专利名称：彩色光栅图像或视频的矢量化方法
技术领域：
本发明属于视频图像处理技术领域，特别涉及一种自动对彩色光栅图像或视频进行矢量 化的方法。
背景技术：
矢量图像、视频与同样内容的光栅图像、视频相比，具有与分辨率无关的特点，而且易 于编辑。基于关键帧的矢量动画与同样质量和内容的光栅动画相比，更有生成文件小、显示 效果好等优势。当前对光栅图像、视频矢量化的研究还较为初歩，仅在二值图像和工程图像 的矢量化上比较成熟。对于真实图像和视频，由于矢量化不容易保留较好的纹理细节，导致 现有的算法都不易得到满意的结果。对于介于两者之间的卡通画和卡通动画，虽然它们的内 容会比较复杂，却比较适合用矢量化的方式表示，但当前的矢量化方法缺乏对其有针对性的 研究。当前的矢量化方法中，最常用的框架是首先对图像、视频进行分割，然后对分割后的内 容进行矢量化。对图像分割的技术已经相当成熟。专利200410018403. 5中提到了一种对二值 光栅图像进行矢量化的方法，该方法准确并且高效，但无法应用到彩色图像。专利 200710039730可以对工程图纸进行矢量化，但不适于真实和艺术图像。有很多相关的软件可 以对图像进行矢量化，如Adobe Illustrator, CorelTRACE, Vector Eye, AutoTrace, Flash 等，但这些方法没有考虑渐变色，且由于没有计算分割区域的精确边界，矢量化的结果并不 好。Stanford的VectorMagic和Ardeco (2006)可以得到较好的图像矢量化结果，但是该方 法需要大量时间计算，无法推广到视频。发明内容本发明需要解决的技术问题是，针对已知技术中对图像或视频进行矢量的方法效果 不佳，或虽有较好的效果确计算繁琐、耗费大量时间等诸多不足之处，为了克服这些不足， 本发明的目的是提供一种彩色光栅图像或视频的矢量化方法，需要一种自动将光栅图像和视 频矢量化的快速算法，能对真实图像或视频得到较好的矢量化结果，并且能对卡通图片和动 画得到高质量、低存储的矢量化结果。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一 种彩色光栅图像或视频的矢量化方法，其特征在于按照以下步骤进行操作，a.首先将图像 或视频按颜色信息分割为四连通区域；b.计算分割区域的亚像素精度公共边界；C.然后确定 边界上的节点，包括两个以上区域的公共边界点和边界上的局部曲率极值点；d.对节点之间 点序列做样条曲线和直线拟合；e.用得到的曲线和直线表示矢量化区域的边界；f.用颜色模型表示矢量化区域的颜色；g.得到矢量化的图像或视频。所述的确定边界上的节点步骤为找到两个以上区域的公共边界点和边界上的局部曲率 极值点，以此作为点序列的节点。在所述方法中对节点之间点序列做样条曲线和直线拟合，用得到的曲线和直线表示矢量 化区域的边界。用颜色模型表示矢量化区域的颜色，得到矢量的图像。在所述方法中，所述亚像素精度可以通过在像素点之间插入空白像素点，再将其按一定 规律填满，即得到区域公共边界点。在上述方法中，可以通过在像素点之间插入空白像素点，并将其填满的过程当中，直接 判断两个以上区域的公共边界点，并根据相邻边界点夹角快速判断曲率极值点。在上述方法中，所述获得到矢量化的图像，是通过对两个以上区域的公共边界点处点序 列的切向方向进行调整，得到平滑美观的矢量化效果。本发明的有益效果是，该矢量化方法克服了传统应用的图像或视频矢量化方法的不足， 本发明矢量化结果能自动快速将光栅图像或视频矢量化得到的好的矢量化效果，并能对卡通 图片和动画得到高质量、低存储的矢量化结构。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明 图l为本发明的算法流程图；图2a-2d为确定公共边界点和边界上节点的示意图； 图3为将图像用曲线和直线进行拟合的示意图。
具体实施方式
参照图1，为本发明的算法流程图。输入数据为彩色光栅图像或视频的帧。本发明流程 步骤为a.首先将图像或视频按颜色信息分割为四连通区域；b.计算分割区域的亚像素精度公 共边界；c.然后确定边界上的节点，包括两个以上区域的公共边界点和边界上的局部曲率极 值点；d.最后对节点之间点序列做样条曲线和直线拟合；e.用得到的曲线和直线表示矢量化 区域的边界；f.用颜色模型表示矢量化区域的颜色；g.得到矢量化的图像或视频。针对一张为计算分割区域的亚像素公共边界的示意图。首先将图像或帧用任意分割算法 进行分割，为达到最好效果，本发明对真实图像使用MeanShift分割，对卡通类图像使用基 于Mask的滚球分割算法*，分割后的区域需保证为四连通区域。对于分割后的结果，构造一 个放大一倍左右的图。假设原图大小为mXn，贝ij构造一个(2m+l)X(2n+l)的图，其中坐标都 是偶数的点(2i，2j)与原图中的点(i, j)颜色及分割标号相同，其余点为插入的空白像素点h， 以呈灰色的点为分割结果。