色调迀移结果。
[0039] 图7本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0041] 本发明提出了一种场景自适应的色调迀移方法，该方法基于累积直方图非线性变 换的辐照度迀移和基于蒙特卡罗仿射变换的色度迀移。针对不同输入下的色调迀移，本方 法首先基于辐照度进行聚类获得若干亮度带，继而在源图像和目标图像的相应亮度带之间 进行映射，可以获得更加准确、鲁棒的性能。同时针对现有方法获得的色调迀移结果仅能具 有源图像的色调特征，本发明提出了基于动态权重调节的色调迀移，能够使色调迀移结果 根据需要同时保持源图像和目标图像的色调特征。下面结合附图1-6表述自适应色调迀移 方法的执行过程。
[0042] 本发明提出的自适应色调迀移算法由辐照度变换，色度变换，前后背景分割和权 重调节几个构件组成。
[0043] 图2描述了辐照度迀移的过程和结果。为了使源图像和目标图像的辐照度分布 需要保持一致，而辐照度的对于保持图像的细节具有决定作用。通过执行累计直方图非 线性映射来匹配源图像和目标图像之间的辐照度分布。标准直方图迀移函数定义为L t = H1CT1K其中操作符H表示归一化的辐照度累计分布函数，T1代表目标图像中某像素在L 通道下的累计概率分布值，Lt表示表示辐照度迀移后的值。特别的，当累计分布函数H不可 逆时利用H的广义逆实施这种变换。针对输入图像对具有明显的噪声或具有显著不同直方 图分布的情况，通过采用一些滤波算法对其进行预处理。其中图2(a)所在列分别代表目标 图像，目标辐照度图像，目标图像辐照度直方图统计；图2(b)所在列分别代表源图像，源图 像辐照度图像，目标图像辐照度直方图统计；图2(c)所在列分别代迀移结果图像，迀移结 果辐照度图像，迀移结果辐照度直方图统计。其中图3(a)表示目标图像，图3(b)表示源图 像，图3(c)表示色度迀移后的图像。
[0044] 图3描述了色度迀移的过程和结果。为了使源图像和目标图像的色度分布需要保 持一致，因此利用线性蒙特卡罗线性映射算法来匹配目标图像和源图像的色度分布。在辐 照度迀移的基础上，利用K-medoids算法将源图像和目标图像分别聚类成不同的亮度带。 进而，我们在每一个聚类点集中选择相应的代表点。此时的聚类结果被视作源图像和目标 图像的初始分类。经过K-medoids算法聚类之后，聚类结果被保存在二元组Ifi 中，其中 F表示辐照度代表点向量，麥表示各聚类点集的像素数目，m表示聚类数目。基于JT向量，聚 类点集频数低于阈值σ的点集将会与它临近的点集进行合并。基于铲向量，通过计算每个 聚类C的类内辐照度平均距离d(C)同时合并d(C)低于阈值的类。至此，则分别获得了源 图像和目标图像的最终聚类，并将它们作为最终的亮度带划分。
[0045] 通过在源图像和目标图像之间相应辐照度带之间进行配对，然后在相应的亮度带 对之间进行变换。通过计算各个亮度带在LAB空间的a和b通道的平均值。a和b通道的 平均值构成了一个平均值向量[μ a，μ b]T和一个2x2的方阵Tst。进而通过对目标图像的色 度通道值\和b ,实行蒙特卡罗线性变换，得到a t'和bt'。该算法的主要公式如下所示：
[0047] 其中μ as和μ bs表示源图像a和b通道的平均值。μ at和μ bt表示目标图像中a 和b通道的平均值。Tst表示色度变换矩阵。Tst定义如下所示：
[0049] 其中Σ，ΡΣ t表示源图像的协方差矩阵。
[0050] 图4、图5描述了前后背景分割和基于前后背景分割的色调迀移的过程和结果。其 中图4(a)表示输入图像；图4(b)表示提取的蒙版图像；图4(c)表示通过蒙版提取的前景 图像。其中图5(a)表示目标图像；图5(b)表示源图像；图5(c)表示不使用前后背景分割 的色调迀移结果；图5(d)表示使用前后背景分割的色调迀移结果。针对源图像具有显著局 部对比的情况，需要对源图像和目标图像进行前后背景分割后实施区域映射。针对源图像 对具有显著局部对比的情况，需要执行分割算法将图像中的前后背景分开进行处理。首先 提取初始蒙版，利用一系列的局部分类器来分类输入图像局部特征，进而通过各种分类器 的协作提取出前景物体。进而通过腐蚀和膨胀操作对初始的蒙版进一步精化，通过求解稀 疏线性方程系统可以获得全局最优化的蒙版。
[0051] 图6表述了执行动态权重调节的结果。其中图6(a)表示目标图像；图6(b)表示源 图像；图6(c)表示不使用权重调节的色调迀移结果；图6(d)表示使用权重调节的色调迀 移结果。针对传统的色调迀移图像仅和源图像的色调保持一致，为了进一步实施真实感场 景融合，需要添加权重调节，使结果图像依照权重同时保持源图像和目标图像的颜色特征。
[0052] 源图像S和目标图像T的辐照度差异通过如下公式定义：
[0054] 其中m表示亮度带的数目，成和鴻分别表示位于S和T中第m个亮度带的辐照 度平均值。
[0055] 源图像S和目标图像T的色度差异通过如下公式定义：
