专利名称：一种图像合成系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机图像合成领域，尤其涉及一种图像合成系统。
背景技术：
20世纪60年代以来，随着计算机图形学的诞生，利用计算机生成图形，或者进行图像的绘制，已经得到越来越普遍的应用。计算机图形学在计算机辅助设计与加工、影视动漫、军事仿真、医学图像处理、气象、地质、财经和电磁场可视化等许多领域中都起到了举足轻重的作用。在系统模拟、仿真和绘制动画等方面，建立研究对象的数学模型，再利用计算机生成物体随时间而变化的图形，可以生动地描述一些客观现象。为了获得良好的视觉效果，在许多成功的制作实例中，采取实拍素材与电脑动画兼用的图像合成手段。通过实验采集和数字图像处理技术来获得前景和背景的特性数据。然后，通过可视化映射，将前景的特性数据转化为可以直观显示的信息(比如颜色或者亮度等)，即产生有色彩与明暗效果的画面。 最后利用编程工具对图形进行绘制，实现前景与背景特性场景的合成。然而，在背景图像的获得中，前景和背景的分离往往比较复杂。常用的分离方法如光流法、相邻帧差分法和背景减除法等。由于光流法运算量很大，因而不能应用于实时性要求很高的场合；相邻帧差分法不能检测出完整的运动区域；背景减除法应用较多，但它易产生离散噪声点，而且对背景的准确性依赖较大。另外还有混合高斯模型的方法，其也存在模型更新速度慢、运算量大等问题。并且，实验采集是要在现实允许的情况下才可以实施， 因此该方法在很多情况下受到了极大的限制。另一方面，在图像合成的时候，前景图像和背景图像的构型显示是独立进行的。从理论上来讲，前景和背景是从同一位置同一观测角度进行观察的，视图转换矩阵是相同的， 也就是说，要想同时看到前景图像和背景图像，就要顺着前景的方向来构造背景构型，这也是现有技术中通用的方法。但是，由于前景图像的观测角度不是很典型，以这个角度构造背景图像会比较麻烦，给编程工作带来了较大的困难，同时占用更多的内存和CPU计算时间。综上所述，现有的前景和背景特性图像合成技术适用范围的受限性大，可操作性不强，在编程过程中也存在一定的困难。本实用新型解决了上述现有技术中存在的不足，提供了一种基于计算机绘图的图像合成系统，应用本实用新型系统能够快速简便地合成前景和背景特性图像，快速、方便、逼真地预测或再现场景。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提供一种图像合成系统，应用该系统可以快速简便地合成前景和背景图像。本实用新型提供的一种图像合成系统，其特征在于，包括计算机和图像合成单元 其中，计算机，包括主机、显示屏、输入设备；所述图像合成单元与所述计算机的主机连接。其中，所述图像合成单元包括数据读入单元、背景构型生成单元、色标统一单元、背景图像生成单元、视图转换单元、前景图像生成单元、合成图像绘制单元。所述图像合成单元用于数据的读入、背景构型的生成、背景和前景特性值的色标统一、背景和前景视图的转换、背景和前景图像的生成与绘制。其中，所述主机中储存模拟探测装置成像的参数文件、前景的构型文件、背景的特性数据文件和计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件。为了解决前述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于计算机绘图的图像合成系统，其能够快速简便地合成前景和背景特性图像。本实用新型系统包括计算机和图像合成单元，其中，计算机包括了主机、显示屏和输入设备，图像合成单元与计算机的主机连接。本实用新型系统中图像合成单元与计算机主机连接，通过图像合成单元实现前景和背景图像的绘制及合成。本实用新型系统中，计算机主机中包括相应的数据文件，其包括模拟探测装置成像的参数文件、前景的构型文件、背景的特性数据文件和计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件。图像合成单元是本实用新型整个系统的核心部分，它包括对数据的读入、背景构型的生成、背景和前景特性值的色标统一、背景和前景视图的转换，以及背景和前景图像的生成与绘制等。图像合成单元与主机之间进行数据文件的传输和交互。在实际应用中，本实用新型系统完全采用计算机模拟的方法来获得前景和背景的特性数据，然后选用合适的3D图形编译接口，用编程语言来进行前景和背景图像的绘制， 利用视图变换实现前景与背景图像快速有效的合成，从而达到相对方便、逼真地预测或者再现场景的目的。