CN104915976A - 一种模拟铅笔素描的图像处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟铅笔素描的图像处理方法和系统，其通过对待处理图像的灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表，然后根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图，另外再对所述的灰度图进行边缘检测得到边缘图，并对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理得到线条图，最后对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图，从而提高了铅笔素描效果的真实性。

Description

一种模拟铅笔素描的图像处理方法和系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种模拟铅笔素描的图像处理方法及其应用该方法的系统。

背景技术

素描是一种用铅笔、粉笔等为媒介，以线条来表现物体或景象的艺术，铅笔素描的基本造型手法是用线条、明暗色调来表现物体的形体、结构和空间。现有技术中，虽然已经存在很多素描效果滤镜来提供给用户进行选择，但是他们大多数是针对颜色的色调来进行处理的，未遵循素描风格画创作的艺术特点，没有将铅笔画的线条效果模拟出来，而且大都运算量较大，用户体验较差。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种模拟铅笔素描的图像处理方法和系统，从线条和色调两方面分别处理并有机合成，从而能够得到更具真实感的铅笔素描效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.对待处理图像进行灰度化处理，得到灰度图；

20.对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表；

30.根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图；

40.对所述的灰度图进行边缘检测，得到边缘图；

50.对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，并将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理，得到线条图；

60.对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图。

优选的，所述的步骤10中的灰度化处理的计算公式为：

GRAY＝0.299*RED+0.587*GREEN+0.114*BLUE；

或者

GRAY＝(RED*306+GREEN*601+BLUE*117+512)/1024；

其中，RED、GREEN、BLUE分别为待处理图像的各个像素点的红、绿、蓝通道的颜色值，GRAY为灰度图的对应像素点的颜色值。

优选的，所述的步骤20中对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表，进一步包括以下步骤：

21.对所述的灰度图进行直方图统计，得到实际直方图；

22.根据所述的灰度图的特性，获取预设的标准直方图；

23.根据上述的标准直方图，对实际直方图进行直方图匹配，使实际直方图接近标准直方图，并据此得到直方图映射表。

优选的，还包括步骤24，对所述的直方图映射表进行矫正处理，限制所述直方图映射表的临近色阶的映射梯度。

优选的，所述的步骤30中，根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理得到底色图，主要是将所述的灰度图中的各个像素点的颜色值，替换成所述的直方图映射表中该颜色值所对应的新颜色值，得到底色图。

优选的，所述的步骤50中，对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，主要是将所述的边缘图朝0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°八个方向进行径向模糊处理，得到八个径向模糊图。

优选的，所述的步骤50中，将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理得到线条图，进一步包括以下步骤：

51.计算所述的八个方向的径向模糊图所对应的八个径向图，计算方法如下：

Lblur(i＝max,p)＝Gray(p)；

Lblur(i≠max,p)＝0；

其中，Gray(p)为所述的灰度图的p点的颜色值；Lblur(i,p)为所述的第i个方向的径向模糊图的p点的颜色值；即，令第i个方向的径向模糊图的最大颜色值的像素点的颜色值等于所述的灰度图的对应像素点的颜色值，且该第i个方向的径向模糊图的其余像素点的颜色值等于0，从而得到第i个方向的径向模糊图对应的径向图；

52.将所述的八个径向图沿着原来的方向再进行一次径向模糊处理，得到八个单方向的线条图；

53.将所述的八个单方向的线条图进行叠加处理，得到最终的线条图。

优选的，所述的步骤60中，对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理得到铅笔素描效果图，其计算方法为：

Result＝color*linecolor/255；

其中，color为底色图上对应像素点的颜色值，linecolor为线条图上对应像素点的颜色值，Result为铅笔素描效果图上对应像素点的颜色值。

另外，本发明还提供了一种模拟铅笔素描的图像处理系统，其特征在于，其包括：

灰度处理模块，其对待处理图像进行灰度化处理，得到灰度图；

直方图匹配模块，其对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表；

映射处理模块，其根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图；

边缘检测模块，其对所述的灰度图进行边缘检测，得到边缘图；

线条化模块，其对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，并将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理，得到线条图；

