由彩色照片转化为手机动画人物卡通式脸谱的制作方法

摘要

本发明提出了一种由彩色照片转化为手机动画人物卡通式脸谱的制作方法，使用灰度化、区域生长、负片、图像缩放、图像合并和伪彩色中的一种或多种方式对原图像进行处理，从而创作出具有卡通式脸谱的手机动画人物，所形成的画面可以朴素无华，也可以绚丽多彩，使人们获得愉悦和欢笑。

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，涉及一种由彩色照片转化为手机动画人物卡通式脸谱的制作方法。

技术背景

不同于《马兰花》等影视动漫音像作品，受制于无线网络的传输速度，特别是手机屏幕尺寸和手机的计算能力，手机动漫人物多以画面特异、色彩明朗、令人惊诧取胜。手机动画作品十分追求新的创意，追求在几秒钟时间里博取视觉的一次闪亮，而不以层次的繁复、画面的精美、动作的细腻取胜。

在当前计算机技术的支持下，大量音像画面多以彩色、完全真实、显露全部细节的数字彩色画面出现，但是我们认为不同年龄、不同层次、处于不同时间段的手机用户，也需要亦庄亦谐、不同风格的电子资讯，从而给手机用户的生活带来更丰富的姿色和更轻快的欢笑。

如果能够将自身或熟人的肖像照片用计算机图像技术，对脸部易容，通过伪彩色着色，将它们改造成为有趣的卡通式脸谱，通过移动彩信等方式发送给亲戚、朋友，这会使收信人觉得十分有趣，丰富手机用户的文化生活。

发明内容

本发明的目的是提出一种由彩色照片转化为手机动画人物卡通式脸谱的制作方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种由彩色照片转化为手机动画人物卡通式脸谱的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对彩色原图进行灰度化操作以及画面缩放操作，一股情况下将它们缩放到当前常用中档手机屏幕的幅面大小(例如320×240以下)，以减少网络传输时间。

步骤2：对画面缩放后的图像进行区域生长操作生成二值图像或多阶灰度图像，用于将灰度相近的区域连成一片，以便在后续步骤中将该灰度相近的区域着色成同一种颜色；

步骤3：判断生成的图像是否多阶灰度图像，如果是，则对区域生长后的图像进行多阶灰度图像伪彩色化操作，脸谱制作完成；否则区域生长后的图像为二值化图像，转到下一步；

步骤4：判断是否需要进行黑白翻转操作，如果需要，则生成二值化后的图像的负片，并转到下一步；如果不需要，直接转到下一步；

步骤5：对经步骤4的图像进行二值化图像伪彩色化处理，脸谱制作完成。

所述的区域生长过程为：

步骤A：将输出图像初始化为全1，即图像初始化为白色图像；

步骤B：建立一个堆栈，选定一个被称之为种子的某一像素点压入堆栈；将种子选在打算要扩展连通成为一片区域的中间的某一位置；

步骤C：依次检查种子周围8个像素点的灰度值，如其中某点与种子的灰度差小于门限值T，则形成新生长点，按下述两种情况处理后，转步骤D；反之说明无新生长点，也转步骤D；所述的门限值T取值的范围为0～255；

情况1：如希望生长后图像为黑白二值图像，则将该点的灰度置为0，表示该点的颜色为黑色，并将它压入堆栈；

情况2：如希望生长后图像为非连续灰度的多阶灰度图像，则根据该点与种子的灰度差，分阶段量化为某一灰度阶取值，并将它压入堆栈；

分阶段量化的具体过程为：

设拟划分层阶数为N，称G_i为目标图像各层的取值，则有

$G_i=(2i-1)\left(\frac{128}{N}\right),i=\mathrm{1,2},...,N,$

设某点原有灰度值为g_d，种子的灰度值为g_s，由g_d与g_s的差值根据下式可算出某点的目标灰度值g_t为：

G_i-1≤abs(g_d-g_s)≤G_i，s→g_t＝G_i-1

其中abs(x)为对x求绝对值；

常规的“连续”灰度实际上也是0～255阶的非连续灰度，不过因为相邻阶的灰度差已经非常小(小到肉眼无法分辩它们的差异)，所以业内就将这类图像称为连续灰度图像。本发明提出的多阶灰度图像提出了这样一种概念：即根据创作者的意图可以将目标图像的灰度划分为若干层阶，并分别为每一层着以不同伪彩色，从而增加画面的色彩，但它又不是传统的彩色照片，因此观众将获得一种“另类”的视觉刺激。

例如拟划分层阶数为4，则目标图像的各层阶取值为：G₁＝32，G₂＝96，G₃＝160，G₄＝224。进一步，如为它们分别着上不同的伪彩色，例如将G₁着色为明黄，G₂着色为土黄，G₃着色为深黄，G₄着色为褐黄等等，从而可以增加画面的色彩。而且，如果划分为10阶(乃至更多阶)也未尝不可，不过这将导致画面太过杂乱而走向反面(例如红眉毛、绿脸庞等等。除非为了搞笑效果)。

步骤4：从堆栈中弹出一个点作为种子，重复步骤C直到堆栈为空；

所述的二值化图像伪彩色化处理的过程为：

对经过缩放、尺寸相同的两幅二值图像a(x，y)和b(x，y)根据以下公式着上不同的颜色，以获得新的伪彩色图像h(x，y)：

$h(x,y)=\{\left(\begin{array}{ccc}C1& a(x,y)=0,& b(x,y)=0\\ C2& a(x,y)=0,& b(x,y)=1\\ C3& a(x,y)=1,& b(x,y)=1\end{array}\right),$

