交互式彩色图像分色换色算法及实现.pdf

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1、第2 6 卷第2 期 纺织学报 、o l 2 6 ，N o - 2 2 0 0 5 年4 月 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c hA p r ，2 0 0 5 交互式彩色图像分色换色算法及实现 张建海，张森林 ( 浙江大学电气工程学院，浙江杭州3 1 0 0 2 7 ) 摘要针对当前彩色印花花样分换色技术中存在的问题，提出了一种省时且操作简单的分换色算法。算法中多 种色彩空间的配合应用特别是均匀色彩空间的应用，极大地减少了可能引起的图像失真。并可以在尽量少人工参 与的情况下得到清晰的色彩区域和满意的换色效果。实验结果表明此算法简单实用。 关键词分

2、色；换色；颜色量化；色彩空间；彩色图像 中图分类号：T s1 9 4 1文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 1 2 0 0 5 ) 0 2 0 1 0 8 0 3 I n t e r a c t i v ec o I o rs e p a r a t i o na n dr e p I a c e m e n tf o rc o I o ri m a g e Z H A N GJ i a n - h a i ，Z H A N GS e n l i n ( z 姆旷E k 娩耐西彬榭而娉，z 弓妇增妙胁昭咖，铂弓洳愕3 1 0 0 2 7 ，傩由m ) A b s t m c

3、 t D e s i g na ne a s ya n dt i m e s a V i n ga k o r i 山mt os o l V et h ep r o b l e m si nc 0 1 0 rs e p a r d t i o na l I dr e p l a c e m e n tf o rc o l o ri m 8 9 e T h e 印p l i c a t j o no fI n u l t i p l ec o l o rs p a c e ，e 8 P e c i a l l ym eu n “b mc 0 1 0 r8 p a c e ，g r e a t l

4、 yr e d l l c e dt h ep o s 8 i b l ed i s t o r t i o ni nc o l o rs 8 p m t i o n w i t ht l l el e a s ti n t e r a c t i o n ，i tr e c e i v e se l e a rc o l o rz o n ea n ds a t i s f a c t o r yc 0 1 0 rr e p l a c e m e me f f e c t T h er e s I l l t ss h o wt h i sa 1 9 0 r i t | l mi s p

5、r a c t i c a la J l de 雎c t i v e K e yw o r d sc o l 叫s e p a r a t i o n ；c o l o rr e p l a c e m e n t ；c o l o rq u a n 6 2 8 l i o n ；c 0 1 0 rs p a c e ；c o l o ri m a g e 印花花样设计是一项专业要求很高的工作，一 个新花样的完成需花费设计者大量的时间和精力。 而且，对设计好的花样进行修改也需要巨大的工作 量，特别是对于颜色数量多或者有云纹的复杂花样 很难准确分色得到清晰的色彩区域。另外，如果花 样是通过扫描得

6、到的，由于扫描仪的理想透光率和 实际透光率之间的误差以及图像的边缘效应会引起 扫描颜色的失真和畸变，如将一幅8 色的花样通过 扫描仪输入到计算机中，得到的真彩图像中会出现 成千上万种不同的色彩，虽然人的肉眼分辨不出其 中细微的差别，但为准确对花样进行分色带来了很 大的困难。文献 1 3 正是由于没有考虑到此误差 的影响，所以实际效果并不理想。 目前对花样的分色换色主要有2 种方法，一种 是全自动分色换色，如文献 2 ，3 提出的聚类量化算 法，对给定花样用聚类的方法将彩色图像量化为仅 有几种颜色，并用这几种颜色对图像进行重建，然后 对这几种颜色进行换色。这种方法对于包含颜色少 并且色彩比较纯的

7、花样效果比较好。但是对于前面 所说的有云纹的花样或者通过扫描仪输入的复杂花 样，由于颜色数量多( 有的扫描图样甚至一种颜色只 有几个像素点) ，这时用文献 2 ，3 的算法不仅收敛 速度极慢，并且会引起图像的失真，实用性不强。虽 然有很多改进的算法如文献 4 ，5 ，但是在实际应用 中还是难以得到满意的效果。另一种方法是先描出 需换色色彩的每个色块或花形的边界，进行人工分 色换色，这也是当前应用最广泛的方法，见文献 6 ，7 。这种方法可以得到各色块或花形的清晰区 域，但是操作过于繁琐，需要消耗大量的人力，延长 了花样设计时间。本文结合上述2 种方法提出了一 种新的分色换色方法，可以在很少的人

