专利名称：利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法
利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法技术领域
本发明属于数字图像处理技术领域，涉及计算机图形学和数字图像处理的一种利用目标图像作为参考对图像进行编辑，特别涉及对图像色调进行编辑和增强的图像处理方法。
背景技术：
随着数码相机等图像获取设备的大量使用，数字图像成为非常普遍的媒体信息。 因为取像环境、相机参数等客观原因，获取的原始图像往往不满足人们的期望，因此需要借助图形图像处理技术进行后期处理。一些基本的图像操作，如去噪、缩放、裁剪、调整亮度对比度等，可以借助专业的图像处理软件(Photoshop等)进行处理。然而，利用常规的图像处理软件调整图像的色调和颜色风格时，非专业人员往往很难达到想要的效果。
图像颜色传递是一种方便有效的图像编辑技术。Reinhard (REINHARD, Ε., ASHIKHMIN, M.，G00CH, B.，AND SHIRLEY, P.2001. Color transfer between images. IEEE Comput· Graph. Appl. 21 (September), 34-41.)首先提出了全局图像颜色传递方法。该方法能够将一幅图像的主导颜色风格传递到另一幅图像中，从而达到自动调整图像色调的目的。全局颜色传递方法运算简单，但只有在源图像与目标图像具有相似的颜色分布时才能得到较好的效果。Dong(D0NG, W.，ΒΑ0, G.，ZHANG, X.，AND PAUL, J. -C. 2010. Fast local color transfer via dominant colors mapping. In ACM SIGGRAPH ASIA 2010Sketches, ACM, New York, NY, USA, SA' 10,46:1-46:2.)利用提取主导颜色的方法，在源图像与目标图像中提取相同数量的主导颜色，并在源图像与目标图像主导颜色之间构建一个最优的一对一映射。在源图像与目标图像拥有相同数量的主导颜色时，该方法能够保证目标图像的所有主导颜色都传递给源图像。但如果源图像与目标图像的主导颜色数量不一致时，Dong的方法通常不能得到一个令人满意的结果。
发明目的
针对于源图像主导颜色数量少于目标图像主导颜色数量的情况下，目标图像的主导颜色不能完全传递给源图像这一问题，本发明提供了能够保证目标图像的所有主导颜色都传递到源图像中，并且这些目标图像主导颜色在源图像中还能保持其原有的空间位置分布的一种利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法， 包括步骤如下
步骤Sl 结合图像像素的颜色和空间位置信息，利用均值漂移算法将源图像与目标图像分割成多个主导颜色区域；
步骤S2 将主导颜色区域内的像素看作一个样本集合，对源图像、目标图像中的每一个主导颜色区域进行计算，得到每一个主导颜色区域的如下特征颜色均值、颜色方差、几何中心以及该主导颜色区域包含的所有像素；
步骤S3 利用主导颜色区域的颜色均值和几何中心信息，在源图像主导颜色区域与目标图像主导颜色区域之间建立一个多对多的概率映射，将源图像的每一个主导颜色区域以不同的概率映射到目标图像的各个主导颜色区域，求取源图像主导颜色区域到目标图像主导颜色区域之间最优的概率映射使主导颜色区域之间的映射代价总和最小；
步骤S4:根据最优的概率映射，重新对源图像主导颜色区域进行计算，得到源图像主导颜色区域新的颜色均值和颜色方差；
步骤S5 利用新的颜色均值和颜色方差，对源图像主导颜色区域里的每一个像素的颜色进行更新。
本发明的有益效果本发明利用均值漂移技术(Mean Shift)对图像进行分割，得到图像的主导颜色区域；然后采用地动距离方法(Earth Mover' s Distance)在源图像主导颜色区域与目标图像主导颜色区域之间建立一个多对多的概率映射，让源图像里每一个主导颜色区域以最恰当的概率映射到各个目标主导颜色区域中；因为在图像分割与建立映射两个过程中都考虑了颜色的空间位置分布，所以目标图像的主导颜色将连同它的空间位置同时传递到源图像里；即使源图像和目标图像的主导颜色数量不一致，也能保证目标图像里所有的颜色都应用到源图像；本发明的整个过程完全自动，并且在目标图像与源图像主导颜色数量相差较大的情况下也能得到较好的结果。该方法不仅能将目标图像的色调风格传递给源图像，还能使得到的结果图像保留目标颜色的空间位置分布。
图1是本发明方法的框架图2是算法工作流程示意图3是主导颜色区域映射示意图4是主导颜色区域数量不一致结果图5是基于部分语义的颜色传递结果图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是， 所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1和图2所示，本发明的方法主要分成三个步骤图像分割；主导颜色区域映射；源图像颜色更新。采用均值漂移(Mean Shift)图像分割方法对图像进行分割，使相邻且具有相似颜色的像素作为一个整体参与颜色映射；在所有源图像主导颜色区域和目标图像主导颜色区域之间建立一个多对多的概率映射，使颜色传递的代价总和最小，从而源图像里的每一个主导颜色区域都映射到目标图像中与它最相似的若干个主导颜色区域；对于某一个主导颜色区域，利用该主导颜色区域及其邻接主导颜色区域的映射结果来同时更新该主导颜色区域内所有像素的颜色，从而平滑区域之间的边界。所述主导颜色区域是源图像或目标图像中具有相似颜色属性的连续像素区域。
针对每个步骤的具体算法以下将详细说明。
