专利名称：一种对图像和视频进行卡通化处理的方法
技术领域：
本发明涉及图像和视频处理领域，提出一种对图像和视频进行卡通化处理的方法。 通过对一张图像或视频各帧进行分阶、轮廓查找、轮廓简化和多边形填充等操作，使图 像和视频产生卡通的效果。
背景技术：
在网络信息时代，为满足卡通产业、动漫产业以及影视产品制作的需要，自动产生 卡通效果的技术正越来越流行。
CN1560826专利公开了一种卡通体汉字的制法，其特点是将汉字的笔画采用具象化 或抽象化的拟人和拟物方法进行制作，制得的卡通体汉字有具体的艺术造型，生动、活 泼。它与本专利不同点在于处理对象不同，前者是针对汉字，而后者则是针对图像和视 频。
US2007024633专利公开了一种针对视频的卡通化处理方法，该方法需要用户选择 或者提供一个卡通调色板，然后用调色板中的颜色来代替视频中各像素点的颜色。由于 该方法只涉及到颜色的变化，没有对图像的轮廓进行任何操作，所生成的卡通效果不够丰富。
现有技术所生成的卡通效果多种多样，实现方法也各不相同，但它们都没有用到轮 廓简化和多边形填充技术。因此实现的卡通效果普遍比较单调，而用户却希望能够得到 更为生动的卡通效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对图像和视频进行卡通化处理的方法。用户不仅可以调 整图像轮廓简化度和相似度，还可以自定义多边形区域的填充颜色，因此能够产生非常 生动的卡通画效果。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案 一种对图像进行卡通化处理的 方法，处理的对象包括图和视频，该方法包括以下过程
(1) 图像分阶将图像转换为灰度图，然后将灰度图按阶数分阶；
(2) 轮廓査找査找图片的轮廓采用封闭的轮廓査找方式，找到的点要从参考图中 删除，在查找轮廓时，对于内轮廓，要找到其对应的外轮廓；
(3) 轮廓简化简化轮廓的过程是一个递归的过程，采用简化条件与相似度参数有 关的方法进行；
(4) 多边形填充对图像区域进行填充颜色，原始图像上被填充区域所包含的所有 点的颜色取均值作为填充色；
(5) 反走样利用巻积器实现反走样效果。 该方法过程的具体作法是-
(1)图像分阶
图像分阶按照阶数将图像转换为灰度图，首先将图像转换为灰度图，灰度取R/G/B分量的平均值，为看最终能够产生大色块的卡通效果，按阶数将灰度图分阶，每阶用一种 灰度值表示；
(2) 轮廓査找
轮廓査找采用的是封闭的轮廓査找方法。主要包括以下步骤
1) 去除(1)中得到的灰度图的噪声点，采用一个低通滤波器实现，结果记为S1;
2) 产生图像轮廓，对S1做一次巻积，将其中结果不为0的点都赋值为255，结果记 为S2;
3) 对S1中的每个点为起点，在S2中做封闭的轮廓査找，查找到的轮廓记录下来并 从S2中删除，轮廓查找采用的8连通区域查找方式，找到轮廓之后要判断该轮廓是否为 内轮廓，如果是内轮廓，需要找到包含该内轮廓的外轮廓，并做标志；
(3) 轮廓简化
首先取一段线段，该线段的长度与简化度参数相关，记这根线段为L，取距离L最远 的点，根据相似度参数决定是否取此点作为新轮廓上的点，具体的可以描述为
1) 当相似度参数为l时，只保留线段的起点和终点，这是相似度最小的一种方式；
2) 当相似度参数为2时，只保留锐角和直角点；
3) 当相似度参数为3时，保留角点；
依此类推，直到没有可保留的点时终止递归过程，得到新的轮廓； (4)多边形填充