背景图像的构型是在图像合成单元中利用编程语言直接建立起来的，由于选取不同的观测方向，会直接影响背景图像构型生成的复杂度，因此选取坐标系中一个相对方便的背景观测角度，比如从ζ轴反方向——即从纸面由里垂直向外的方向进行背景图像的绘制，操作就会相对简便，可行性也更强。然后重置坐标系，引入视图变换，将观测角度转到前景的观测方向，绘制前景图像。前景图像的构型通过预先储存在主机中的前景的构型文件读入数据，通过多边形画图模式，利用已有的数据确定点的位置进行作图即可。最后，将前景和背景图像在计算机显示屏上一起显示出来。这样，就实现了前景图像和背景图像的简单合成。利用本实用新型进行图像的绘制包括物体构型的显示和对构型色彩的描绘两方面，在这两方面中需要考虑到以下两点。首先，物体构型中，模拟探测装置与所观测的前景物体会存在一定距离。物体特性经过空间的传输，由于受到环境中空气等因素的影响，在到达模拟探测装置时其必然会有部分衰减。所以，在显示屏上，所显示出来的前景物体特性图像跟零距离观测前景物体所得到的结果是有所区别的。为了能够真实地显示出模拟探测装置所在处观测到的前景物体的特性图像，需要考虑到前景物体特性的衰减情况。其次，前景图像和背景图像是根据绘图原理分别成像的，由于前景的特性值和背景的特性值所对应的最大值和最小值是不一样的，所以两者对应的色标分布就会有所不同。也就是说，同一个特性值，在前景图像和背景图像中所显示出来的明亮程度是不一样的。这样一来，直接合成的图像就不能正确地表征前景和背景的特性数据信息。所以，为使得色彩客观地反映出前景和背景的特性数据，在进行图像合成之前，要对前景和背景特性
4数据的最大值和最小值进行统一，然后根据色标统一赋值。最后，对前景和背景图像的各部分相对灰度值进行分配，就可以得到合成图像的特性图形。利用本实用新型图像合成系统，采用计算机模拟的方法来获得前景和背景的特性数据，然后进行前景和背景图像的绘制，利用视图变换实现前景与背景图像快速有效的合成，从而达到相对方便、逼真地预测或者再现场景的目的。
图1是本实用新型图像合成系统的结构示意图。图中2表示主机，1表示显示屏， 3表示输入设备，4表示图像合成单元。图2是本实用新型图像合成单元的构成示意图。图3是利用本实用新型图像合成系统进行图像合成的工作流程示意图。图4是利用本实用新型图像合成系统进行前景和背景图像绘制及合成的流程图。图5是实施例1中零距离观测的前景图像正视图。图6是实施例1中零距离观测的前景图像的侧视图。图7是实施例1中的背景图像。图8是实施例1中前景图像和背景图像的合成后的图像。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步详细阐述本实用新型。以下实施例并不是对本实用新型的限制。在不背离实用新型构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本实用新型中。如图1所示，本实用新型图像合成系统包括计算机和图像合成单元4。其中，计算机包括主机2、显示屏1、输入设备3 ；图像合成单元4与计算机的主机2连接。如图2所示，图像合成单元4是本实用新型系统的核心部位，所述图像合成单元包括数据读入单元、背景构型生成单元、色标统一单元、背景图像生成单元、视图转换单元、前景图像生成单元、合成图像绘制单元。图像合成单元4的功能包括数据的读入、背景的构型生成、背景和前景特性值的色标统一、背景和前景视图的转换，以及背景和前景图像的生成与绘制等。本实用新型系统通过图像合成单元与计算机的连接来进行图像的合成。本实用新型系统中的计算机储存了数据文件，包括模拟探测装置成像的参数文件、前景的构型文件、 背景的特性数据文件和计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件。利用本实用新型图像系统进行图像合成包括步骤一选择并读取模拟探测装置成像的参数文件、前景的构型文件、背景的特性数据文件和计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件；步骤二 处理步骤一中文件中的数据，计算得到衰减后的数据，并进行色标统一；步骤三绘制得到背景和前景图像，并将两者合成。如图3所示，为利用本实用新型图像系统进行图像合成的工作流程图，图中显示了在图像合成整个过程中图像合成单元中所包括的各个单元的调用顺序。如图4所示，上述步骤三中前景图像和背景图像的绘制及合成如下首先，在坐标系中选取一个角度，观测并绘制背景图像。坐标系中选取角度的原则是要使背景的构型简单，比如选取沿着ζ轴反方向，即从纸面由里垂直向外的方向进行观测。然后，引入单位矩阵重置坐标系，选取前景的观测角度，即将观测角度转到前景方向并绘制出前景图像。最后，将绘制得到的背景图像、前景图像合成，并显示在计算机显示屏上。利用本实用新型系统进行图像合成，完全采用计算机模拟的方法来获得前景和背景的特性数据，然后选用合适的3D图形编译接口，用编程语言来进行前景和背景图像的绘制，利用视图变换实现前景与背景图像快速有效的合成，从而达到相对方便、逼真地预测或者再现场景的目的。本实用新型系统在背景图像的构型中选用合适的3D图形和模型库(比如 OpenGL)，用某种编程语言(比如C或者C++)编写，可以有效地创建3D图形。实施例1本实施例中图像合成系统包括计算机和图像合成单元4。其中，计算机包括主机 2、显示屏1、输入设备3 ；图像合成单元4与计算机的主机2连接。本实用新型系统中，图像合成单元4中还进一步地包括数据读入单元、背景构型生成单元、色标统一单元、背景图像生成单元、视图转换单元、前景图像生成单元、合成图像绘制单元。本实用新型系统通过图像合成单元4与计算机的主机2连接来进行图像的合成。 本实用新型系统中的计算机主机2中储存了数据文件，包括模拟探测装置成像的参数文件、前景的构型文件、背景的特性数据文件和计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件。以形状为“L”的3D模型为前景，以一个随机变化的图像为背景，介绍本实用新型
图像合成系统。如图5-8所示为本实施例的前景图像和背景图像，以及两者的合成图像。利用本实用新型系统选择主机中储存的相应的文件，包括模拟探测装置成像的参数文件、背景特性数据文件、前景的构型文件，计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件，通过运行图像合成单元中的程序得到最后的合成图像。图5、图6为零距离观测(未经衰减)的本实施例的前景图像。其中，图5为正视图， 图6为图5中所显示的前景从侧面视角俯视所看到的立体图像。由于前景物体不同表面的特性值不同，所以图中前景各个面的色彩与明暗效果不同，颜色越亮，表明该面的特性值越强。图7为背景图像，虽然背景的整个特性值差别不是很大，但从亮度上还是能看到有一定的差别。图8所示为前景图像与背景图像合成后得到的图像。其中，前景图像是从“L”的背面斜向上看过去的。首先，前景图像经过衰减处理，与图5零距离观测的前景特性图像相比，前景物体的特性值有所降低。然后，由于背景的特性值没有前景的特性值高，所以，经过色标统一，根据前景图像和背景图像的特性值进行重新映射，背景的灰度值变低，显示出来的合成图像中的背景图像比图7要暗。利用本实用新型方法进行图像合成，既能降低合成图像的计算量，又能有效地实现前景与背景图像的合成，并客观地反映出整个场景的特性 fn息ο综上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本实用新型的技术范畴。
权利要求1.一种图像合成系统，其特征在于，包括计算机和图像合成单元；其中，所述计算机包括主机、显示屏和输入设备；所述图像合成单元与所述主机相连接。
2.如权利要求1所述图像合成系统，其特征在于，所述图像合成单元包括数据读入单元、背景构型生成单元、色标统一单元、背景图像生成单元、视图转换单元、前景图像生成单元、合成图像绘制单元。
3.如权利要求1所述图像合成系统，其特征在于，所述图像合成单元用于数据的读入、 背景构型的生成、背景和前景特性值的色标统一、背景和前景视图的转换、背景和前景图像的生成与绘制。
4.如权利要求1所述图像合成系统，其特征在于，所述主机中储存模拟探测装置成像的参数文件、前景的构型文件、背景的特性数据文件和计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件。
专利摘要本实用新型涉及计算机图像合成领域，公开了一种图像合成系统，包括计算机和图像合成单元。其中，所述计算机包括主机、显示屏、输入设备；所述图像合成单元包括数据读入单元、背景构型生成单元、色标统一单元、背景图像生成单元、视图转换单元、前景图像生成单元、合成图像绘制单元。所述主机中储存模拟探测装置成像的参数文件、前景的构型文件、背景的特性数据文件和计算得到的零距离观测的前景的特性数据文件。本实用新型图像合成系统能够快速简便地合成前景和背景特性图像，快速、方便、逼真地预测或再现场景。
文档编号G06T17/00GK202196446SQ20112018596
公开日2012年4月18日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者徐碧霞, 沈国土, 董占海, 蔡继光, 高景 申请人:上海交通大学, 华东师范大学