专利名称：数字照片的局部颜色迁移方法
技术领域：
本发明涉及一种图像数据处理方法，特别是涉及一种数字照片的局部颜色迁移方法。
背景技术：
随着数码相机在人们生活中的不断普及，数字照片编辑逐渐成为图像处理和计逢机图形 学的研究热点。其中，颜色迁移是指根据一幅源图像的色、调分布来调整一幅目标图像，使其 具有和源图像相似的外观。该项技术可以将一幅白天时刻的照片调整为黄昏时刻，可以将冬 天时刻的照片调整为夏天，可以基于一幅拍摄清晰的照片将另外一幅模糊的照片变清晰等， 在数字图像处理、影视特效、计算机艺术等许多领域具有中重要的应用价值。
然而，现有的颜色迁移技术侧重于全局颜色迁移(文献1: REINHARD, E., ASHIKHMIN, M.， GOOCH, B.， AND SHIRLEY, P. 2001. Color transfer between images.舰￡ Co附;wto" GrapA/" 21, 5， 3441.文献2: WELSH, T., ASHIKHMIN, M.， AND MUELLER,
K. 2002. JCMrra"加WowGra/>/ M, 22, 3， 341-346.文献3: CHANG, Y.， SAITO, S" AND NAKAJIMA, M. 2003. A framework for transfer colors based on the basic color categories. In iVoc. o/CowpW" Grap/ " /"/er"flriowa/， 176-183.文献4: ABADPOUR, A., AND KASAEI, S. 2007. An efficient PCA-based color transfer method. /owr a/ ^/T&war/ Co附ww"/cfl"ow /附oge /fe; TO^"to"o"， 18， 1,15-34.)，即整幅目标图像的色调将被改变。事实上，在很多应用中，人 们往往只需要改变目标图像中的一部分物体，并且保持图像其他部分的颜色不变。我们称这 类颜色迁移为局部颜色迁移。
Tai等提出了一种基于概率分割和期望最大化的局部颜色迁移算法(文献5: TAI, Y., JIA, J.， AND TANG， C. 2005. Local color transfer via probabilistic segmentation by expectation-maximization. In尸rac. o/C^Pi ， 747-754.)。该方法可以比较准确地提取局部区域， 但是其中大量的优化计算导致计算速度不快。Maslennikova等采用一张Image Influence Map 计算图像中的局部区域和全局区域，并将每一个像素的变化系数预先存储其中(文献6: MASLENNIKOVA, A.， AND VEZHNEVETS, V. 2007. Interactive local color transfer between images. In/Voc. o/Gra; / /co".)。该方法可以得到较好的局部迁移效果，然而生成准确的Image Influence Map比较困难。Luan等提出一种局部颜色迁移的编辑系统(文献7: LUAN, Q.， WEN, F. AND XU, Y. 2007. Color transfer brush. In iVoc. Pac诉c Cow々reMce Compter
Gra/^b am/々^//ca"0", 465-468.)。用户用系统中定义的笔刷交互的选择待编辑的局部区域。 系统可以自动的提取出和笔刷经过的像素颜色分布相似的局部迁移，然后完成局部颜色迁移。 该方法生成的局部颜色区域边界不连续，文中提出了相应的全局优化方法。Wen等提出了一 种基于斯托克斯线的局部颜色迁移方法(文献8: WEN, C., HSIEH, C. CHEN, B., AND OUHYOUNG， M. 2008. Example-based multiple local color transfer by strokes. Co附; 她rGra/^/a尸wwm， 27, 7, 1765-1772.)。该方法可以支持多源的颜色迁移，即将多幅图像的色调 迁移到同一幅图像上。由于需要求解大量的基于梯度的颜色迁移函数，该方法的计算效率不 咼。
