一种将自然图像转换成水墨画风格图像的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于图像处理领域，特别涉及一种将自然图像转换成水墨画风格图像的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着相机数码化、手机相机化，一个全民摄影时代已经来临。对这些图像进行非真实感渲染也成为了图形图像处理领域的一个研宄热点。其中，水墨画风格处理就是一种重要的非真实感渲染技术。目前，基于现有的动画软件来制作水墨画需要大量的人机交互操作，而且其复杂程度并不亚于传统的手绘工作。故此，利用图像自动生成水墨画的研宄就显得尤为重要。
[0003]基于图像的自动水墨画生成算法是将一些用户预定义的笔刷纹理原语映射到待绘制的图像上，目前国际国内针对自动水墨画生成的研宄还为数不多，这种基于图像的自动水墨画生成方法不需要毛笔模拟就可以生成水墨画图像。但是，其算法效果并不理想，且处理过程也很费时。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种将自然图像转换成水墨画风格图像的方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种将自然图像转换成水墨画风格图像的方法，包括如下步骤:
51、将自然图像转换成灰度图像I，且灰度图像I的像素值范围为[0，I];
52、求解灰度图像I的阴影区域，得到阴影图像I_shadoW;
53、计算出灰度图像I的3副改进的FDOG图像I_FD0G1、I_FD0G2和I_FD0G3；
54、对图像I_FD0G2和I_FD0G3边缘细化分别得到其骨架图1_edgeS和I_edgeL；
55、对骨架图1_edgeS和I_edgeL分别进行笔划标记得到标记好的笔划图edgeLinesS和 edgeLinesL ；
56、分别在笔划图edgeLinesS和edgeLinesL上载入笔刷纹理；
57、初始化绘制图像I_painting，设置初始的绘制图像I_painting为全黑，使得其每个像素点的值都为零；
58、利用步骤S6中载入笔刷纹理后的笔划图edgeLinesL和图像I_FD0G1在绘制图像I_painting上绘制底层笔划，得到第一绘制图像I_paintingl ；
59、利用步骤S6中载入笔刷纹理后的笔划图edgeLinesS和图像I_FD0G1在第一绘制图像I_paintingl上绘制顶层笔划，得到第二绘制图像I_painting2 ；
510、对第二绘制图像I_painting2进行对比度调节得到第三绘制图像I_painting3；
511、将第三绘制图像I_painting3进行反相得到第四绘制图像I_painting4；
512、在第四绘制图像I_painting4上载入墨团浸染纹理得到第五绘制图像1_painting5； 513、利用步骤S6中载入笔刷纹理后的笔划图edgeLinesS和edgeLinesL在第五绘制图像I_painting5上绘制墨团浸染图层得到第六绘制图像I_painting6 ；
514、对步骤S2中阴影图像I_shadow和第六绘制图像I_painting6以正片叠底的方式进行融合得到第七绘制图像 I_painting7，也即，I_painting7 (y, x) = I_shadow (y, x) *I_painting6(y, X)，其中，I_painting7 (y, x)为第七绘制图像上像素值，I_shadow(y, x)为阴影图像像素值，I_painting6(y, x)为第六绘制图像像素值，(y, x)为像素的位置坐标；
515、载入宣纸纹理图，并与第七绘制图像I_painting7进行正片叠底融合，得到最终的水墨图像。
[0006]进一步的，步骤S3中计算出灰度图像I的3副改进的FDOG图像I_FD0G1、I_FD0G2和I_FD0G3均采用如下过程:
531、复制一份灰度图像I到新的图像I_tmp中；
532、根据参数sigma_r和phi，计算图像I_tmp的FDOG图像I_fdog；
533、将图像I_fdog以正片叠底的方式叠加到原图像I_tmp上，也即I_tmp(y, x)= I_fdog (y，x)* I_tmp(y, x)，其中，I_tmp(y, x)为图像 I_tmp 的像素值，I_fdog (y，x)为图像I_fdog的像素值，(y, x)为像素坐标位置；
534、重复步骤b、c直到达到最大迭代次数η;
上述过程中，当sigma_r = 1.6，phi = 2, n=l时，得到的图像I_fdog即为图像I_FDOGl ;当 sigma_r = 1.6, phi = 30, n=3 时，得到的图像 I_fdog 即为图像 I_FD0G2 ;当sigma_r = 1.6, phi = 30, n=4 时，得到的图像 I_fdog 即为图像 I_FD0G3。
