一种基于调色板的图像重着色方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于调色板的图像重着色方法与装置，属于图像处理领域。步骤1：获取原始RGB彩色图像，设定调色板颜色数量，迭代控制变量范围；步骤2：初始化调色板、系数辅助矩阵、迭代控制变量为最小值，迭代次数k＝1；步骤3：求解系数矩阵ω

【技术实现步骤摘要】
一种基于调色板的图像重着色方法与装置


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于调色板的图像重着色方法与装置。

技术介绍

[0002]图像重着色是指对原始图像重新上色，从而达到色彩还原或视觉增强目的的计算机技术通称。图像重着色在生产生活中有许多应用，如对黑白照片着色生成彩色照片；深度图像、红外图像的可视化等。
[0003]当前最先进的图像重着色方法为Chang等人提出的基于调色板的图像重着色方法及其一系列变种。其主要思想为：将原始图像像素颜色分解为若干不同颜色的叠加，每种颜色在每个像素上具有不同的权重，分解出来的全体颜色构成调色板，全体像素的权重构成系数矩阵，通过求出调色板和系数矩阵，并根据需要修改调色板颜色，便可重新叠加为新的图像，达到重新上色的目的。但无论哪种方法，均在一定程度上存在渗色和色差的问题。
[0004]如何取得更好的着色效果，减少渗色和色差是相关领域人员致力于研究的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述渗色和色差的问题，本专利技术提供一种基于调色板的图像重着色方法与装置，基于本专利技术设计的光滑项、稀疏项、归一项约束，迭代式地求解系数矩阵、更新调色板颜色，具有更好的着色效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提出一种基于调色板的图像重着色改进方法，包含以下步骤：
[0008]步骤1.获取原始图像I，其中I为RGB彩色图像，每个像素使用表示红绿蓝三色的向量描述，设定调色板C颜色数量m，迭代控制变量最小值β
min
、最大值β
max
。
[0009]步骤2.对原始图像I的像素集合进行K＝m的Kmeans聚类，将聚类结果的聚类中心作为调色板的初始颜色初始化系数辅助矩阵φ1＝0，其中系数辅助矩阵大小和调色板的系数矩阵大小相同，等同于图像大小；初始化迭代控制变量β1＝β
min
，迭代次数k＝1。
[0010]步骤3.通过最小化下述函数求解系数矩阵ω
k
，k为迭代次数：
[0011][0012]其中，p表示原始图像I的像素，I
p
表示原始图像I的像素p的RGB值；表示第k次迭代时的系数矩阵中，像素p对应调色板的第i种颜色的权重；表示第k次迭代时调色板的第i种颜色；λ
s
表示光滑项权重，其值为输入参数；Ω
p
表示与像素p最相近的n个像素的集合，
n为输入参数，其中两两像素间的“距离”被定义为：将像素p的RGB值(r，g，b)与像素坐标(x，y)合并为5维向量(r，g，b，x，y)作为像素的特征向量X
p
，把特征向量的欧氏距离作为像素间的“距离”；λ
u
表示归一项权重，其值为输入参数；β
k
表示第k次迭代控制变量；表示第k次迭代时的系数辅助矩阵中，像素p对应调色板的第i种颜色的辅助变量；z
pq
表示相邻像素的权重，其值可用下式计算：
[0013][0014]步骤4.通过最小化下述函数求解系数辅助矩阵，得到φ
k+1
：
[0015][0016]其中表示第k+1次迭代中，像素p对应调色板的第i种颜色的辅助变量，表示第k次迭代时的系数矩阵种，像素p对应调色板的第i种颜色的权重，λ
sp
表示稀疏项权重，其值为输入参数，β
k
表示第k次迭代控制变量，函数T(
·
)表示L0范数，向量φ
p，k+1
表示第k次迭代中，像素p的全体颜色的权重构成的向量。上述函数取最小值时对应参数的解析式为：
[0017][0018]步骤5.根据下式更新调色板，得到C
k+1
：
[0019][0020]其中，表示更新后的调色板C
k+1
的第i种颜色。
[0021]步骤6.更新迭代控制变量β
k+1
＝γβ
k
，若β
k+1
＜β
max
，则k＝k+1，返回步骤3，否则跳到步骤7。
[0022]步骤7.返回调色板C
k+1
和系数矩阵ω
k
，基于返回的调色板和系数矩阵对原始图像I进行重新着色。
[0023]本方法客观评价PSNR和SSIM与现有先进方法相比较高，能有效减少渗色和色差的问题，对图像重着色领域有重大意义。
附图说明
[0024]图1为本专利技术图像重着色方法的流程示意图；