在步骤(3)中，保留下来的点组成了一个个多边形，对这些多边形进行填充，具体 可以描述为-
1) 得到填充色填充色取自于原始图像，取被填充区域内颜色的均值作为填充色；
2) 填充颜色用l)中得到的填充色对多边形进行填充； (5) 二次填充
由于填充的是那些查找到的轮廓内部，因此还需要对轮廓外部进行填充，完成整张图 的颜色填充，二次填充只要重复(1) 一 (4)的处理即可，不同是在做封闭轮廓査找的 时候用的是4连通区域查找的方法； (7)反走样处理
对步骤(5)中得到的结果做一次模糊化，使之产生反走样的效果。 对图像进行卡通化处理的方法中，可在一开始就一次性的给算法分配一个大空间，在
做轮廓处理的时候就在这个大空间里面进行，卡通化完成之后再释放掉这个大空间，提
高算法执行效率，实现算法的优化。
对视频进行卡通化处理时，通过对视频每一帧的卡通化处理来实现整个视频的卡通化。 本发明上述方法过程中所涉及的硬件单元如去色器、分阶器、低通滤波器、巻积器等，
均为现有技术，它们的结构及连接关系本文不再叙述。 本发明具有以下优点和有益效果
使用本发明提出的方法，能够使图像和视频具有卡通的效果； 该方法能够识别并放大图像或视频中的人物、场景等的显著特征；该方法能够由用户自定义多边形的填充颜色，与原图的相似程度以及简化程度。可 以产生自定义的卡通效果；
该方法在简化轮廓的过程中保留了原图像的特征； 由于有了硬件的支持和算法的改进，执行效率得到了提高，能够实现对视频的实时的卡 通化处理。
图l是本发明方法的流程图2是本发明方法流程中的硬件；
图3是本发明方法的轮廓简化示意图。
具体实施例方式
本发明卡通化效果实现的硬件环境为Marvell PXA320(M0NAHANS) Solution Board (MV320-LCD)，软件环境为版本为2. 6. 14的Linux环境。
参看图l、 2， (1)首先通过图像分阶对原始图像进行图像分析，将图像转换为灰度 图，然后将灰度图按指定的阶数分阶。在将图像转换为灰度图时，本发明采用的是取均 值的方法，相应的a=b=c=l/3。分阶时的阶数由用户指定。阶数越大，结果图片中的色 彩越丰富。灰度图转换是基于像素点的红(以下用R表示)，绿(以下用G表示)，蓝(以 下用B表示)分量而进行的。在灰度图转换过程中，对于每个像素点符合以下公式 I=aR+bG+cB。其中I是灰度；R/G/B分别是像素点的R/G/B分量；a/b/c参数调整各分量 在结果中占的比重，a+b+c=l。分阶是为了实现大色块的卡通画效果，按特定的阶数将灰 度图分阶，每一阶数用一种灰度值表示。对于每个像素点，其公式为L = floor(256 / 1)， 12 = floor(Il / L) * L。其中floor表示对结果取整数部分；1为阶数；II为该 像素点的原灰度值；12为该像素点的新灰度值。
(2)轮廓查找是要查找图像中的封闭轮廓，首先进行灰度图去噪，利用低通滤波器 去除(1)中所得到的灰度图中的噪声点，结果图像记为Sl;然后用巻积器对Sl进行 巻积处理，将其中结果不为0的点赋值为255，结果图像记为S2， S2显示的就是轮廓图； 取S1中的每个像素点为起点，在S2中查找封闭轮廓，将査找到的轮廓点记录下来并从 S2中删除。轮廓查找采用8连通区域査找方式，找到轮廓之后要判断该轮廓是否为内轮 廓，如果是内轮廓，需要找到包含该内轮廓的外轮廓，并做标记，产生最后的图像轮廓。 (3)轮廓简化首先取要简化轮廓上的一部分，该部分的长度由轮廓简化度参数决定。