融合模块，其对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图。

本发明的有益效果是：

本发明的一种模拟铅笔素描的图像处理方法和系统，其通过对待处理图像的灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表，然后根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图，另外再对所述的灰度图进行边缘检测得到边缘图，并对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理得到线条图，最后对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图，从而提高了铅笔素描效果的真实性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种模拟铅笔素描的图像处理方法的流程简图；

图2为本发明一种模拟铅笔素描的图像处理系统的结构示意图；

图3为本发明一具体实施例的待处理图像；

图4为图3对应的铅笔素描效果图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其包括以下步骤：

10.对待处理图像进行灰度化处理，得到灰度图；

20.对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表；

30.根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图；

40.对所述的灰度图进行边缘检测，得到边缘图；

50.对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，并将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理，得到线条图；

60.对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图。

需要说明的是，本发明的各个步骤并非需要按照所述的编号顺序严格执行，例如所述的步骤40、50可以在步骤20、30之前执行，也可以与步骤20、30并列执行；或者也可以先执行步骤20和步骤40，后执行步骤30和步骤50。

所述的步骤10中的灰度化处理的计算公式为：

GRAY＝0.299*RED+0.587*GREEN+0.114*BLUE；

或者

GRAY＝(RED*306+GREEN*601+BLUE*117+512)/1024；

其中，RED、GREEN、BLUE分别为待处理图像的各个像素点的红、绿、蓝通道的颜色值，GRAY为灰度图的对应像素点的颜色值。

所述的步骤20中对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表，进一步包括以下步骤：

21.对所述的灰度图进行直方图统计，得到实际直方图；

22.根据所述的灰度图的特性，获取预设的标准直方图；该标准直方图在阴影区间、中间调区间、高光区间三者占据比例主要由待处理图像的灰度图所统计的0～64、64～192、192～255三个区间比例决定；

23.根据上述的标准直方图，对实际直方图进行直方图匹配，使实际直方图接近标准直方图，并据此得到直方图映射表；

24.对所述的直方图映射表进行矫正处理，限制所述直方图映射表的临近色阶的映射梯度，得到矫正的直方图映射表，避免因梯度过大，导致生成的底色图层有明显反差色块。

所述的步骤30中，根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理得到底色图，主要是将所述的灰度图中的各个像素点的颜色值，替换成所述的直方图映射表中该颜色值所对应的新颜色值，得到底色图。

所述的步骤40中，对所述的灰度图进行边缘检测得到边缘图，本实施例不限定采用的具体的边缘检测算法，比如Canny算法、Sobel算法、Roberts算法、SUSAN算法等，不同算法的复杂度和边缘检测效果有所不同，可以根据实际图像检测精度选择对应算法。

所述的步骤50中，对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，主要是将所述的边缘图朝0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°八个方向进行径向模糊处理，得到八个径向模糊图；所述的步骤50中，将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理得到线条图，进一步包括以下步骤：

51.计算所述的八个方向的径向模糊图所对应的八个径向图，计算方法如下：

Lblur(i＝max,p)＝Gray(p)；

Lblur(i≠max,p)＝0；

其中，Gray(p)为所述的灰度图的p点的颜色值；Lblur(i,p)为所述的第i个方向的径向模糊图的p点的颜色值；即，令第i个方向的径向模糊图的最大颜色值的像素点的颜色值等于所述的灰度图的对应像素点的颜色值，且该第i个方向的径向模糊图的其余像素点的颜色值等于0，从而得到第i个方向的径向模糊图对应的径向图；

52.将所述的八个径向图沿着原来的方向再进行一次径向模糊处理，得到八个单方向的线条图；

53.将所述的八个单方向的线条图进行叠加处理，得到最终的线条图。

所述的步骤60中，对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理得到铅笔素描效果图，其计算方法为：

Result＝color*linecolor/255；

其中，color为底色图上对应像素点的颜色值，linecolor为线条图上对应像素点的颜色值，Result为铅笔素描效果图上对应像素点的颜色值。

如图2所示，本发明还提供了一种模拟铅笔素描的图像处理系统，其包括：

灰度处理模块A，其对待处理图像进行灰度化处理，得到灰度图；

直方图匹配模块B，其对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表；

映射处理模块C，其根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图；

边缘检测模块D，其对所述的灰度图进行边缘检测，得到边缘图；

线条化模块E，其对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，并将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理，得到线条图；