[0057] 其中m表示亮度带的数目：
分别表示S中第m个亮度带的协方差矩阵和 色度平均值。相应的，定；
分别表示T中第m个亮度带的协方差矩阵和色度平均 值。
[0058] 本发明未详细阐述的部分属于本领域的技术人员公知技术。
[0059] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。如未来出现更加鲁棒的分割性蒙版算法可替代目前方案中的基于 监督的前后背景分割方式。
【主权项】
1. 一种场景自适应的色调迀移方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 将源图像和目标图像转换至LAB颜色空间； (2) 通过执行累计直方图非线性映射来匹配源图像和目标图像之间的辐照度分布；标 准直方图迀移函数定义为Lt=Η ;其中操作符Η表示归一化的辐照度累计分布函数， ?\代表目标图像中某像素在L通道下的累计概率分布值，L,表示表示辐照度迀移后的值； (3) 通过执行线性蒙特卡罗线性映射算法来匹配目标图像和源图像的色度分布；在 辐照度迀移的基础上，利用K-medoids算法将源图像和目标图像依照辐照度值分别聚类 成不同的亮度带；进而，在每一个聚类点集中选择相应的代表点；此时的聚类结果被视作 源图像和目标图像的初始分类；经过K-medoids算法聚类之后，聚类结果被保存在二元组 中，其中r表示度代表点向量：，萊表示各聚类点集的像素数目，m表示聚类数 目；基于麥丨向量，聚类点集频数低于阈值σ的点集将会与它临近的点集进行合并；基于F向量，通过计算每个聚类C的类内辐照度平均距离d(C)同时合并d(C)低于阈值的类；至 此，则分别获得了源图像和目标图像的最终聚类，并将它们作为最终的亮度带划分； 进而以计算出的亮度聚类为基础在源图像和目标图像之间相应辐照度带之间进行配 对，然后依据亮度带划分的像素带为基础，在相应的像素带对之间再次执行色度变换；通过 计算各个亮度带在LAB空间的a和b通道的平均值，a和b通道的平均值构成了一个平均 值向量l>a，yb]T和一个2x2的方阵Tst;进而通过对目标图像的色度通道值aJPbt实行 蒙特卡罗线性变换，得到at'和bt' ；蒙特卡罗线性变换算法的公式如下所示：其中μas和μbs表示源图像a和b通道的平均值；μat和μbt表示目标图像中a和b通道的平均值，Tst表示色度变换矩阵，Tst定义如下所示：其中ΣJPE,分别表示源图像和目标图像的协方差矩阵； (4) 经过步骤（2)和（3)的算法处理，继而将辐照度迀移结果和色度迀移结果分别作为 LAB颜色空间中的L通道和AB通道合成为最终的色调迀移图像； (5) 为了进一步实施真实感场景融合，添加权重调节，使结果图像依照权重同时保持源 图像和目标图像的颜色特征； 源图像S和目标图像T的辐照度差异通过如下公式定义：其中m表示亮度带的数目，禮:和颺分别表示位于S和T中第m个亮度带的辐照度平均 值； 源图像S和目标图像T的色度差异通过如下公式定义：其中m表示亮度带的数目，?和喊"分别表示S中第m个亮度带的协方差矩阵和色度 平均值；相应的，定义_和感k分别表示T中第m个亮度带的协方差矩阵和色度平均值。2. 根据权利要求1所述的一种场景自适应的色调迀移方法，其特征在于：将辐照度和 色度通道分离进行处理，其中针对辐照度通道执行累计直方图非线性映射，针对色度通道 执行蒙特卡罗仿射映射。3. 根据权利要求1所述的一种场景自适应的色调迀移方法，其特征在于：针对源图像 具有显著局部对比的输入情况执行基于监督的前后背景分割，之后在源图像和目标图像相 应的前景或背景区域进行映射，实现更加准确、鲁棒的迀移结果。4. 根据权利要求1所述的一种场景自适应的色调迀移方法，其特征在于：所述步骤（5) 通过添加基于动态权重调节的色调迀移，从而使色调迀移结果同时保持源图像和目标图像 的色调特征。
【专利摘要】本发明公开了一种场景自适应的色调迁移方法，首先将执行色调迁移的图像转换到LAB颜色空间，进而使用基于累计直方图分布的非线性映射算法对辐照度进行迁移；然后使用线性蒙特卡罗仿射变化算法对色度进行迁移；针对图像内容显著不同的情况，执行基于监督的前后背景分割过程，进而针对源图像和目标图像的前后背景相应进行映射；最后，添加目标图像和源图像的权重调节，使色调迁移结果同时保持源图像的色调特征和目标图像的色调特征。本方法由于能够考虑到了图像的内容分布不同而执行自适应聚类，因此在不同的输入下都能具有鲁棒、高质量的迁移结果。除此之外，该方法能够实现无监督执行，自动化程度高，适用于影视后期处理、图像序列色调配准等领域。
【IPC分类】G06T7/40
【公开号】CN105261046
【申请号】CN201510611925
【发明人】周忠, 吴威, 冯亚男, 余涛
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月23日...