连 接这段轮廓的起点和终点形成线段L。其基本规则是找到轮廓上距离线段L最远的点， 根据轮廓的相似度参数判断该点是否可以作为简化轮廓上的点，若可以就添加到简化轮 廓上并进一步简化。由于简化度参数的不同，判断一个点是否属于简化轮廓的条件也有 不同。图3给出了对(2)中找到的轮廓进行简化的示意图。轮廓简化过程是一个递归的 过程。首先取要简化轮廓上的一部分，该部分的长度由用户输入的轮廓简化度参数决定， 在图3中，取的是P0-P7这8个点。连接起点P0和终点P7形成线段L。找出该部分轮 廓上距离起点最远的点P6，将该点分别与起点和终点连接，形成线段L1， L2。 0为L1 与L2的夹角。然后根据相似度参数判断原轮廓上距起点最远的点是否为简化轮廓上的 点，在图2中就是判断P6是否为简化轮廓上的点。具体描述为
6当相似度参数为1时，只保留该部分轮廓的起点和终点，这是相似度最小的一种方式。 在图3中，就是只取P0和P7作为简化轮廓上的点；
当相似度参数为2时，除保留起点和终点外还保留轮廓上的锐角点和直角点。以图3 为例，即以L为直径作圆(图3中标记为C0的圆)，如果P6落在圆外或者圆上，就保留 下来作为新轮廓上的点，反之不保留。在图3中，P6可以作为简化轮廓上的点被保留；
当相似度参数为3时，除保留起点和终点外还保留角点。同样，以L的中点为圆心，L 长度的一半为直径作圆(图3中标记为C1的圆)，落在圆外或者圆上的点就保留下来作 为简化轮廓上的点，反之不保留。在图3中，P6可以作为简化轮廓上的点被保留。
以上是第一步简化的过程，对L1和L2做同样的判断，找到可保留的点，以此类推， 直到没有可保留的点时终止递归过程，得到简化轮廓。 (4)轮廓简化后保留下来的点组成了一个个多边形，多边形填充就是要对这些多边形进
行颜色填充，具体描述如下首先得到填充色取被填充区域内所包含点的颜色的均值 作为填充色；然后进行多边形填充用得到的填充色对多边形区域进行填充；最后进行 二次填充到此为止填充的都是图像轮廓的内部区域，还需要对轮廓外部区域进行二次 填充，从而完成整张图的颜色填充。二次填充只要重复(1) - (4)的处理过程即可， 唯一不同的是在做封闭轮廓査找的时候用的是4连通区域査找的方法。
(5)反走样处理是为了平滑结果的，它用一个巻积器对步骤(4)中得到的结果做一 次模糊化，使之产生反走样的效果。
以上方法，通过对细节的简化，特征的夸大，以及大色块的应用，原图中的真实场 景转换为一种卡通画的效果。本发明方法除了用硬件保证实时性，我们还改进算法来提 高效率。在轮廓查找过程中，为每个查找到的轮廓点单独分配空间，然后释放空间的方 法会影响算法的执行效率。本发明在开始查找轮廓的时候就一次性地分配出一块充足的 内存空间，轮廓查找就可以在这块特定的内存空间中进行，等查找结束后再释放掉这块 空间，这样的做法可提高实时性。
当处理的是视频时，还需要在硬件装置前加上模数转换器将模拟信号转化成数字信号 输入卡通化处理装置，在硬件装置后加上数模转换器将卡通化处理装置中的数字信号转 换为模拟信号输出，实现对视频每一帧的实时处理。
权利要求
1、一种对图像和视频进行卡通化处理的方法，，该方法包括以下过程(1)图像分阶将图像转换为灰度图，然后将灰度图按阶数分阶；(2)轮廓查找查找图片的轮廓采用封闭的轮廓查找方式，找到的点要从参考图中删除，在查找轮廓时，对于内轮廓，要找到其对应的外轮廓；(3)轮廓简化简化轮廓的过程是一个递归的过程，采用简化条件与相似度参数有关的方法进行；(4)多边形填充对图像区域进行填充颜色，原始图像上被填充区域所包含的所有点的颜色取均值作为填充色；(5)反走样利用卷积器实现反走样效果。