前人对数字照片的全局颜色迁移进行了很多研究。然而，局部颜色迁移的相关研究还很 少，并且计算较复杂，不利于用户交互操作。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种数字照片的局部颜色迁移方法，解决 了现有技术中数字照片的局部颜色迁移计算较复杂，效率不高，生成图像不准确，不利于用 户交互操作的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的 一种数字照片局部颜色迁移的方法，包括以下步骤
1) 用户在源图像和目标图像分别交互选择局部编辑区域。
2) 计算源图像和目标图像中像素的颜色分布，并将其转化为RGB颜色空间中的椭球分布。
3) 根据源图像中像素的颜色分布，调整目标图像对应的椭球分布，即使得目标图像对应的椭
球和源图像对应的椭球具有相同的中心点、轴长和朝向。
4) 求取目标图像对应的CMM。
5) 根据CMM中的权值，对中间图像和目标图像进行颜色混合操作，从而得到最终的迁移结 果图像。
所述步骤l)中选择局部编辑区域用矩形标记，矩形区域要覆盖待编辑的局部区域。 所述步骤2)中所述椭球的中心点为图像中局部区域的像素的平均值。 所述步骤3)中从调整后的目标图像对应的椭球分布得到一幅中间图像。 所述步骤5)中所述混合操作的混合系数即为CMM中的权值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是用户只需简单地用矩形交互选择待编辑的局部 区域和参考的局部区域，系统可以快速地完成局部颜色迁移，从而大大提高处理效率。本发 明可以为图像编辑者、影视特技制作人员、动漫师等提供便捷的图像颜色编辑工具。此外， 本发明对于视频的颜色编辑也具有重要的参考价值。
本发明的运行环境如下支持Windows98、 Windows 2000、 WindowsXP环境，1G内存 以上配置的普通微机。
图l为本发明的流程图。
具体实施例方式
参见图l，本发明的具体实施方式
如下
步骤1):用户在源图像和目标图像分别交互选择局部编辑区域。注意用户选择时，只需用矩形标记即可，并且矩形区域要覆盖待编辑的局部区域。我们称用户交互选择的区域 为局部区域，整幅图像为全局区域。然后，计算局部区域的像素的均方差
(1)
其中，(ij)表示图像中的任一像素，c为像素的颜色值，E表示方差运算。
步骤2):将源图像和目标图像中像素的颜色分布化为RGB颜色空间中的椭球分布。具
体地，椭球的中心点为局部区域像素的颜色的平均值。椭球分布中任一像素的值《(/,力被重 新量化为
(2)
式(1)和(2)中的下标L和G分别表示局部区域和全局区域，上标I表示源图像、目标图 像、中间图像或者结果图像，分别记作S、 T、 M和R。椭球的主轴长为
《"(W"(".)))2 + ,，(/,/)))2 +(《B(/J)))2 (3) 这里，^"(/,力，e"(/，刀和《、/,力分别表示像素(i,j)到RGB颜色空间中GB平面、RB
平面和RG平面的距离。于是，两幅图像之间的颜色迁移可视为两椭球之间的平移、縮放、
旋转等几何变换。其中，椭球的中心点为图像中局部区域的像素的平均值。
步骤3):根据源图像中像素的颜色分布，调整目标图像对应的椭球分布，使得目标图
像对应的椭球和源图像对应的椭球具有相同的中心点、轴长和朝向。
在XYZ颜色系统中，根据源图像对应的椭球分布对目标图像对应的椭球进行放縮变换， 如式(4)所示
(4)
这里， 变换:
6《
"丄，《和C工分别表示局部区域的协方差。接下来，对目标图像对应的椭球进行旋转
