一种基于K-means图像分割的深度图提取方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于K-means图像分割的深度图提取方法，首先把输入的图像转化为灰度图；基于k-means的图像分割方法，把图像中同一属性的元素提取出来，并对同一属性元素赋予同一数值，得到一个与图像等大的矩阵；应用中值滤波对得到的矩阵进行处理，消除椒盐噪声；分别对深度图的第一行以及第一列进行赋值，得到初始化的深度图；从第二行第二列开始，根据该像素周围的分类情况以及该像素的高度对每个像素对应位置赋予深度值；最后对得到的深度图进行后处理。本发明用到的方法相对于其他方法更加简单而易于实现，运算时间大大减少，很适合运用在实时3D显示技术中。
【专利说明】-种基于K-means图像分割的深度图提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及3D显示【技术领域】，具体涉及一种基于K-means图像分割的深度图提取 方法，是一种能够准确提取深度信息以及加速产生立体影片中深度图的方法。
【背景技术】
[0002] 目前3D显示技术大多数都是利用视差原理来实现的，分别提供给左眼以及右眼 两幅不同的图像，来模拟平时观察者观察外界事物的特征，使观察者在适当的的角度观看 画面时产生三维立体空间感。在合成双目图像之前需要计算每个像素点的深度信息，即图 像中物体的的前后距离关系。各个像素点的深度信息即构成了深度图。基于产生的深度图 的基础上，就能够将双视角立体影片合成为三维立体影片了。
[0003] 深度图的的产生是3D显示技术中至为重要的一步，然而，在产生深度图的过程中 耗时而且不够准确。图像中每一个像素点所对应的深度信息是非常重要的，因为，一旦深度 值有误差，那么将会导致产生的立体图像图像出现严重的失真，从而造成无法让观看者正 常观赏的后果。对于耗时性，深度图的产生也是一个庞大的计算过程，一般的算法需要很长 的时间来完成深度图的提取，这对于实时显示技术而言是一个巨大的挑战。
[0004] 在现今的实现技术中，被广泛运用的是由三星的Yong Ju Jung等人提出的"A novel 2D_to_3D conversion technique based on relative height depth cue，'。但是这种 方法对于图像的线性要求特别高，图像的左右方向必须有很强的线性感，才能对图像有很 好的分割并赋深度图值，因此对于视频图像的处理能力是很具有局限性的。而且这种线性 检测技术是相当耗时的。
[0005] 为了得到准确以及快速的深度图提取方法，图像分割为深度图提取中至关重要的 一步，为了得到很好的分割效果，Jui-Sheng Lee等人提出的"3D DEPTH MAP GENERATION FOR EMBEDDED STEREO APPLICATIONS"用到了 k-means算法进行图像分割。这种方法的确是的深 度图的提取更为快速。但是由于k-means的是以图像灰度图的差值大小作为相似性依据， 再对同一类赋予相同的深度信息。这种方法的确能够对图像进行初步的分割，但是其分割 的种类是由设定的K值所确定的。然而一幅图像里面所包含的信息量以及种类远远大于K 个。这种算法的的结果会导致得到的深度图信息不准确。这就是这种算法的局限性所在。
[0006] 鉴于以上情况，业界需要一种既能快速产生深度图信息，同时又能确保得到的深 度图信息准确的的方法，这为目前3D显示技术需要的努力实现的目标。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于K-means图像分割的深度图提取方法，这种方法 既能确保得到的深度图准确，同时又有计算速度快的优点。
[0008] 为达前述目的，本发明采用的技术方案是：
[0009] -种基于K-means图像分割的深度图提取方法，其特征在于，该方法具体包括以 下步骤：
[0010] (A):把输入的图像转化为灰度图；
[0011] ⑶：基于k-means的图像分割方法，把图像中同一属性的元素提取出来，并对同 一属性元素赋予同一数值，得到一个与图像等大的矩阵；
[0012] (C):应用中值滤波对得到的矩阵进行处理，消除椒盐噪声；
[0013] (D):分别对深度图的第一行以及第一列进行赋值，得到初始化的深度图；
[0014] (E):从第二行第二列开始，根据该像素周围的分类情况以及该像素的高度对每个 像素对应位置赋予深度值；