8、工参与下得 到清晰的色彩区域，并完成色彩的替换。 1 色彩模型的选取 本文中主要用到了R G B ，c I EL + 口+ 6 。和H S B 色彩模型，不同的操作根据这3 种色彩模型的特点 选择合适的模型，以达到最好的处理效果。 R G B 色彩模型是电脑设计中最直接的色彩表 示方法，适合在电脑上进行图像的显示。但是R 、 G 、B 数值和色彩的三属性没有直接的联系，不能揭 示色彩之间的关系。所以在进行色彩替换时，R G B 模型就不是那么合适了。 作者简介：张建海( 1 9 7 8 一) ，男，在读博士。研究方向为图形图像处理、模式识别。 万方数据 PDF Watermark Remove

9、r DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第2 期 纺织学报 【1 0 9 】 H S B 用色彩的三属性来描述颜色，理解起来非 常容易，色彩分类简单自然，并且通过改变H s B 值 获得的效果非常清晰而且可预见。由于H s B 模型 能直接体现色彩之间的关系，所以非常适合于色彩 设计。本文在花样的替换色中就是采用了这个色彩 模型。 以上二种色彩模型都有一个比较大的问题，就 是其色彩空间都是非均匀的，色彩的空间距离与色 彩的理解距离毫不相干。以R G B 为例，R 、G 、B 改变 相同的

10、色差，所引起的颜色变化程度对人眼来说是 不样的。因此用R G B 色彩空间来描述颜色的变 化是不合理的，H s B 色彩模型同样存在这个问题。 c I E + n 。6 + 是一种均匀色彩空问，它建立在 人对色彩感觉的基础上。如果三，口+ ，6 变化到 L 。，口。”，6 。+ 和：+ ，。：”，6 ：“，只要使色差为 E ，= ( L ”一L 】”) 2 + ( 口”一n 1 ) 2 + ( 6 。一6 。) 2( 1 ) E 2 = ( 一2 + ) 2 + ( 。一24 ) 2 十 ( 6 。一6 ，”) 2( 2 ) 且满足E 。= E ：，那么这2 种颜色的变化程度对人眼 来说就是相

11、近的，适合用来描述颜色的变化。但它 并不适用于图像处理，难以理解，当L 。，d ，6 + 值 改变时，其变化结果是很难甚至是无法预测的，计算 起来也过于复杂。 在分色换色过程中需要R G B 和C I E 三o 。6 + 以及R G B 和H s B 色彩空间的互相转换，具体转换公 式可参见文献 8 。 2 分换色算法 本文的分换色算法包括三个步骤：初步选定色 彩区域、除去污点得到清晰区域、完成换色。 2 1 得到色彩区域 步骤一：设定允许色差E r r o r ；步骤二：在花样上 手工选出换色区域种子色C 。；步骤三：计算机根据 给定允许色差和选出的种子色自动找出色彩区域。 具体算法是：对于

12、给定的n m 的2 4 位B M P 花样 图像，扫描整幅图像，将图像中每一个像素R 的颜 色值从R G B 颜色空间转换到c I E l 9 7 6L ”。6 “均 匀颜色空间中，然后根据式( 1 ) 得出像素P f J 的颜色 与每一个种子色C 。( d = l ，2 ，丘) 在均匀颜色空间 的色差，只要有一个色差值小于给定允许色差值，则 此像素属于所寻找的色彩区域；步骤四：查看得到的 区域。如果不满足要求则重复步骤二、三或调节允 许色差大小，直到得到满意的色彩区域。 2 2 除去污点得到清晰区域 根据2 1 的方法得到的区域不可避免地会存在 不希望的污点，即在选定的区域内存在若干不连续

13、的且不属于色彩区域的像素点，这些污点的存在会 严重影响分换色的效果，但是这些污点较少又不适 合通过增加允许色差或增加种子色的方法来消除。 为了解决这个问题，本算法提供了橡皮擦功能以清 除区域内的污点，以便可以得到清晰的区域。其原 理是：把橡皮擦区域内的污点通过特定的转换，在保 证对原图效果影响最小的情况下将污点区域也收入 色彩区域。转换过程如下： 步骤一：扫描橡皮擦区域直到发现第一个不属 于换色区域的像素点( 污点) P 。； 步骤二：将像素P J 颜色值从R G B 颜色空间转 换到c I E l 9 7 6L o 。6 。均匀颜色空问中得到C 。 ( L ，o ，6 ，) ，然后计算c ，

14、( ，口，6 ，) 与每一个种子 色C 。( d = 1 ，后) 在均匀颜色空间中的色差，找到 与污点颜色具有最小色差的相应种子色c f ( 三i ，o ；， 6 ) 。现在需要找到一个属于色彩区域且与污点像 素颜色最为接近的颜色值c ，( ，q ，6 ，) 。在 c I E l 9 7 6 。口。6 + 三维颜色空问中，以C i ( 厶，o i ， 6 ，) 为球心，以允许色差E o r 为半径尺，做一个封闭 球面。根据步骤一可知球面及球面包围的颜色值都 属于所寻色彩范围。连接c ；( 三；，n ；，6 ；) 与c ，( 上。， 口，6 ，) 的直线与球面的离点q ( ，口，6 ，) 较近的

