 从所述卷积的结果矩阵中截出原始卷积模板与纹理样本图完全重合时得到的卷积值子矩阵，所述卷积值子矩阵保存的结果即为当前合成过程中，所有候选纹理块与所述纹理样本图在重叠区内对应像素点的点乘和误差。
5.一种基于块的纹理合成装置，其特征在于，包括: 重叠区查找模块，用于对纹理样本图中确定的候选纹理块集合中的每个候选纹理块，按照重叠区的宽度查找其与在目标纹理图中已合成纹理块的重叠区； 重叠区误差计算模块，用于将所述已合成纹理块中的重叠区记为B1'将所述候选纹理块中的重叠区记为B2'计算所述重叠区对应像素的颜色差值平方和
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述具体误差计算模块包括: 平方和误差查表单元，用于根据所述候选纹理块在所述纹理样本图中的位置和所述重叠区的形状查找对应的平方和误差表，得到所述候选纹理块和所述目标纹理图中已合成纹理区域相重叠部分中每个像素值的平方和误差； 其中，所述平方和误差表为预先根据纹理合成参数，采用积分图像方法计算每一个候选纹理块相对于垂直重叠区、水平重叠区和L型重叠区的平方和误差，并分别存入所述垂直重叠区、所述水平重叠区和所述L型重叠区对应的平方和误差表中。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述平方和误差查表单元包括: 积分图像生成子单元，用于计算纹理样本图中每个像素点的平方值，根据所述每个像素点的平方值生成所述纹理样本图的积分图像； 平方和误差计算子单元，用于根据所述积分图像采用下述方法计算每一个候选纹理块相对于垂直重叠区、水平重叠区和L型重叠区的平方和误差: 垂直重叠区平方和误差计算:用垂直重叠区右下角像素点的积分图像减去右上角像素点的积分图像，再减去左下角像素点的积分图像，加上左上角像素点的积分图像； 水平重叠区平方和误差计算:用水平重叠区右下角像素点的积分图像减去右上角像素点的积分图像，再减去左下角像素点的积分图像，然后加上左上角像素点的积分图像； L型重叠区平方和误差计算:用垂直重叠区平方和误差加上水平重叠区平方和误差，再减去交叠区平方和误差；其中，所述交叠区为垂直重叠区和水平重叠区的重合区，所述交叠区平方和误差等于所述交叠区右下角像素点的积分图像减去所述重叠区右上角像素点的积分图像，再减去所述重叠区左下角像素点的积分图像，然后加上所述重叠区左上角像素点的积分图像。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述具体误差计算模块包括: 卷积模板构造单元，用于根据已合成纹理块在目标纹理图中的位置，确定当前纹理合成过程的重叠区形状，根据所述重叠区形状和候选纹理块的尺寸构造卷积模板，其中，所述卷积模板重叠区部分的像素值为已合成纹理块的像素值，重叠区以外的像素值赋为O ;所述卷积模板为垂直型模板、水平型模板或L型模板； 模板反转与扩展单元，用于对所述卷积模板构造单元构造的所述卷积模板进行反转；将所述反转后的卷积模板的尺寸扩展至所述纹理样本图的尺寸； 卷积运算单元，用于分别对所述纹理样本图和所述模板反转与扩展单元扩展后的卷积模板进行二维FFT运算，得到频域信号；在频域内进行乘法计算后再做二维FFT反变换，得到卷积的结果矩阵； 点乘和误差确定单元，用于从所 述卷积运算单元得到的所述卷积的结果矩阵中截出原始卷积模板与纹理样本图完全重合时得到的卷积值子矩阵，所述卷积值子矩阵保存的结果即为当前合成过程中，所有候选纹理块与所述纹理样本图在重叠区内对应像素点的点乘和误差。
【文档编号】G06T3/40GK103440618SQ201310441599
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】普园媛, 徐丹, 覃日钊, 赵征鹏, 王朝晖 申请人:云南大学