2、 根据权利要求1所述对图像和视频进行卡通化处理的方法，其特征是该方法过程的 具体作法是(1) 图像分阶图像分阶按照阶数将图像转换为灰度图，首先将图像转换为灰度图，灰度取R/G/B分量的平均值，为看最终能够产生大色块的卡通效果，按阶数将灰度图分阶，每阶用一种灰度值表示；(2) 轮廓查找轮廓査找采用的是封闭的轮廓査找方法。主要包括以下步骤1) 去除(1)中得到的灰度图的噪声点，采用一个低通滤波器实现，结果记为S1;2) 产生图像轮廓，对S1做一次巻积，将其中结果不为0的点都赋值为255，结果记为S2;3) 对S1中的每个点为起点，在S2中做封闭的轮廓査找，查找到的轮廓记录下来并 从S2中删除，轮廓查找采用的8连通区域査找方式，找到轮廓之后要判断该轮廓是否为 内轮廓，如果是内轮廓，需要找到包含该内轮廓的外轮廓，并做标志；(3) 轮廓简化首先取一段线段，该线段的长度与简化度参数相关，记这根线段为L，取距离L最远 的点，根据相似度参数决定是否取此点作为新轮廓上的点，具体的可以描述为1) 当相似度参数为l时，只保留线段的起点和终点，这是相似度最小的一种方式；2) 当相似度参数为2时，只保留锐角和直角点；3) 当相似度参数为3时，保留角点；依此类推，直到没有可保留的点时终止递归过程，得到新的轮廓；(4) 多边形填充在步骤(3)中，保留下来的点组成了一个个多边形，对这些多边形进行填充，具体 可以描述为1) 得到填充色填充色取自于原始图像，取被填充区域内颜色的均值作为填充色；2) 填充颜色用l)中得到的填充色对多边形进行填充；(5) 二次填充由于填充的是那些查找到的轮廓内部，因此还需要对轮廓外部进行填充，完成整张图 的颜色填充，二次填充只要重复(1) 一 (4)的处理即可，不同是在做封闭轮廓査找的 时候用的是4连通区域査找的方法；(6) 反走样处理对步骤(5)中得到的结果做一次模糊化，使之产生反走样的效果。
3、 根据权利要求2所述对对图像和视频进行卡通化处理的方法，其特征是在一开始就一次性的给算法分配一个大空间，在做轮廓处理的时候就在这个大空间里面进行，卡通 化完成之后再释放掉这个大空间，提高算法执行效率，实现算法的优化。
4、 根据权利要求1或2或3所述对图像和视频进行卡通化处理的方法，其特征是当对 视频进行卡通化处理时，通过对视频每一帧的卡通化处理来实现整个视频的卡通化。
全文摘要
一种对图像和视频进行卡通化处理的方法，包括以下过程(1)图像分阶将图像转换为灰度图，然后将灰度图按阶数分阶；(2)轮廓查找查找图片的轮廓采用封闭的轮廓查找方式，找到的点要从参考图中删除，在查找轮廓时，对于内轮廓，要找到其对应的外轮廓；(3)轮廓简化简化轮廓的过程是一个递归的过程，采用简化条件与相似度参数有关的方法进行；(4)多边形填充对图像区域进行填充颜色，原始图像上被填充区域所包含的所有点的颜色取均值作为填充色；(5)反走样利用卷积器实现反走样效果。经过上述过程的处理，图像和视频可以具有生动、丰富的卡通效果。
文档编号G06T13/00GK101458821SQ20081024385
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者磊 万, 崔秀芬, 健 徐, 璐 葛, 勇 黄 申请人:三星电子(中国)研发中心;三星电子株式会社