[0015] (F):对得到的深度图进行后处理。
[0016] 所述的2D视频转3D视频的深度图提取方法，其特征在于，其中在步骤（B)，用 k-means对图像进行分割时，把传统的k-means算法以距离差作为分割标准改用以图像的 灰度差作为分割标准，把传统的任意选择初试聚类中心改为通过灰度直方图选取初试聚类 中心，具体流程如下：
[0017] (1)求出图像的灰度直方图，找到直方图中的K个波峰点；
[0018] (2)把初试聚类中心设为波峰附近的值；
[0019] (3)分别计算每个像素点与这几个初始聚类中心的灰度差，比较几个差值，把差值 最小的像素和对应的初始聚类中心归为一类；计算公式如下：
[0020]
【权利要求】
1. 一种基于κ-means图像分割的深度图提取方法，其特征在于，该方法具体包括以下 步骤： (A) :把输入的图像转化为灰度图； (B) :基于k-means的图像分割方法，把图像中同一属性的元素提取出来，并对同一属 性元素赋予同一数值，得到一个与图像等大的矩阵； (C) :应用中值滤波对得到的矩阵进行处理，消除椒盐噪声； (D) :分别对深度图的第一行以及第一列进行赋值，得到初始化的深度图； (E) :从第二行第二列开始，根据该像素周围的分类情况以及该像素的高度对每个像素 对应位置赋予深度值； (F) :对得到的深度图进行后处理。
2. 根据权利要求1所述的2D视频转3D视频的深度图提取方法，其特征在于，其中在步 骤（B)，用k-means对图像进行分割时，把传统的k-means算法以距离差作为分割标准改用 以图像的灰度差作为分割标准，把传统的任意选择初试聚类中心改为通过灰度直方图选取 初试聚类中心，具体流程如下： (1) 求出图像的灰度直方图，找到直方图中的K个波峰点； (2) 把初试聚类中心设为波峰附近的值； (3) 分别计算每个像素点与这几个初始聚类中心的灰度差，比较几个差值，把差值最小 的像素和对应的初始聚类中心归为一类；计算公式如下：
，其中C1为分类结果，Χω为各个像素灰度值， Uj为各类均值； (4) 计算得到的归为一类的灰度的值的平均值，作为新的聚类中心：
(5) 重复步骤（3)、⑷的过程，直至前后两次均值差小于某个特定的值；从而，得到了 一个与原图像长宽相等的矩阵，并且同类属性物体被赋予了同一值。
3. 根据权利要求1所述的2D视频转3D视频的深度图提取方法，其特征在于，其中步 骤（C)，由于K-means算法对噪声以及孤立点比较敏感，得到的分类矩阵，存在很多孤立的 椒盐噪声，因此采用中值滤波对分类矩阵进行处理，即去除个别孤立的像素点，并把其划分 到周围像素点的类群。
4. 根据权利要求1所述的2D视频转3D视频的深度图提取方法，其特征在于，其中在 步骤（D)中，对深度图的第一行以及第一列进行初始化，具体如下：首先对深度图的第一行 都赋予〇,然后对第一列的第二个元素开始赋值，赋值规则如下：（1)如果该像素点与其面 的像素点属于同一类，则其深度值与上面的像素的深度值相等，如果不相等，则向下进行检 索，是否存在与其属于同一类的像素点，直到向下也无法检测到同一类的像素点为止；并赋 予深度值为该像素点纵坐标除以图像纵坐标的总值再乘以255 ;计算公式为：cbpth(i，1) =i/M*255,其中i为像素的纵坐标，Μ为图像的列；如此，深度图的第一列和第一行便初始 化完成。
5.根据权利要求1所述的2D视频转3D视频的深度图提取方法，其特征在于，其中步骤 (E)中，具体实施过程如下： (1) 从第二行第二列开始，首先检索目标像素点以上3个像素点的分类情况，3个像素 点是指上方以及正上方左右两个元素；如果其中包含有与目标元素同一类的像素点，则采 用如下的计算公式得到目标像素点的深度值：
(2) 如果以上条件不满足，则从该目标像素开始向下检测，如果目标像素点正下方以及 左右方三个像素点存在与之属于同一类的点，则继续向下检索，直到检索不到与之同一类 像素点为止；记录下此时像素点的纵坐标K，此时目标元素的深度值由以下的计算公式得 到： cbpth(i，j) = K/M*255,其中Μ为图像的列数。
【文档编号】G06T7/00GK104050673SQ201410300912
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】杨依忠, 马茏, 卫伟, 解光军, 徐逸琛, 丁继生, 姚腾辉 申请人:合肥工业大学