[发明专利]一种将彩色图像转换为灰度图像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体是指一种将彩色图像转换为灰度图像的方法。

背景技术

近年来随着科学技术水平的不断发展，现如今的数字打印技术已经没办法满足人们对原图像保持程度的要求。虽然现在市场上出现了彩色打印技术，可以保持更多的细节信息，但彩色打印技术有需要很多的能耗，价格比较昂贵，在我们的日常生活中暂时还无法普及；同时目前很多的数码相机也根据了客户的需求设计了很多不同的风格，其中图像灰度化风格却损失了很多重要的细节信息，无法满足对图像要求严格的艺术研究人员的要求。针对这个问题，如果能够提出了新的图像灰度化算法，使结果图像能够尽可能多地保持原图像的对比度信息，可以使数字打印技术和图像风格化技术更加符合当前市场的需求。

发明内容

为克服以上问题，本发明的目的在于提供一种用于保持原始图像对比度的将彩色图像转换为灰度图像的方法。

一种将彩色图像转换为灰度图像的方法，包括如下步骤：

1)初步灰度化

首先提取彩色图像的R、G、B三个通道并将其向量化，变成一个列向量；然后用公式(1)进行初步灰度化。

H(i)＝0.299*R(i)+0.587*G(i)+0.114*B(i)(1)

其中：H(i)表示像素i经过初步灰度化后的灰度值，R(i)，G(i)，B(i)分别表示原图像中像素i在R、G、B通道上的灰度值。

三个通道前面的权值是根据人眼对颜色的敏感程度来确定的。由于在这三种颜色中，人眼对绿色最为敏感，对蓝色最不敏感，因此G通道在变换中占最大的比重，而B占最小的比重。经理论和实践的研究，我们采用公式(1)所示的权重值。

2)细节增强

在得到初步灰度化结果之后，我们需要将原图像的颜色对比度添加到初步灰 度化的结果中，因此构建了如公式(2)所示的误差能量函数：

其中：N表示整幅图像总的像素个数；λ₁，λ₂表示两个权重值，一般我们默认取λ₁＝1，λ₂＝1。g_i表示最终的消色图像中像素i的灰度值，H_i的意义与公式(1)一致。K表示每个像素周围存在的邻近点的个数，比如在图像的四条边界上的像素只有3个相邻像素，在图像四个顶角处的4个像素均只有2个相邻像素，而其他像素有4个相邻像素，因此K对不同的像素点有不同的值。而式中的 表示彩色图像相邻像素之间的对比度，其具体公式如下。

由于彩色对比度我们直接采用三个通道的对比度之和，灰度对比度与彩色对比度相靠近会使得灰度对比度的范围变广，更加突出局部的对比度信息。

公式(2)的α_ij表示的方向，其值只能是1或-1，若取1表示颜色对比度的方向是正的，取-1表示负，其判断准则如下：

a)若R_i>>R_j&G_i>>G_j&B_i>>B_j，则取α_ij＝1；反之，若R_i<<R_j&G_i<<G_j&B_i<<B_j，则取α_ij＝-1。如果这种方法没办法判断，则采用准则b)。

b)若两个像素的R、G、B三个灰度值中有一个或者两个相接近，另两个或者一个灰度值相差较大，比如R_i≈R_j,G_i>>G_j,B_i>>B_j，则α_ij＝1，否则α_ij＝-1。c)若上面两种方法均无法判断，则取前面步骤得出的灰度图像的灰度对比度方向，即H_i-H_j的方向。

下面以像素i为例，详细说明公式(2)的求解方法。假设图像的大小为M×N且像素i具有4个相邻的像素i+M,i-M,i+1,i-1,则：

将公式(4)对g_i求导，得到

令则