《"=《"cos(《)-e附，sin(《) 《/r =eCsX/rcos(《)
其中，em按照以下方程组计算:
g附,
G
cos『)-《"sin『)
(5)
(6)式(5)和(6)中的6>和0表示椭球的轴的旋转角度。由变换后的目标图像对应的椭球分布， 我们可以得到一幅新的图像，称之为中间图像。中间图像中每一像素的颜色值C^(/,力为
《(")=《(,》.)+ //f (7) 其中，//f表示源图像局部区域的像素的平均值。
步骤4:求取目标图像对应的CMM (Color Mixture Map) 。 CMM决定了目标图像中每 一个像素被改变的权值大小m(/,力。待编辑区域的权值大，其他区域的权值很小或者为零。 CMM决定了局部区域的迁移，并且保持其他局部不变。m(/，/)的计算方法如下
m(/，力=附！ ('■， _/) 附2 (/， _/) (8)
W(/，力=2 —exp(p.(《(/,/)) 38 ), (9)
，"卞自《)2, Z/C《
式(8) - (10)中的参数是与局部区域和全局区域的颜色差异大小、局部区域的颜色纯度等 有关的变量。其中，p表示距离因子；《(!》')表示椭球中任一像素距离椭球中心点的距离， 可以由式(11)计算。
《("力=％ o'，刀)2+("刀)2+(《/z (z'，力)2 (11)
步骤5:根据CMM中的权值，对中间图像和目标图像进行颜色混合操作(混合系数即 为CMM中的权值)，从而得到最终的迁移结果图像。具体计算公式如下
《y)=《(z,_/)+《(/,力(i—力). (12) 其中，《(fj)， (，(fj)和(^仏力分别表示迁移结果图像、中间图像和目标图像中的任一 像素(/,力。
本发明在实施时需要用户预先交互指定待编辑和待参考的局部区域，交互选择的矩形区 域不同时，最终的迁移结果会有差别，矩形区域要覆盖待编辑和待参考的局部区域的颜色分 布。
权利要求
1.一种数字照片局部颜色迁移的方法，包括以下步骤1)用户在源图像和目标图像分别交互选择局部编辑区域。2)计算源图像和目标图像中像素的颜色分布，并将其转化为RGB颜色空间中的椭球分布。3)根据源图像中像素的颜色分布，调整目标图像对应的椭球分布，即使得目标图像对应的椭球和源图像对应的椭球具有相同的中心点、轴长和朝向。4)求取目标图像对应的CMM。5)根据CMM中的权值，对中间图像和目标图像进行颜色混合操作，从而得到最终的迁移结果图像。
2. 根据权利要求1所述的数字照片局部颜色迁移的方法，其特征在于，所述步骤l)中选择 局部编辑区域用矩形标记，矩形区域要覆盖待编辑的局部区域。
3. 根据权利要求1所述的数字照片局部颜色迁移的方法，其特征在于，所述步骤2)中所述 椭球的中心点为图像中局部区域的像素的平均值。
4. 根据权利要求1所述的数字照片局部颜色迁移的方法，其特征在于，所述步骤3)中从调 整后的目标图像对应的椭球分布得到一幅中间图像。
5. 根据权利要求1所述的数字照片局部颜色迁移的方法，其特征在于，所述步骤5)中所述 混合操作的混合系数即为CMM中的权值。
全文摘要
本发明公开了一种数字照片的局部颜色迁移方法，包括以下步骤1)用户在源图像和目标图像分别交互选择局部编辑区域。2)计算源图像和目标图像中像素的颜色分布，并将其转化为RGB颜色空间中的椭球分布。3)根据源图像中像素的颜色分布，调整目标图像对应的椭球分布，即使得目标图像对应的椭球和源图像对应的椭球具有相同的中心点、轴长和朝向。4)求取目标图像对应的CMM。5)根据CMM中的权值，对中间图像和目标图像进行颜色混合操作，从而得到最终的迁移结果图像。用户只需简单地用矩形交互选择待编辑的局部区域和参考的局部区域，系统可以快速地完成局部颜色迁移，从而大大提高处理效率。可以为图像编辑者等提供便捷的图像颜色编辑工具。
文档编号G06T5/50GK101561927SQ20091006904
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者刘世光, 翔 张, 纪建成 申请人:天津大学