一种图像的背景去除和合成方法及装置与流程

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种图像的背景去除和合成方法及装置。

背景技术：

随着特效在电影和电视制作中的应用不断增加，使用特定背景幕和背景去除及合成技术也大量的应用在前期拍摄和后期的制作中。同时在机器视觉中，检测物体颜色的时候，也需要有效的去除背景及其颜色，避免对测量造成影响。图像的背景去除及合成技术所研究的是将图像或视频中的前景信息和背景信息分离开，并将分离的背景去除或替换为另外一幅背景的问题。是广泛应用于视频编辑和分割领域中的一类经典的数字图像处理与数字图像编辑问题。常见的背景去除技术，是使用特定颜色（如绿色）幕作为背景的，使用画面中的特定颜色作为需要去除的背景，并制作成透明背景。然而由于需要去除特定色，这会带来至少以下三个问题：

（1）前景中与背景相同的颜色也会被去除。这会给需要用到背景颜色的应用带来很大的问题，如机器视觉中的颜色检测应用，我们称之为特定色丢失；

（2）前景色受到作为背景的颜色的影响，使前景整体偏向背景色，我们称之为图像偏色；

（3）受到光源变化和多光源的影响，使用的特定色会与设定的颜色有偏差，在进行去除背景的时候需要对其范围进行离线标定，不利于进行实时检测。

技术实现要素：

本发明提供一种图像的背景去除和合成方法及装置，用于解决现有的背景去除技术在视频编辑和分割时，抠图丢失特定色，图像偏色问题，需要离线标定效率低下的问题。

一种图像的背景去除和合成方法，包括：

使用条纹幕进行图像或视频的拍摄；

基于条纹宽度因子，对带有条纹背景的图像或视频进行背景区域位置计算，得到背景区域信息；

对前景和背景区域边缘进行毛刺去除及平滑处理，计算出阿尔法叠加系数；

将前景图像和待合成背景图像进行阿尔法叠加，得到合成图像。

一种图像的背景去除和合成装置，包括：

条纹幕布，用于作为拍摄图像或视频的背景；

图像获取单元，用于获取以条纹为背景的图像或视频；

条纹背景信息计算单元，用于计算并得到条纹背景区域信息；

背景边缘处理单元，用于对前景和背景区域的边缘进行毛刺去除和平滑处理，并计算阿尔法叠加系数；

图像合成单元，用于利用阿尔法叠加系数，将前景图像和待合成图像进行阿尔法叠加，得到合成图像。

本发明实施例的背景去除和合成装置，采用条纹幕作为背景，从而可以在前景图像中使用所有的颜色，使用黑白条纹幕可以有效的防止前景图像的偏色，在去除背景的过程中也不需要对颜色范围进行离线标定，可以实时进行背景的去除。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种图像的背景去除和合成方法的方法流程图；

图2是本发明实施例中条纹幕的示意图；

图3是本发明实施例一中计算背景区域信息的方法流程图；

图4是本发明实施例三提供的图像的背景去除及合成装置的结构示意图；

图5是本发明实施例三中背景区域信息计算单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种图像的背景去除和合成的方法及装置。以下分别进行详细说明。

实施例一、

一种图像的背景去除和合成的方法，如图1、图3所示，具体流程如下：

101、使用条纹幕作为背景，对图像或视频进行拍摄。在拍摄前准备适合条纹宽度的条纹幕，条纹的选择：

条纹的宽度小于被拍摄物体的面积；

条纹通常可以选择均匀的黑白或彩色条纹；

条纹本身具有比较大的反差；

条纹的分布均匀，间距相同；

把条纹幕作为背景，使用图像获取设备如摄像机，对物体进行图像或视频的拍摄，得到带有条纹背景的图片或视频数据。

102、根据条纹的宽度，计算得到条纹因子；在图像或视频的拍摄过程中或后期处理中，根据条纹因子进行图像或视频的数据处理：

1021、首先基于灰度图像或rgb转换为灰度图像，并计算出条纹背景图像的黑白差值，或计算方差，得到二值化的阈值；基于二值化的阈值，对输入图像的灰度图进行二值化处理，得到第一次二值化图像。二值化图像阈值的计算和选取可以采用手动指定，也可以采用自动阈值算法如双峰算法，大津法(otsu)，当取最佳阈值时，条纹的黑色和白色部分的宽度相同。

