基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字图像合成技术，涉及基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方 法。
【背景技术】
[0002] 云南绝版套刻版画，简称绝版套刻，是一种极具少数民族特色的木刻版画。其仅在 一块木板上，刻一层便印一次，分颜色交叉套印，以产生色彩重叠的特殊效果。绝版套刻作 为木刻版画的一种延伸，同样是通过组合不同的刀形和刻法，来产生不同的点、线、面刻痕， 继而通过点、线、面刻痕的组合来产生画面；它们之间所不同的是，绝版套刻是在同一块木 板上按颜色的多次套印，当绘制完成时刻板已不可再用。本发明在基于图像的基础上，提 出一种自动化的云南绝版套刻的数字模拟合成算法，该算法使用取自于真实木刻画中的刻 痕，取得了较好的模拟效果。
[0003] 目前来说，对于木刻版画模拟的研宄较少，主要工作集中在日本丰桥工业大学的 研宄小组[1'2' 3'4]。他们提出一个虚拟的3D木刻系统，对木刻版画中使用到的工具，如刻刀、 木板、纸张、刷子等均按其真实的物理特性进行建模，木刻的过程通过CSG操作来实现，最 后通过对虚拟颜料的模拟来生成木刻版画。他们的成果最终用于日本传统浮世绘版画的模 拟。这些工作的共同点是他们都是对三维物理过程的模拟，这就无法避免复杂的交互和计 算。此外，Mello [5]等人提出一个基于图像的木刻风格化方法，通过图像分割，计算方向场、 模拟木刻纹理和渲染木刻纹理四个步骤完成木刻风格化绘制。该方法使用指数函数控制线 条的粗细变化，该函数曲线为抛物线形状，通过设置起始点的位置可以产生由粗到细或者 由细到粗再到细两种变化类型的线条。总的来说该函数模型过于简单，产生的粗细变化的 线条较为单一，与真实的木刻刻痕存在较大差距。此外，Mello等人的研宄仅限于黑白木刻， 没有涉及到彩色的套印木刻。最后值得一提的是，Winnemoller?提出一种基于多变量高斯 差分（XD0G)的风格化方法，该方法通过调整参数可以得到一系列的风格化效果，其中包括 铅笔画、炭笔画和黑白木刻画等，但是该方法参数不容易控制，且其模拟出的木刻画刻痕仅 限于一些边缘部分。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供自动化的云南绝版套刻数字模拟合成技术，解决了目前对 于木刻版画模拟合成数字图像中刻痕不真实，人机交互复杂，局限于黑白木刻模拟的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
[0006] 步骤1 :输入一幅图像，对输入图像进行颜色聚类处理；
[0007] 步骤2 :按照聚类算法的结果，将图像分层，使得每一层只有一种颜色；此步骤输 出每一层的二值模版，以及每一层聚类后的颜色，以供后续处理使用；
[0008] 步骤3 :生成一个全局的反应图像边缘切线方向的向量场；
[0009] 步骤4 :根据向量场生成均匀分布的流线图，指导刻痕的放置；
[0010] 步骤5 :刻痕贴图，每一条流线都贴一个取自于真实木刻画中的刻痕；
[0011] 步骤6 :生成图像的边缘刻痕；
[0012] 步骤7 :采用颜色套印方法进行图像的绘制，从而绘制出彩色的云南绝版套刻。
[0013] 进一步，所述步骤1中的聚类算法使用k-mean颜色聚类算法。
[0014] 进一步，所述步骤3中，为了获得一个平滑的向量场，首先将图像分成n*n大小的 网格W，每个网格有n*n个方向，采用下式拟合出一个方向0，作为网格中心点（i，j)的方 向，设9 (i，j)称为候选控制向量，Gx(u，v)，Gy(u，v)表示某一网格W中的像素点（u，v)的 X和Y方向的导数，X和Y方向的导数用Sobel算子求得：
[0015]
【主权项】
1. 基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法，其特征在于按照以下步骤进行： 步骤1:输入一幅图像，对输入图像进行颜色聚类处理； 步骤2 :按照聚类算法的结果，将图像分层，使得每一层只有一种颜色；此步骤输出每 一层的二值模版，以及每一层聚类后的颜色，以供后续处理使用； 步骤3 :生成一个全局的反应图像边缘切线方向的向量场； 步骤4 :根据向量场生成均匀分布的流线图，指导刻痕的放置； 步骤5 :刻痕贴图，每一条流线都贴一个取自于真实木刻画中的刻痕； 步骤6:生成图像的边缘刻痕； 步骤7 :采用颜色套印方法进行图像的绘制，从而绘制出彩色的云南绝版套刻。