[0025]本专利技术的实现、功能特点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0026]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]实施例1
[0028]本实施例在由计算机生成的数据集上进行，数据集包括50个图片对，共100张图片，每个图片对由原图片和重着色图片组成，这些图片由不同重着色算法生成。
[0029]本实施例步骤如下：
[0030]步骤1.获取原始图像I，其中I为RGB彩色图像，每个像素使用表示红绿蓝三色的向量描述，设定调色板C颜色数量m，迭代控制变量最小值β
min
＝1、最大值β
max
＝106。其中，调色板C颜色数量m的计算如下：
[0031]步骤1.1：将原始图像的每一个颜色通道量化为16个值，得到16
×
16
×
16的直方图。
[0032]步骤1.2：依次选择频数最多的颜色，直至被选择的频数和达到总数的90％，或有8种颜色被选择。
[0033]步骤1.3：将被选择的颜色数量作为调色板C颜色数量m。
[0034]步骤2.对原始图像I的像素集合进行K＝m的Kmeans聚类，将聚类结果的聚类中心作为调色板的初始颜色C1，初始化系数辅助矩阵φ1＝0，其中系数辅助矩阵大小和调色板的系数矩阵大小相同，等同于图像大小；初始化迭代控制变量β1＝β
min
，迭代次数k＝1。
[0035]步骤3.通过最小化下述函数求解系数矩阵ω
k
，k为迭代次数：
[0036][0037]其中p表示原始图像I的像素，I
p
表示原始图像I的像素p的RGB值；表示第k次迭代时的系数矩阵中，像素p的对应调色板的第i种颜色的权重；表示第k次迭代时调色板的第i种颜色；λ
s
表示光滑项权重，其值为输入参数；Ω
p
表示与像素p最相近的n个像素的集合，n为输入参数，其中两两像素间的“距离”被定义为：将像素p的RGB值(r，g，b)与像素坐标(x，y)合并为5维向量(r，g，b，x，y)作为像素的特征向量X
p
，把特征向量的欧氏距离作为像素间的“距离”；λ
u
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取原始RGB彩色图像，设定调色板颜色数量m，迭代控制变量最小值β
min
、最大值β
max
；步骤2：初始化调色板C1、系数辅助矩阵φ1＝0、迭代控制变量β1＝β
min
，迭代次数k＝1；步骤3：通过最小化下述二次规划问题，求解系数矩阵ω
k
：其中，p表示原始RGB彩色图像的像素，I
p
表示原始RGB彩色图像的像素p的RGB值；表示第k次迭代时的系数矩阵中，像素p对应调色板的第i种颜色的权重；表示第k次迭代时调色板的第i种颜色；λ
s
表示光滑项权重；Ω
p
表示与像素p距离最相近的n个像素的集合；λ
u
表示归一项权重；β
k
表示第k次迭代控制变量；表示第k次迭代时的系数辅助矩阵中，像素p对应调色板的第i种颜色的辅助变量，z
pq
表示相邻像素的权重；步骤4：更新系数辅助矩阵φ
k+1
；步骤5：更新调色板C
k+1
；步骤6：更新迭代控制变量β
k+1
＝γβ
k
，若β
k+1
＜β
max
，则k＝k+1，返回步骤3，否则跳到步骤7；步骤7：返回调色板C
k+1
和系数矩阵ω
k
，基于返回的调色板和系数矩阵对原始图像I进行重新着色。2.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，像素间的距离为：将像素点的RGB值与像素坐标作为像素的特征向量，把两个像素点的特征向量的欧氏距离作为像素间的距离。3.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的相邻像素的权重计算公式为：像素的权重计算公式为：其中，p、q表示原始RGB彩色图像的相邻像素，X
p
、X
q
分别表示像素p、q的特征向量。4.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的系数辅助矩阵的更新公式为：
其中，λ
sp
表示稀疏项权重。5.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的调色板的更新公式为：其中，表示更新后的调色板C
k+1
的第i种颜色。6.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的调色板颜色数量的初始化方法为：步骤1.1：将原始RGB彩色图像的每一个颜色通...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩，杨俞兰，吴伟观，颜钱，
申请(专利权)人：江西求是高等研究院，
类型：发明
国别省市：