[发明专利]一种图像和视频快速着色的方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像与视频快速着色方法，尤其涉及灰度图像和视频的着色为彩色图像和视屏，以及彩色图像和视频的重新着色的方法。属于图像信息处理领域。

背景技术

对于黑白照片、经典黑白电影、科学数据图等添加颜色信息会大大提高视觉吸引力，另外对于已有彩色图像和视频的重新着色也是影视工作者的迫切需求。着色(Colorization)是Wilson Markle于1970年提出的，最初用于将电影工业，现泛指将颜色信息添加到静态图像和动态的视频上，是一个将三维的颜色信息添加到只有一维的亮度信息的图像或视频(即连续的一系列图像)的过程。因为不同的颜色可能表现出同样的亮度，因此通过灰度图像推算出彩色值的过程是一个病态问题(ill-posed problem)，没有一个绝对的正确方案。

着色方法主要分为两大类：半自动(Semi-automatic)着色和用户引导(User-guided)着色。半自动着色通过分析学习已有的图像库的颜色信息与亮度、纹理之间的关系，将这种关系映射到新的灰度图像上，实现灰度图的着色。这类着色方法的好处就是不需要人的参与，能批量的对图像、视频进行着色，但是半自动着色方法对于图像库的要求相当高，并且需要对各种情况进行分析学习，往往实现的结果不能令人满意。用户引导着色需要人为的添加一部分颜色信息，再由计算机对其他部分进行颜色填充。由于视觉效果本身就带有主观性，由于人的参与，使着色的约束增强，能更加接近预期的效果。用户引导的着色已成为主流研究方向。

目前着色的最大难题就是计算量大的问题。通常对于一副320*240的静态图像的计算时间都在10秒以上，用户很难交互的对图像的着色结果进行修改。对于视频的着色速度更是缓慢。而且现有的着色算法的边界颜色混淆(color confusion)现象很严重。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于针对现有着色技术的不足：速度慢、边界颜色混淆、交互性差等问题，提供一种实时交互、亮度与纹理模式综合分析、添加边界与梯度约束的一种图像和视频快速着色的方法。

技术方案：本发明首先将灰度图像映射到三维颜色空间，着色问题也就是通过图像中已知的亮度值，推算出未知的颜色信息，

首先提出以下三个假设：

◆相同区域的像素的颜色相关性大，不同区域的颜色相关性小，

◆同一区域相似亮度的像素的颜色也相似，

◆颜色变化平滑；

对于静态图像着色步骤如下：

步骤A在灰度图像上用画笔工具交互添加少许颜色信息；

步骤B综合分析灰度图像的亮度分布、纹理分布以及图像的边缘分布，计算出图像中的灰度像素的受已知颜色的影响程度；

步骤C通过对颜色进行混合渲染，生成彩色效果图；

步骤D用户如对局部效果不满意，可通过画笔工具重新添加或修改颜色信息，回到步骤A，直至得到满意结果。

对于视频(即连续的一系列图像)进行着色，针对同一场景的连续片段，考虑到亮度和颜色分量在时间轴的变化相似，通过对其中一帧进行交互着色后，根据颜色在时间轴的变化，将颜色信息到添加到其他连续帧。

对已经有颜色的图像进行着色，只用将步骤B中的亮度分布替换已知的颜色分布即可。

对于视频(即连续的一系列图像)进行着色，传统的方法是利用光流进行计算，效率低下，无法达到实时。本发明针对同一场景的连续片段，考虑到亮度和颜色分量在时间轴的变化相似性，通过对其中一帧进行交互着色后，根据亮度变化程度将颜色信息添加到到其他连续帧，大大提高了视频着色的效率。

当用户对彩色图像或者视频中的颜色不满意，对其颜色进行局部或整体替换的过程，称为彩色图像的重新着色。只用将上述步骤B中的亮度分析替换为已知的颜色分析，就可以将着色算方法应用到彩色图像的重新着色上。

有益效果：与现有技术相比，本发明提出了一种实时交互的图像和视频着色和重新着色方法。解决了传统方法颜色混淆、着色过程复杂、计算量大的问题。对于电影工业，特别是卡通动画的编辑着色有很重要的意义。

附图说明

图1是本发明的图像与视频的着色方法的整体框图；

具体实施方式