数字图像中的人脸美化方法

摘要

本发明公开了一种数字图像中的人脸美化方法，对输入图像的脸部区域进行美化处理包括有：设定选取窗口，用以选择输入图像的部分图像区域；从选取窗口中指派目标像素，将其余像素指派为比对像素；根据目标像素对比对像素的变异量执行细节检验程序，判断目标像素是否具有细节信息；对目标像素执行亮度检验程序，判断目标像素是否符合亮度区间；执行非线性过滤程序，将目标像素通过非线性滤波器产生滤波值，提供混合比例，根据混合比例对目标像素与滤波值进行混合，产生已完成像素；将已完成像素取代原来目标像素；重复上述步骤，直至完成所有像素为止。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字图像处理方法，特别有关于一种数字图像中的人脸美化方法。

背景技术

随着数字相机的发展，使得摄影不再是昂贵的消费。使用者可以随意的拍摄所要的图像，用以记录值得纪念的一刻或景象。尤其是拍摄人物更是许多摄影者的重点之一。可是在拍摄的过程中，被摄者也许因为脸上的斑点、灰尘或细纹等因素，影响阅读者对所拍摄的数字图像的观感。

为解决此一问题，虽然可以利用数字图像编辑软件来对数字图像进行细部的编辑。但是并非一般的使用者都对图像编辑软件熟稔，因此也造成使用者的入门门坎的提高。另一种方式是利用提高图像的柔化，这样虽然可以将上述的色块部分稀释。但是柔化处理针对数字图像的整体进行处理。因此对于数字图像中不需要调整的地方也会被柔化处理。这样一来，导致数字图像的观感降低。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种数字图像中的人脸美化方法，用以消除输入图像的人脸肌肤上的噪声(雀斑、黑斑、毛细孔或细纹)。

为达上述目的，本发明所公开的一种数字图像中的人脸美化方法，用以对一输入图像的人脸肌肤上的噪声进行消除，该肤色处理方法包括以下步骤：

a.选择该输入图像的部分图像区域以作为一选取窗口；

b.从该选取窗口中指派一目标像素，并将其余像素指派为一比对像素；

c.根据该目标像素对该些比对像素的变异量执行一细节检验程序，用以判断该目标像素是否具有一细节信息；

d.若该目标像素具有该细节信息时，则对该目标像素执行一亮度检验程序，判断该目标像素是否位于一亮度区间；

e.若该目标像素位于该亮度区间，则执行一非线性过滤程序，将该目标像素通过一非线性滤波器产生至少一滤波值，再提供一组混合比例，根据该混合比例用以对该目标像素与该滤波值进行混合，用以产生一已完成像素，并将该已完成像素取代原来该目标像素；以及

f.重复步骤a～步骤e，直至完成该输入图像中的所有像素为止，并输出一目标图像。

本发明提供了一种对数字图像中肌肤颜色的处理方法，用以对非肌肤颜色的噪声进行去除。并且利用周遭的像素进行修补，除了可以达到美化图像的目的，亦可降低对原图的破坏。

有关本发明的特征与实作，兹配合图示作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的运作流程示意图；

图2为步骤c的运作流程示意图；

图3为亮度检验程序的运作流程示意图；

图4为非线性过滤程序的运作流程示意图；

图5为在不同回合中的目标像素的示意图；

图6为另一实施态样的运作流程示意图。

其中，附图标记：

510选取窗口

具体实施方式

本发明所公开的方法可运用于具有图像处理能力的电子装置，例如个人计算机、数字相机、数字相框等电子装置。但需注意的是，本发明的方法非仅限于上述例子，在此仅先叙明。并且为清楚说明本发明的技术手段，因此在此定义以下各名词。

输入图像P，其为x*y像素阵列大小的图像；选取窗口，其为m*n像素阵列，其中m与n为正整数，在本发明的实施态样中以5*5的选取窗口为例，其非本发明的限制，选取窗口中的像素排列请参考表一所示，Pn为选取窗口中的第n个位置；在此一实施说明中以P12为为目标像素。