2. 按照权利要求1所述基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法，其特征在于： 所述步骤1中的聚类算法使用k-mean颜色聚类算法。
3. 按照权利要求1所述基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法，其特征在于： 所述步骤3中，为了获得一个平滑的向量场，首先将图像分成n*n大小的网格W，每个网格有 n*n个方向，采用下式拟合出一个方向0，作为网格中心点（i，j)的方向，设0 (i，j)称为 候选控制向量，Gx (u，v)，Gy (u，v)表示某一网格W中的像素点（u，v)的X和Y方向的导数， X和Y方向的导数用Sobel算子求得：
Vx(i, j) =E (Ujv) eff2Gx(u, v)Gy(u, v) (2) Vy(i, j) =E (Ujv) eff(Gx(u, v)2-Gy(u, v)2) (3) 求得候选控制向量后，要先删除不在边缘上的候选控制向量，采用canny边缘检测算 法，再删除与相邻候选控制向量差异较大的候选控制向量，设差异水平C，其中D为相邻候 选控制向量的集合，N为相邻的数目，（i'，j'）表示某个相邻候选控制向量的坐标点：
d ( 9，9 ' ) = min {| 9 r -0|，jt-|0, - 0 |} 〇 (5)
4. 按照权利要求1所述基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法，其特征在于： 所述步骤4中流线图采用下面的随机算法生成： 1) 首先在目标区域内随机产生一个种子点，目标区域由步骤2中的二值模板来标记 出； 2) 由该种子点根据向量场生成一条流线，流线不应该超出目标区域的范围，该流线是 有宽度的，将流线所经过的像素点标记为不可用点，即这些点不能产生种子点，且其他流线 经过这些点时应断开，以避免流线的交叉； 3) 随机在目标区域中选择一个像素点，判断其是否为不可用点，若不是则转致2)继续 执行；若是则丢弃这个点，再随机生成一个点，如果连续多次随机生成的点都被丢弃，则能 以较高的概率认为绝大部分区域已被流线覆盖，算法停止。
5. 按照权利要求1所述基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法，其特征在于： 所述步骤5中，进行刻痕贴图时将刻痕和流线同时等分，然后分段映射。
6. 按照权利要求1所述基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法，其特征在于： 所述步骤6采用XDOG方法生成的具有木刻效果的风格化边缘：
其中X'代表二维坐标系中的坐标点，〇为标准差，公式（7)为图像I与高斯函数g进 行卷积，公式（8)定义了 DOG算子Dx，k为标准差系数，本发明取1.6, T为控制图像卷积差 的系数，公式（9)定义了边缘E，e为阈值，屯为进行tanh函数映射的系数。
7.按照权利要求1所述基于刻痕的云南绝版套刻的数字模拟合成方法，其特征在于： 所述步骤7中，颜色套印采用公式（10)进行绘制， Paper = Alpha^Paper+(1-Alpha)^Color (10) 其中矩阵Alpha模拟刻板，Paper模拟印纸，Color表示下一版要印刷的颜色，对于每 一次的套印，先把当前版的刻痕累加到Alpha矩阵上，然后设置下一版颜色Color，计算出 Paper 值。
【专利摘要】本发明公开了自动化的云南绝版套刻数字模拟合成技术，输入一幅图像，对输入图像进行颜色聚类处理；按照聚类算法的结果，将图像分层，使得每一层只有一种颜色；此步骤输出每一层的二值模版，以及每一层聚类后的颜色，以供后续处理使用；生成一个全局的反应图像边缘切线方向的向量场；根据向量场生成均匀分布的流线图，指导刻痕的放置；刻痕贴图，每一条流线都贴一个取自于真实木刻画中的刻痕；生成图像的边缘刻痕；采用颜色套印方法进行图像的绘制，从而绘制出彩色的云南绝版套刻。本发明的有益效果是人机交互较少，木刻版画模拟合成数字图像效果逼真。
【IPC分类】G06T7-00, G06T3-00
【公开号】CN104820963
【申请号】CN201510200999
【发明人】徐丹, 李 杰, 侯剑侠, 王雪松
【申请人】云南大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月24日