1022、对第一次二值化的图像，进行开运算：

根据条纹因子计算腐蚀和膨胀的参数：模板系数和次数；

对输入图像进行一次或多次腐蚀操作，得到腐蚀图像；

对腐蚀图像进行一次或多次膨胀操作，得到开运算图像。

通过合理的选择模板系数和次数，得到的开运算图像，原始图像条纹背景部分会变成全黑的图像，图像的每个像素采用1字节存储的时候，得到全0的值。

1023、对第一次二值化的图像，进行闭运算：

根据条纹因子计算腐蚀和膨胀的参数：模板系数和次数；

对输入图像进行一次或多次膨胀操作，得到膨胀图像；

对膨胀图像进行一次或多次腐蚀操作，得到闭运算图像。

通过合理的选择模板系数和次数，得到的闭运算图像，原始图像条纹背景部分会变成全白的图像，图像的每个像素采用1字节存储的时候，得到全255的值，而前景图像和开运算图像相同。

1024、将开运算图像和闭运算图像对应像素相减并取绝对值，得到减运算图像。由于开运算图像和闭运算图像中前景部分的图像相同，条纹背景图像不同，因而减运算图像中，大于0的图像部分是条纹背景所在的区域，而等于0的部分为前景图像所在的区域。

1025、对减运算图像进行第二次二值化，二值化的阈值通常可以选择为黑和白条纹二值化后的中间值，得到第二次二值化图像。

103、根据第二次二值化图像和开闭运算信息，对前景和背景区域边缘进行平滑处理：

由于毛刺与条纹的开闭运算的次数有关，因而使用开闭运算中腐蚀和膨胀的次数，计算待处理边缘计算系数；

根据边缘计算系数，利用闭运算和与运算对计算宽度内的边缘图像进行剔除，将背景和前景的边缘进行平滑处理。

104、使用其他背景与前景进行阿尔法叠加，得到合成图像。

可见，本实施例在对图像的背景去除和合成时，采用条纹幕作为背景，从而可以在前景图像中使用所有的颜色，使用黑白条纹模可以有效的防止前景图像的偏色，在去除背景的过程中也不需要对颜色范围进行离线标定，避免了现有技术需要使用特定颜色（如绿色）幕作为背景，在视频编辑和分割时，所导致的抠图丢失特定色、图像偏色问题、需要离线标定效率低下等问题，可以较好地实现实时背景去除。

实施例二、

根据实施例一所描述的方法，结合具体的算法对本发明实施例作进一步说明。

1计算图像的灰度图

假定输入rgb图像为i，则输出的灰度图像为f

(1-1)

其中，为灰度图像中坐标点x,y对应的像素值，表示图像坐标，为输入图像坐标点x,y对应的r,g,b值。

2灰度图的二值化处理

通过自适应阈值算法，如ostu算法，计算得到二值化的阈值，生成二值化图像b

(2-1)

其中,为二值化图像坐标x,y点对应的像素值。

3二值图的开运算

二值图的开运算是通过先腐蚀后膨胀的方法完成的，其中的腐蚀运算为：

(3-1)

其中,为开运算腐蚀图像坐标点x,y对应的值，n为腐蚀运算的窗口尺寸的二分之一；

其中的膨胀运算为：

(3-2)

其中，为开运算膨胀图像坐标点x,y对应的值，n同上。

4二值图的闭运算

二值图的闭运算是通过先膨胀后腐蚀的方法完成的，

其中的膨胀运算为：

(4-1)