融合模块F，其对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图。

本发明通过优化直方图得到铅笔素描的底色图，并且通过边缘检测得到铅笔素描的线条图，然后将底色图与线条图进行相乘得到待处理图像的铅笔素描效果图(如图3和图4所示)，提高铅笔素描的真实性，效果更好更自然。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.对待处理图像进行灰度化处理，得到灰度图；

20.对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表；

30.根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图；

40.对所述的灰度图进行边缘检测，得到边缘图；

50.对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，并将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理，得到线条图；

60.对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图。

2.根据权利要求1所述的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于：所述的步骤10中的灰度化处理的计算公式为：

GRAY＝0.299*RED+0.587*GREEN+0.114*BLUE；

或者

GRAY＝(RED*306+GREEN*601+BLUE*117+512)/1024；

其中，RED、GREEN、BLUE分别为待处理图像的各个像素点的红、绿、蓝通道的颜色值，GRAY为灰度图的对应像素点的颜色值。

3.根据权利要求1所述的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于：所述的步骤20中对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表，进一步包括以下步骤：

21.对所述的灰度图进行直方图统计，得到实际直方图；

22.根据所述的灰度图的特性，获取预设的标准直方图；

23.根据上述的标准直方图，对实际直方图进行直方图匹配，使实际直方图接近标准直方图，并据此得到直方图映射表。

4.根据权利要求3所述的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于：还包括步骤24，对所述的直方图映射表进行矫正处理，限制所述直方图映射表的临近色阶的映射梯度。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于：所述的步骤30中，根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理得到底色图，主要是将所述的灰度图中的各个像素点的颜色值，替换成所述的直方图映射表中该颜色值所对应的新颜色值，得到底色图。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于：所述的步骤50中，对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，主要是将所述的边缘图朝0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°八个方向进行径向模糊处理，得到八个径向模糊图。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于：所述的步骤50中，将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理得到线条图，进一步包括以下步骤：

51.计算所述的八个方向的径向模糊图所对应的八个径向图，计算方法如下：

Lblur(i＝max,p)＝Gray(p)；

Lblur(i≠max,p)＝0；

其中，Gray(p)为所述的灰度图的p点的颜色值；Lblur(i,p)为所述的第i个方向的径向模糊图的p点的颜色值；即，令第i个方向的径向模糊图的最大颜色值的像素点的颜色值等于所述的灰度图的对应像素点的颜色值，且该第i个方向的径向模糊图的其余像素点的颜色值等于0，从而得到第i个方向的径向模糊图对应的径向图；

52.将所述的八个径向图沿着原来的方向再进行一次径向模糊处理，得到八个单方向的线条图；

53.将所述的八个单方向的线条图进行叠加处理，得到最终的线条图。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种模拟铅笔素描的图像处理方法，其特征在于：所述的步骤60中，对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理得到铅笔素描效果图，其计算方法为：

Result＝color*linecolor/255；

其中，color为底色图上对应像素点的颜色值，linecolor为线条图上对应像素点的颜色值，Result为铅笔素描效果图上对应像素点的颜色值。

9.一种模拟铅笔素描的图像处理系统，其特征在于，其包括：

灰度处理模块，其对待处理图像进行灰度化处理，得到灰度图；

直方图匹配模块，其对灰度图进行直方图统计，并根据直方图统计结果进行直方图匹配，得到直方图映射表；

映射处理模块，其根据所述的直方图映射表对所述的灰度图进行映射处理，得到底色图；

边缘检测模块，其对所述的灰度图进行边缘检测，得到边缘图；

线条化模块，其对所述的边缘图进行八个方向的径向模糊处理，并将得到的八个方向的径向模糊图进行叠加处理，得到线条图；

融合模块，其对所述的底色图与所述的线条图进行相乘处理，得到铅笔素描效果图。