  P0  P1  P2  P3  P4  P5  P6  P7  P8  P9  P10  P11  P12  P13  P14  P15  P16  P17  P18  P19  P20  P21  P22  P23  P24

表一.选取窗口

请参考图1所示，其为本发明的运作流程示意图。本发明包括以下步骤：

步骤a.设定选取窗口，其用以选择输入图像的部分图像区域；

步骤b.从选取窗口中指派目标像素，并将其余像素指派为比对像素；

步骤c.根据目标像素对比对像素的变异量执行细节检验程序，用以判断目标像素是否具有细节信息；

步骤d.若目标像素具有细节信息时，对选取窗口中的目标像素执行亮度检验程序，判断目标像素是否符合亮度区间；

步骤e.若目标像素符合亮度区间之中时，执行非线性过滤程序，将目标像素通过非线性滤波器产生至少一滤波值，再提供一组混合比例，根据混合比例用以对目标像素与滤波值进行混合，用以产生已完成像素，并将已完成像素取代原来目标像素；

步骤f.判断是否完成输入图像中的所有像素，若未完成则重复步骤a～步骤e，直至完成输入图像中的所有像素为止，并输出目标图像；以及

步骤g.决定是否继续执行肤色处理方法(意即执行步骤阿a～步骤f)。

在本发明在步骤c、步骤d与步骤e中更包括各自的运作方式。请参考图2所示，其为步骤c的运作流程示意图。亮度检验程序用以检测目标像素是否具有图像的细节，其中图像的细节为被摄者的头发、睫毛、眼镜或耳环等非肌肤的像素。在步骤c中更包括以下步骤：

步骤c-1.提供变异量门坎值；

步骤c-2.根据目标像素与该些比对像素计算水平变异量SAD_H；

步骤c-3.根据目标像素与该些比对像素计算垂直变异量SAD_V；

步骤c-4.根据目标像素与该些比对像素计算出一组对角变异量SAD_D1、SAD_D2；

步骤c-5.根据水平变异量SAD_H、垂直变异量SAD_V与该些对角变异量SAD_D1、SAD_D2计算总变异量SAD；

步骤c-6.若总变异量SAD小于变异量门坎值，则判断目标像素不具有该细节信息，并从输入图像中选取另一像素并执行步骤a；以及

步骤c-7.若总变异量SAD大于变异量门坎值，则判断目标像素具有该细节信息，并从输入图像中选取另一像素并执行步骤a。

在步骤c-2的水平变异量SAD_H，其由式1所产生：

SAD_H＝|P2-P3|+|P7-P8|+|P12-P13|+|P17-P18|+|P22-P23|(式1)

在步骤c-3的垂直变异量SAD_V，其由式2所产生：

SAD_V＝|P5-P10|+|P6-P11|+|P7-P12|+|P8-P13|+|P9-P14|(式2)

在步骤c-4的一组对角变异量SAD_D1、SAD_D2，其由式3所产生：

SAD_D1＝|P1-P5|+|P7-P11|+|P13-P17|+|P19-P23|

SAD_D2＝|P3-P9|+|P7-P13|+|P11-P17|+|P15-P21|(式3)

在步骤c-5的总变异量SAD，其由式4所产生：

SAD＝SAD_H+SAD_V+SAD_D1+SAD_D2(式4)

当总变异量SAD小于变异量门坎值时，则代表此一目标像素并未含有细节。

接着，亮度检验程序用以筛选出符合亮度区间中的目标像素，其主要目的是为了检查目标像素是否为雀斑、黑斑、毛细孔或细纹。

在执行步骤d的亮度检验程序前更包括以下步骤，请参考图3所示，其为亮度检验程序的运作流程示意图：

步骤d-1.根据目标像素与比对像素的值，用以计算均值Mean；

步骤d-2.提供均值上限值Mean_THU与均值下限值Mean_THL，且均值下限值Mean_THL大于均值上限值Mean_THU；以及

步骤d-3.根据均值上限值Mean_THU与均值下限值Mean_THL，用以设定亮度区间的范围。

在步骤d-1.根据下式5计算均值Mean：

$\mathrm{Mean}=\frac{1}{25}\times \underset{i=0}{\overset{24}{\Sigma }}{P}_i$(式5)

其中，Pi为在选取窗口中的第i个位置。

若目标像素的亮度落于亮度区间(意即均值上限值Mean_THU＜目标像素的亮度＜均值下限值Mean_THL)中，则目标像素为雀斑、黑斑、毛细孔或细纹。

接着，请参考图4所示，其为非线性过滤程序的运作流程示意图。在产生滤波值中更包括以下步骤：

步骤e-1.由比对像素中选出最大像素值，并将其定义为滤波最大值P_Max；

步骤e-2.由比对像素中选出中值，并将其定义为滤波中值P_Mid；以及

步骤e-3.根据混合比例用以对滤波最大值P_Max、滤波中值P_Mid与目标像素进行混合，用以产生已完成像素。

其中，根据式6与式7计算滤波最大值P_Max与滤波中值P_Mid：

P_Max＝max(P₀，P₁，P₂，…，P₂₄)   (式6)