[0007]进一步的，步骤S4中对图像I_FD0G2和I_FD0G3边缘细化分别得到其骨架图1_edgeS和I_edgeL具体过程为:首先对图像I_FD0G2和I_FD0G3分别进行二值化处理，其二值化的阈值为Ι-darkTresh，其中darkTresh为灰度图像I阴影区域的阈值；然后，对两幅二值化处理后的图像分别进行骨架提取，得到骨架图1_edgeS和I_edgeL。
[0008]更进一步的，上述darkTresh的计算公式如下， darkTresh =(max_g - min_g) * factor + min_g
其中，max_g为灰度图像I中像素最大值，min_g为灰度图像I中像素最小值，factor为常数，取值范围为[0.1，0.3]。
[0009]进一步的，步骤S6中笔刷纹理是由画水墨画的笔划模板组成。
[0010]进一步的，步骤SlO中对第二绘制图像I_painting2进行对比度调节得到第三绘制图像I_painting3是按照如下公式进行全局的色彩调节的，
I_painting3 (y, x) = 1g10 (offset+ I_painting2 (y, x)) -1og10 (offset)
其中offset为常数，取值范围为[0.1, 4.0]，I_painting3 (y, x)为第三绘制图像像素值，I_painting2 (y, x)为第二绘制图像像素值。
[0011]进一步的，步骤S12中的墨团浸染纹理是由水墨浸染图组成。
[0012]采用本技术方案的有益效果:
通过利用改进的FDOG图像，得到了更加连贯有序的边缘笔划；通过对边缘笔划进行两层不同的笔划绘制，得到更加逼真的笔锋；通过添加墨团浸染纹理，更加逼近真实的水墨浸染效果；通过自适应地计算阴影区域值，使得整体的渲染效果有更佳的明暗层次感；采用本技术方案生成的水墨画风格图像效果更加逼真，且生成速度快。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的流程示意图。
【具体实施方式】
[0014]为了更好的理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
[0015]如图1所示，一种将自然图像转换成水墨画风格图像的方法，包括如下步骤:
S1、将自然图像转换成灰度图像I，且灰度图像I的像素值范围为[0，l]o
[0016]S2、求解灰度图像I的阴影区域，得到阴影图像I_shadow，具体包括如下过程:
521、找出灰度图像I中像素最大值max_g和像素最小值min_g，按照公式(max_g-min_g) * factor + min_g计算得到阴影区域的阈值darkThresh，其中factor的取值范围为[0.1，0.3]，本实施例中取0.188 ;
522、按照阈值darkThresh对灰度图像I进行二值分割，大于阈值darkThresh的区域被设定为高光区域，其像素值为1.0 ;小于阈值darkThresh的区域被设定为阴影区域，其像素值为0.0，得到分割后的第一阴影图像I_Shadowl ;
523、对第一阴影图像I_Shadowl中的高光区域进行噪声剔除，即对区域小于100个像素的8连通区域进行剔除，使其为阴影区域，得到第二阴影图像I_shadoW2 ;
524、对第二阴影图像I_Shadow2中的阴影区域进行噪声剔除，即对区域小于40个像素的8连通区域进行剔除，使其为高光区域，得到第三阴影图像I_shadoW3 ;
525、对灰度图像I进行平滑滤波处理，得到平滑的图像I_blur;
526、对第三阴影图像I_Shadow3中阴影区域的每个像素进行明暗程度调节，得到第四阴影图像I_shadoW4，其具体的调节方式为:
I_shadow4 (y, x) = (I_blur (y, x) _min_g) / (darkTresh - min_g)氺 0.4 + 0.1，
其中I_shadow4 (y, x)为第四阴影图像I_shadow4像素值，I_blur (y, x)是图像I_blur像素值，(y, x)为像素的位置坐标；
527、对第四阴影图像I_shadow4进行平滑滤波处理得到最终的阴影图像I_shadow。
[0017]S3、计算出灰度图像I的3副改进的FDOG图像I_FD0G1、I_FD0G2和I_FD0G3，具体包括如下过程:
531、复制一份灰度图像I到新的图像I_tmp中；
532、根据参数sigma_r和phi，计算图像I_tmp的FDOG图像I_fdog；
533、将图像I_fdog以正片叠底的方式叠加到原图像I_tmp上，也即 I_tmp (y, x) = I_fdog (y，x)* I_tmp (y, x),
其中，I_tmp (y, x)为图像I_tmp像素值，I_fdog (y, x)为图像I_fdog像素值；
534、重复步骤S32、S33直到达到最大迭代次数η；
上述过程中，当sig