不同灰度点为不同的分块，黑色点为插入的空白点，然后遍历一 遍放大后的图像，确定每个插入的空白像素点是属于区域内部还是属于公共边界点(白色)，以及是否是边界上节点(黑色)。参照图2a-图2b,为确定公共边界点和边界上节点的示意图。图2a、图2b、图2c、图 2d列举了四连通分割下， 一个3X3的区域(四个角为原始分割点)中所有可能情况。通过 四个角上原始分割点的分割标记情况(像素标记数字l、 2、 3、 4代表不同分割，其中标记0 的像素为空白像素点)，可以判断出该3X3的区域中所有插入的空白像素点是否为公共边界 点(标记E的像素为公共边界点)，以及是否是多个区域的公共边界节点(标记N的像素为公 共边界节点)。通过该简单判断方法便可以只遍历图像一遍判断出区域的亚像素级精确公共边 界。继而将每个分割区域周围的边界点按逆时针方向连接成点序列，相邻区域享有坐标相同， 顺序相反的边界，这样既节省存储边界的空间，也防止矢量化时出现裂缝和覆盖。在确定点 序列后，本算法用下式-表示出判断点序列上点pi是否为一个局部曲率极值点，其中c。s A = "t^--tt窗口 ^=5。若&为局部曲率极值点，则它也将作为点序列的节点。参照图3，表示将图像用曲线和直线进行拟合的示意图。对于多个区域的公共边界节点， 首先判断由它发射出去的点序列的夹角有无大于135度，如果有，则令这两条点序列的起始 切向相反，这样能保证两条点序列在拟合后平滑过渡，大大美化矢量化后的结果。对于两个 节点间的点序列，在己知两端切向后，可以用光滑的Bezier曲线段和直线段进行拟合，图3 为分割后图像用曲线和直线进行拟合的结果。对于每个区域，可以用一个二次颜色模型拟合 它的颜色。最终矢量化的结果就是区域的曲线和直线边界控制顶点坐标以及颜色模型的参数。对视频和卡通进行矢量化的结果进行分析，可以发现本发明对真实视频和图像能得到可 以接受的矢量化结果，对比其他矢量化方法，如商业软件Adobe Illustrator和自由软件 Auto-trace，在矢量化之后的文件大小相同的前提下，本发明生成的结果与原图相比失真度更 小。而对于卡通图像和动画，由于其本身更适合矢量化表示，本发明生成的结果消除了光栅 图像、视频压缩所带来的损失，得到的结果更平滑美观，文件大小跟光栅图像视频及其它方 法的矢量化结果相比也有极大的减小。因此本发明能自动快速将光栅图像和视频矢量化，能 对真实图像或视频得到较好的矢量化结果，并且能对卡通图片和动画得到高质量、低存储的 矢量化结果。权利要求
1.彩色光栅图像或视频的矢量化方法，其特征在于按照以下步骤进行操作，a.首先将图像或视频按颜色信息分割为四连通区域；b.计算分割区域的亚像素精度公共边界；c.然后确定边界上的节点，包括两个以上区域的公共边界点和边界上的局部曲率极值点；d.对节点之间点序列做样条曲线和直线拟合；e.用得到的曲线和直线表示矢量化区域的边界；f.用颜色模型表示矢量化区域的颜色；g.得到矢量化的图像或视频。
2. 根据权利要求1所述彩色光栅图像或视频的矢量化方法，其特征在于所述的确定边界上的节点步骤为找到两个以上区域的公共边界点和边界上的局部曲率极值点，以此作为点序列的节点。
3. 根据权利要求1所述彩色光栅图像或视频的矢量化方法，其特征在于所述亚像素精 度可以通过在像素点之间插入空白像素点，再将其按一定规律填满，即得到区域公共边界点。
4. 根据权利要求1或3所述彩色光栅图像或视频的矢量化方法，其特征在于通过在像 素点之间插入空白像素点并将其填满的过程中，直接判断两个以上区域的公共边界点，并根 据相邻边界点夹角快速判断曲率极值点。
5. 根据权利要求1所述彩色光栅图像或视频的矢量化方法，其特征在于所述获得的矢 量化图像，是通过对两个以上区域的公共边界点处点序列的切向方向进行调整，得到平滑美 观的矢量化效果。
全文摘要
彩色光栅图像或视频的矢量化方法，属于视频图像处理技术领域，本方法按照以下步骤进行操作，a.首先将图像或视频按颜色信息分割为四连通区域；b.计算分割区域的亚像素精度公共边界；c.然后确定边界上的节点，包括两个以上区域的公共边界点和边界上的局部曲率极值点；d.对节点之间点序列做样条曲线和直线拟合；e.用得到的曲线和直线表示矢量化区域的边界；f.用颜色模型表示矢量化区域的颜色；g.得到矢量化的图像或视频。该矢量化方法克服了传统应用的图像或视频矢量化方法的不足，本发明矢量化结果能自动快速将光栅图像或视频获得好的矢量化效果，并能对卡通图片和动画得到高质量、低存储的矢量化结构。
文档编号G06T5/00GK101246592SQ20081010212
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者张一飞, 张松海, 胡事民, 韬 陈 申请人:清华大学