一种彩色素描模拟方法与流程

技术特征：

1.一种彩色素描模拟方法，其特征在于：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。

2.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：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：

$p=p_{x,y}-k\×(t_{x,y}-\hat{t})$

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。

3.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：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。

5.根据权利要求4所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：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。

6.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：所述步骤S5进行卷积计算的具体过程如下：

$g(x,y)=\frac{\underset{i=0}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i\×h_i+\underset{i=0}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\·}\×h_i^{\·}}{\underset{i=0}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i+\underset{i=0}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^{\·}}$

其中，g(x,y)为卷积计算得到的向像素点(x,y)赋予的值，p_i与分别为该像素点在其所属区域的纹理走向的正、反方向上的第i个相邻像素的强度，l代表纹理线条的长度；

$h_i=\underset{s_i}{\overset{s_i+{\mathrm{\Δs}}_i}{\∫}}k\left(w\right)dw\begin{array}{c}{s}_0=0\\ s_i=s_{i-1}+{\mathrm{\Δs}}_{i-1}\end{array}$

其中，k(w)代表卷积核，Δs_i代表流线在矢量的正、反两个方向上实际走过的距离。

7.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：所述步骤S2中，为每个区域指定主色调和副色调的具体过程如下：

设区域的主色调为c，即基本色库中的颜色c_i与c的颜色差异d_i按照公式定义如下：

$d_i=i\×\sqrt{{(r_i-r)}^2}+j\×\sqrt{{(g_i-g)}^2}+k\×\sqrt{{(b_i-b)}^2};$

其中，r、g、b分别代表主色调c在RGB色彩空间下的三原色分量，r_i、g_i、b_i分别代表颜色c_i在RGB色彩空间下的三原色分量，i、j、k则为依照人眼的生理特性设置的三个权值；

通过以上方式依次算出基本色库中的颜色与区域的主色调c的颜色差异，然后选取d_i最小时的颜色c_i作为该区域的主色调，确定主色调后，再通过以上方法从基本色库剩余的颜色中选取另一种颜色作为区域的副色调。

8.根据权利要求1所述的彩色素描模拟方法，其特征在于：所述步骤S7中，使用双色调映射的方法进行融合的具体过程如下：

$c=\[\begin{array}{cccc}{g}_0& g_1& g_2& g_{1,2}\end{array}\]\×\left[\begin{array}{c}(1-{\mathrm{\α}}_1)(1-{\mathrm{\α}}_2)\\ {\mathrm{\α}}_1(1-{\mathrm{\α}}_2)\\ (1-{\mathrm{\α}}_1){\mathrm{\α}}_2\\ {\mathrm{\α}}_1{\mathrm{\α}}_2\end{array}\right]$

其中c为融合后的颜色，g₀代表纸张的颜色，g₁和g₂分别代表主色调和副色调，g_1,2代表主色调和副色调叠加后的色彩，α₁、α₂则分别代表主色调和副色调的权值。