为了保持颜色的空间位置分布，需要在分割图像时考虑颜色的空间连续性。本发明的方法中利用 Mean Shift 分割算法(COMANICIU, D.，AND MEER, P. 2002. Mean shift A robust approach toward feature space analysis. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach.Intell. 24(May))对源图像和目标图像进行分割。Mean Shift算法将像素的颜色和空间位置信息结合成一个五维(彩色图像)或三维(灰度图像)的向量，并利用非参数估计方法对向量的概率密度进行估计。把概率密度的每一个极值点都视为一个聚类中心。根据这些聚类中心可以将图像分割成若干个区域，称之为主导颜色区域。对每一个主导颜色区域，计算它的颜色均值、颜色方差、几何中心坐标和区域内部所有像素组成的集合，并将这些信息作为主导颜色区域的特征用来表示该主导颜色区域。
计算源图像主导颜色区域的特征包括如下
权利要求
1.一种利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，其特征在于包括步骤如下步骤Sl 结合图像像素的颜色和空间位置信息，利用均值漂移算法将源图像与目标图像分割成多个主导颜色区域；步骤S2 将主导颜色区域内的像素看作一个样本集合，对源图像、目标图像中的每一个主导颜色区域进行计算，得到每一个主导颜色区域的如下特征颜色均值、颜色方差、几何中心以及该主导颜色区域包含的所有像素；步骤S3 利用主导颜色区域的颜色均值和几何中心信息，在源图像主导颜色区域与目标图像主导颜色区域之间建立一个多对多的概率映射，将源图像的每一个主导颜色区域以不同的概率映射到目标图像的各个主导颜色区域，求取源图像主导颜色区域到目标图像主导颜色区域之间最优的概率映射使主导颜色区域之间的映射代价总和最小；步骤S4:根据最优的概率映射，重新对源图像主导颜色区域进行计算，得到源图像主导颜色区域新的颜色均值和颜色方差；步骤S5 利用新的颜色均值和颜色方差，对源图像主导颜色区域里的每一个像素的颜色进行更新。
2.按权利要求1所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，其特征在于所述主导颜色区域是源图像或目标图像中具有相似颜色属性的连续像素区域。
3.按权利要求1所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法其特征在于计算源图像主导颜色区域的特征包括如下式中，上标s表示源图像；表示源图像第i个主导颜色区域内所有像素组成的集合， <表示源图像第i个主导颜色区域的几何中心，表示源图像第i个主导颜色区域的像素总数，Is(x，y)表示源图像中位于位置(x，y)处的像素颜色，乂表示源图像第i个主导颜色区域的颜色均值，<表示源图像第i个主导颜色区域的颜色方差，<表示源图像的第i个主导颜色区域，Ms表示源图像的主导颜色区域数量；I I. I I为求取欧氏距离。
4.按权利要求1所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法其特征在于计算目标图像主导颜色区域的特征包括如下
5.按权利要求3或4所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，其特征在于 求取源图像主导颜色区域到目标图像主导颜色区域之间最优的概率映射使主导颜色区域之间的映射代价总和最小的步骤包括设源图像第i个主导颜色区域映射到目标图像第j个主导颜色区域的概率为Wij,主导颜色区域之间的映射代价为1…则对应的代价总和cost为
6.按权利要求5所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，其特征在于计算主导颜色区域之间的映射代价函数Iu包括
7.按权利要求5所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，其特征在于源图像主导颜色区域新的颜色均值和颜色方差表示如下
8.按权利要求3所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，其特征在于对源图像的第i个主导颜色区域<内的所有像素进行映射/ (x,y)eSt ,I0(χ, y)为位于源图像(X，y)处的像素点映射后的颜色。
9.按权利要求3所述的利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，其特征在于对于源图像第i个主导颜色区域中的像素，除了参与第i个主导颜色区域的映射之外，还参与其邻接主导颜色区域的映射过程，对所有的映射结果做加权平均，得到所述像素的最终颜色。
全文摘要
本发明是利用颜色空间分布对颜色进行传递的方法，结合图像像素的颜色和空间位置信息，将源图像与目标图像分割成多个主导颜色区域；对源图像、目标图像中的每一个主导颜色区域进行计算，得到每一个主导颜色区域的特征；用主导颜色区域的颜色均值和几何中心信息，在源图像主导颜色区域与目标图像主导颜色区域之间建立一个最优的多对多概率映射，并使主导颜色区域之间的映射代价总和最小；根据最优的概率映射，重新对源图像主导颜色区域进行计算得到新的颜色均值和颜色方差，并对源图像主导颜色区域里的每一个像素的颜色进行更新。
文档编号G06T7/00GK102521807SQ20111039617
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者吴富章, 张晓鹏, 梅星, 董未名 申请人:中国科学院自动化研究所