P_Mid＝median(P₀，P₁，P₂，…，P₂₄)(式7)

接着，根据混合比例用以对滤波最大值P_Max、滤波中值P_Mid与目标像素进行混合。在此定义混合比例分别为常数a、常数b与常数c，且a+b+c＝1。请参考(式8)所示，其系利用输出非线性滤波结果再取代原目标像素：

P₁₂＝a×P_Max+b×P_Mid+c×P₁₂(式8)

这样一来，在进行次一回合的肤色处理可以加速次一目标像素的颜色淡化速度。这是因为在前一回合中的目标像素的亮度值已经被改变过，所以新的回合中的目标像素将会把前一回合的目标像素带入计算。请参考图5所示，其为在不同回合中的目标像素的示意图。在图5的左方为第一回合的肤色处理(虚线框代表选取窗口510)，右方为第二回合的肤色处理。在第一回合的肤色处理时，会产生根据非线性滤波结果(意即图5中选取窗口510的P`(2，2))取代原目标像素的亮度值。因此在第二回合中，在位置(2，2)的像素亮度值会变成P`(2，2)。

在步骤g中，可以由使用者或根据输入图像与选取窗口510的大小决定欲进行肤色处理的次数。举例来说，若是选取窗口较小或输入图像较小时，可以设定较少回合次数的肤色处理，反之亦然。在每经过一次肤色处理后，可以降低输入图像中非肌肤颜色的噪声。

除了上述的实施态样外，本发明更提供另一实施例。请参考图6所示，其为另一实施例的运作流程示意图。此一实施例包括以下步骤：

步骤a.设定选取窗口，其用以选择输入图像的部分图像区域；

步骤b.从选取窗口中指派目标像素，并将其余像素指派为比对像素；

步骤c.根据目标像素对比对像素的变异量执行细节检验程序，用以判断目标像素是否具有细节信息；

步骤d.若目标像素具有细节信息时，对选取窗口中的目标像素执行亮度检验程序，判断此一目标像素是否位于亮度区间之中；

步骤e.若目标像素位于亮度区间之中时，执行非线性过滤程序，将目标像素通过非线性滤波器产生至少一滤波值，再提供一组混合比例，根据混合比例用以对目标像素与滤波值进行混合，用以产生已完成像素，并将已完成像素取代原来目标像素；

步骤f.判断是否完成输入图像中所有像素，若尚未完成则重复步骤a～步骤e，直至完成输入图像中的所有像素为止，并输出目标图像；

步骤g.判断是否继续执行肤色执行方法，若不继续则执行步骤a～步骤f，产生另一目标图像；

步骤h.设定比对窗口，用以选取目标图像中的部分图像区域，并从比对窗口中指派一目标像素，将其余像素定义为比对像素；

步骤i.执行细节检验程序，根据目标像素对比对像素的变异量，用以检测出具有细节信息的目标像素；

步骤j.对具有细节信息的目标像素进行过滤程序，用以输出完成像素；以及

步骤k.判断是否完成目标图像中的所有像素，若未完成则重复步骤h～步骤j，直至完成目标图像中所有的像素为止，并输出完成图像。

在本实施例中步骤a～步骤g均与前一实施例相同，且步骤h与步骤i的详细作法分别与步骤c与步骤d相同，所以在此不多加赘述。本实施例与前一实施例不同之处在于步骤j的过滤程序不同。在步骤j根据式9对比对窗口的中的目标像素进行处理：

(式9)

其中，WOI为比对窗口；(x，y)为比对窗口中像素的坐标位置；TH为滤波门坎值；N为此比对窗口内的满足条件|P(i，j)·P(x，y)|＜TH的总数。

对于步骤h～步骤i用以对数字图像中的肌肤颜色做更进一步的调和，并抹除具有毛细孔与细纹的像素。如此一来，可以使得数字图像中的脸部看起来更为柔美与平滑。

本发明提供了一种对数字图像中肌肤颜色的处理方法，用以对非肌肤颜色的噪声进行去除。并且利用周遭的像素进行修补，除了可以达到美化图像的目的，亦可降低对原图的破坏。