其中，为闭运算膨胀图像坐标点x,y对应的值，n为腐蚀运算的窗口尺寸的二分之一；

其中的腐蚀运算为：

(4-2)

其中，为闭运算腐蚀图像坐标点x,y对应的值，n同上。

5开运算图像和闭运算图像的减运算

(5-1)

其中，为相减后图像坐标点x,y对应的值，abs为求绝对值函数。

6第二次二值化运算

阈值th可以选择128，生成第二次二值化图像

(6-1)

其中，为第二次二值化图像坐标x,y点对应的像素值。

7边缘平滑处理

对边缘平滑处理，可以通过对第二次二值图进行闭运算，即通过先膨胀后腐蚀的方法完成；

其中的膨胀运算为：

(7-1)

其中，为闭运算膨胀图像坐标点x,y对应的值，n为腐蚀运算的窗口尺寸的二分之一；

其中的腐蚀运算为：

(7-2)

其中，为闭运算腐蚀图像坐标点x,y对应的值，n同上。

用预估的边缘宽度，确定腐蚀和膨胀的次数。

8阿尔法系数计算

(8-1)

其中，为系数阿尔法在坐标x,y点对应的值。

9与其他背景的叠加

(9-1)

其中，为最终合成图像在坐标x,y点对应的值，为待合成的背景图像在坐标x,y点的值。

可见，本实施例在对图像的背景去除和合成时，采用条纹幕作为背景，从而可以在前景图像中使用所有的颜色，使用黑白条纹模可以有效的防止前景图像的偏色，在去除背景的过程中也不需要对颜色范围进行离线标定，避免了现有技术需要使用特定颜色（如绿色）幕作为背景，在视频编辑和分割时，所导致的抠图丢失特定色、图像偏色问题、需要离线标定效率低下等问题，可以较好地实现实时背景去除。

实施例三、

相应的，本发明实施例还提供了一种图像的背景去除和合成的装置，参见图4，该装置包括：

条纹背景幕布201，用作拍摄图像或视频的背景。幕布示例见图2，图2给出的垂直条纹，显而易见的，也可以使用水平条纹或其他倾斜角度的条纹；

初始图像获取单元202，用于获取以条纹幕布为背景的图像，可以是以数码方式记录图像和视频的图像记录和处理设备；

条纹背景信息计算单元203，用于运用上面实施例提供的方法进行数据处理，分离和去除条纹背景图像；

背景边缘处理单元204，用于对分离后的前景和背景的边缘进行边缘休整；

图像合成单元205，用于将待合成背景和前景图像进行阿尔法叠加，得到合成图像。

进一步地，条纹背景信息计算单元203，可以由图5所示的模块组成，其中包括：

二值化子单元2031，用于将图像获取单元获得的数字图像，进行转化为灰度图，并进行二值化处理；

闭运算子单元2032，用于将第一次二值化的图像数据进行闭运算处理，得到将条纹背景部分的图像变为全白图像；

开运算子单元2033，用于将第一次二值化的图像数据进行开运算处理，得到将条纹背景部分的图像变为全黑的图像；

减运算子单元2034，用于将开运算和闭运算的数据图像进行相减，得到条纹背景图像部分大于0，而前景图像部分等于0的图像；

二值化子单元2035，用于将相减后的图像进行第二次二值化，得到需要去除的背景图像的位置数据。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚了解到本发明可以借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出的贡献全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令可以是一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器，其他可编程数据处理终端设备或者网络设备）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

综上，本发明实施例提供的一种图像的背景去除和合成方法及装置，通过使用条纹背景，并使用数字图像形态学处理方法去除条纹背景，并与期望的背景进行合成，解决了前景颜色丢失，偏色和需要离线标定效率低等问题。

以上对本发明实施例所提供的一种图像的背景去除和合成方法及装置进行了详细介绍，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。