15、 交点即为所求的c ，( L ，6 ，) ； 步骤三：如果换色区域中还存在污点则重复步 骤一和步骤二，直到得到一个满意的清晰区域。 图1 中c 。为需要转换的污点，C 。为与C 。色差 最小的种子点，c ，即为转换后的c 。 6 图1 用c ，代替污点c ， 2 3 区域换色 对色彩区域进行颜色替换可以得到希望的花 样。根据2 2 中的分析，在换色时采用H S B 色彩空 间。通过改变换色区域内像素点颜色值的日、s 、曰 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the waterma

16、rk 【1 1 0 】 纺织学报 2 0 0 5 年第2 期 值就可以得到所需要的相应换色效果。有2 种模式 可以选择，一种是通过增减区域内所有像素点的 日、s 、曰值来改变相应区域的颜色，这种方式也适合 对整幅图像进行色调、饱和度以及亮度的调整从而 改变整幅图像的视觉效果；另一种是用指定的日值 替换换色区域内所有像素点的日值，然后通过增减 这些点颜色值的S 、8 值来改变相应区域的颜色，这 种方式还可以完成色彩的合并操作。当然也可以通 过从色卡中选择需要的颜色进行替换。 2 4 算法效果 分换色过程效果图见图2 ，换色效果图见图3 。 ( a ) 花样原图( ”初步色彩区域 ( c ) 清晰

17、色彩区域( d ) 换色效果 图2 分换色过程效果图 3 结束语 根据当前印花花样分色换色技术中存在的问 题，提出了一种操作简单的交互式分换色算法，在尽 量少的人工参与下主要由计算机自动完成分换色 ( a ) 花样原图 ( b ) 换色效果 图3 换色效果幽 过程。利用本算法可以得到清晰的色彩区域，并且 由于在算法中采用了C I EL 。o + 6 。均匀颜色空间， 最大限度地减小了分色过程中引起的图像失真。实 践证明，本算法可以较好地对复杂图形进行分换色， 并能得到满意的分换色效果，有良好的应用前景，已 成功地应用到了领带花样换色系统中。 参考文献： 1 x j a n gz h i g a

18、 n g ，C r e o r yJ o y c o l o ri n l a g eq u 蚰“柏t i o nb ya g g l o m e r a t i 代 c I l l s t e r i n dJ I E E Ec o m p u t e rG r 印h i c sa n dA p p l i c a t i o n s ，1 9 9 4 ，1 4 ( 3 ) ：4 4 4 8 2 任智斌，隋永新，杨英慧在均匀颜色空间中实现彩色图像的 颜色量化 J 光学精密工程，2 0 0 2 ，1 0 ( 4 ) ：3 4 0 3 4 5 3 赵燕伟，王万良基于聚类分析的色彩量化新算法及应用

19、 J 计算机辅助设计与图形学报，2 0 0 0 ，1 2 ( 5 ) ：3 4 0 3 4 3 4 M j c h a e JTO r c h a r d ，c h a r e I sAB o u 眦n c o I o q u a I l t i z a t i o n0 fi m a g e s J j I E E ET r a l l s a c t i o n so ns i 印a lP m c e s s i n g ，1 9 9 1 ，3 9 ( 1 2 ) ：2 6 7 7 2 6 9 0 【5JG e n t i l eR ，A l l e b & c hJ ，W a l o w

20、 i tE O u a I l t i 蛆t i o n 跚dm u l t i l e v e l h a m o n i “g0 fc o l o ri m 8 9 e sf o rn e a r - o r i g i n a li m 8 9 eq u a h t y J J0 p t s o cA m e rA ，1 9 9 0 ，7 ( 6 ) ：1 0 1 9 一1 0 2 6 6 陈钢纹织c A D 系统中的图案色彩识别 J 计算机时代，1 9 9 6 ( 6 ) ：9 一l O 7 田琳，常培荣纹织c A D 提花织物设计初探 J 纺织学报， 1 9 9 5 ，1 6 ( 4 ) ：2 1 6 2 1 9 8jE u g e n eV i s h e v s k y c o I o rc o n v e r s i o na 【g o r i t h 玲 E B ，O L h n p ：， w w w c s r i t e d t ，n c s C o l o r ，t C o n v e r t h I 瑚1 2 I ) ( ) 4 ( ) 6 0 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark