专利名称：一种将数字彩色图像转换成灰度图像的方法
技术领域：
本发 明属于数字图像领域，具体涉及一种将数字彩色图像转换成灰度图像的方法。
背景技术：
在数字图像领域，彩色图像和灰度图像在实际生活中有不同的应用范围。目前很多图像处理产品的核心算法都是以数字灰度图像为输入数据，尤其是当需要图像的梯度、边缘的信息时，灰度图像就显得尤为重要，因为梯度、边缘的计算都只需要单通道的图像信息。而梯度、边缘信息，是进行图像增强、图像识别的重要信息，并广泛应用于视频监控、人机交互、计算机智能等很多方面。同时，同一副图像的灰度图像所占用存储空间仅是其彩色图像的1/3，在很多情况下需要使用灰度图像，可以节约大量储存空间。目前将彩色图像转换为灰度图像的普遍做法是计算彩色图像中每个像素的亮度，即像素的RGB值在三维色彩空间中的模。然而该方法最大的问题在于，不同的色彩可能会有相同的亮度值，在转换为灰度图像以后，这些色彩之间的差异和边缘就会消失，于是造成严重的信息损失。因此一些学者提出了不同的灰度图像转换方法，有的基于图像的全局特征，有的基于图像的区域特征。目前来说，基于全局特征的方法转换效果并不理想，而基于区域特征的方法则会产生图像低频区域波动的负面效果。Amy Gooch等人提出了一种改进型的区域方法，称为Color2gray方法，相对效果较好。然而该方法在处理高分辨率图像时过于消耗计算资源，并不具有很强的实用性。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，该方法基于输入彩色图像色彩分布的全局特征来实现，并且转换效果理想。本发明是通过如下技术方案实现的
一种将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，其特征在于，包括以下步骤
(1)将数字彩色图像的每个像素均映射到RGB空间上，得到三维直方图，并对该三维直方图进行高斯滤波平滑处理，形成连续的非零空间区域；
(2)根据密度分布对步骤(I)中所得到的非零空间区域进行分区，得到多个独立的高密度区域，并根据高密度区域的体积大小选择若干个高密度区域作为分类原型；
(3)使用空间扩张法，将RGB空间上与数字彩色图像的每个像素对应的点归类到步骤
(2)中已选取的分类原型中；
(4)将分类原型作为一维弹簧系统的节点，随机建立多个一维弹簧系统实例，并从多个一维弹簧系统实例中选择在动态平衡状态时压力总和最小的实例作为最优化实例；
(5)建立最优化实例中各节点与(Γ255的灰度值的对应关系，得到每个分类原型所对应的灰度值&;
(6)使用如下公式计算数字彩色图像中任一像素z的灰度值
权利要求
1.一种将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将数字彩色图像的每个像素均映射到RGB空间上，得到三维直方图，并对该三维直方图进行高斯滤波平滑处理，形成连续的非零空间区域； (2)根据密度分布对步骤(I)中所得到的非零空间区域进行分区，得到多个独立的高密度区域，并根据高密度区域的体积大小选择若干个高密度区域作为分类原型； (3)使用空间扩张法，将RGB空间上与数字彩色图像的每个像素对应的点归类到步骤(2)中已选取的分类原型中； (4)将分类原型作为一维弹簧系统的节点，随机建立多个一维弹簧系统实例，并从多个一维弹簧系统实例中选择在动态平衡状态时压力总和最小的实例作为最优化实例； (5)建立最优化实例中各节点与(T255的灰度值的对应关系，得到每个分类原型所对应的灰度值; (6)使用如下公式计算数字彩色图像中任一像素X的灰度值《6)4蟲 其中，#为分类原型的个数，u j为分类原型的编号，= , d{x,xy为像素X在RGB空间上与其所在的分类原型i的质心之间的距离，/7为指数参数，Hi为分类原型i所对应的灰度值，ll: o) =---77, d{x, XjY为像素z在RGB空间上与其所在的分类原型Jj- J的质心之间的距离。
2.根据权利要求I所述的将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，其特征在于，步骤(2)中采用空间密度估计法进行分区。
3.根据权利要求I所述的将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的空间扩张法的流程如下 (3. I)将所有分类区域用不同的非零数字标号表示，同一分类区域中的点拥有相同的标号；空间中不属于任何分类区域的点标号为O ; (3. 2)设置状态标识/=1，设置当前点为整个空间的任意一个顶点； (3. 3)如果当前点标号为0,令状态标识/=O ； (3. 4)检查当前点的所有相邻点,如果其中有一个相邻点标号不为0,则将当前点标号设置为与该非零点的标号相同，将当前点归类到该相邻点所在的分类区域； (3.5)判断空间中是否还存在未归类的点，若是，进入步骤(3. 6);若否，转入步骤(3. 7)； (3. 6)令当前点为下一点，重复执行步骤(3. 3)- (3. 5)，直至遍历整个空间的所有点； (3. 7)判断状态标识f是否等于0，若是，转入步骤(3. I);若否，结束。
4.根据权利要求I所述的将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，其特征在于，步骤(4)中一维弹簧系统的压力总和为其中，與为节点的标号，#为节点的总数，式 (2)为两节点之间的距离，> O为权重系数，其值为节点和/7各自所拥有的点个数的乘积；Sm是节点和/7之间的理想距离，即三维空间中每个分类原型质心之间的距离…为节点m和节点n之间的压力； (5)根据权利要求I所述的将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，其特征在于，步骤(4)中采用爬山法则从多个一维弹簧系统实例中选出最优化实例。
全文摘要
本发明提供了一种将数字彩色图像转换成灰度图像的方法，将彩色图像的每个像素均映射到RGB空间，对空间区域进行分区，得到分类原型；将RGB空间上与数字彩色图像的每个像素对应的点归类到分类原型；将分类原型作为一维弹簧系统的节点，通过爬山法则建立最优化实例，利用距离倒数权重法计算每个像素的灰度值。本发明从被转换的彩色图像的像素在色彩空间的分布密度出发，对图像在色彩空间上的对应点进行归类，然后使用弹簧系统根据能量最小化原则，实现从三维空间点到一维空间点的映射，并在最后对每个像素进行灰度值的计算。该方法对不同图像的鲁棒性好，自适应性强，计算资源使用率较低，不需要人工参数的调整，并在实际中获得了较好的转换效果。
文档编号G06T5/40GK102708554SQ201210086250
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者吴自然 申请人:吴自然