其中，C1，C2，C3为3种不同RGB的颜色；两幅二值图像a(x，y)和b(x，y)中的任一幅为采用某一T值进行区域生长得到图像，或者由采用不同T值进行区域生长得到多幅图像进行逻辑运算后生成的图像；

所述的多阶灰度图像伪彩色化操作即为对多阶灰度图像的各阶灰度对应的像点分别设置不同的颜色。

所述的画面缩放的过程为：

设图像X轴方向的缩放比为k_x，Y轴方向的缩放比为k_y，缩放后输出图像(x，y)点的像素值g(x，y)对应于原图中座标为(u，v)的像素值f(u，v)，即有：

x＝u×k_x即$u=\frac{x}{k_x};$

y＝v×k_y即$v=\frac{y}{k_y};$

具体缩放过程为按照下式进行处理：

g(x，y)＝f(u，v)＝bt₁+(1-b)t₂；

其中，

t₁＝af([u]+1，[v]+1)+(1-a)f([u]，[v]+1)；

t₂＝af([u]+1，[v])+(1-a)f([u]，[v])；

式中，a＝u-[u]，b＝v-[v]，[u]表示对u取整数，[v]表示对v取整数。

有益效果：

为突破手工绘画技法的低效率瓶颈，本发明通过选取并综合性地运用数字图像处理技术，将数字化彩色照片由计算机直接“绘制”成具有另类艺术效果的动画脸谱。所形成的画面可以朴素无华，也可以绚丽多彩，非常适合年青观众的审美情趣，而且减小了画面数据量、提高了运行效率，所以该类动画图片非常适合在手机上运行。

本发明的特征在于从众多的数字图像处理技术中选取最合用的区域生长、图像合并和伪彩着色等技术手段，引入适当的技术流程和技术参数对原图像进行处理。

附图说明：

图1对图片的实际处理实例图，其中a：彩色原图，b：对图a进行区域生长获得的黑白二值图，参数为：x＝160，y＝25，T＝60，c：对图a进行区域生长获得的另一黑白二值图，参数为：x＝267，y＝117，T＝60；d：对图a进行区域生长获得的第三张黑白二值图，参数为：x＝163，y＝25，T＝50，e：对c，d两图做“或”操作(OR操作)形成的图像；f：对b和e两图做“异或非”操作(操作)后进行伪彩着色得到的图像。

图2本发明的流程图。

图3本发明的图像缩放处理示意图。

具体实施方式

以下将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本发明的特征在于针对本发明的目的，从众多的数字图像处理技术中选取最合用的区域生长、图像合并和伪彩着色等技术手段，引入适当的技术流程和技术参数对原图像进行处理。现将本发明的技术方案展开如下：

灰度化过程为：处理后的像点的灰度值I＝0.3B+0.59G+0.11R，其中R、G、B为彩色图像像素的三个分量；

负片处理过程为：对原像点的值f(x，y)求逆操作，即求逆后的像点像素值g(x，y)＝256-f(x，y)；

图像的画面缩放的处理过程为：设图像X轴方向的缩放比为k_x，Y轴方向的缩放比为k_y，缩放后输出图像(x，y)点的像素值g(x，y)对应于原图中座标为(u，v)的像素值f(u，v)，即

g(x，y)＝f(u，v)(1)

x＝u×k_x即$u=\frac{x}{k_x}$

y＝v×k_y即$v=\frac{y}{k_y}$

在此我们采用了双线性插值法。从式(1)可见，通常u和v为带小数的数值，双线性插值法完成式1中(x，y)点到(u，v)的映射。f(u，v)的上下左右4角点示于图3。

若令a＝u-[u]，b＝v-[v]，其中[u]表示对u取整数，[v]表示对v取整数，则g(x，y)的取值由如下公式计算：

g(x，y)＝f(u，v)＝bt₁+(1-b)t₂(2)

其中，

t₁＝af([u]+1，[v]+1)+(1-a)f([u]，[v]+1)；

t₂＝af([u]+1，[v])+(1-a)f([u]，[v])。

区域生长的目的在于将灰度相近的区域连成一片，以便着色成同一种颜色。例如，我们可能喜欢将面颊连成一片，全部着色成黄色，则可以用区域生长算法达到这一目的。所述的区域生长过程为：

步骤1：将输出图像初始化为全1(白色)；

步骤2：建立一个堆栈，选定一个被称之为种子的某一像素点并将它压入堆栈。一股将种子选在打算要扩展连通成为一片区域的中间的某一位置(例如，面颊上某一点)；

步骤3：依次检查种子周围8个像素点(上、下、左、右、左上、右上、左下、右下)的灰度值，设其中某点与种子的灰度差小于门限值T，则形成新生长点，按下述两种情况处理后，转步骤4；反之如无新生长点，也转步骤4。

情况1：如希望生长后图像为黑白二值图像，则将该点的灰度置为0(黑色)，并将它压入堆栈；

情况2：如希望生长后图像为多阶灰度图像(并非连续灰度，而是分阶灰度。例如将0～255级连续灰度平均分解为4个台阶，即0～63，64～127，128～191，192～256。当然可以分解为8个、10个台阶，等等)，则根据该点与种子的灰度差，分阶段量化为某一灰度阶取值，并将它压入堆栈；

此处T取值的范围为0～255，T值越大连通的区域越大，反之T值越小连通的区域就越小。其省缺值为50，允许用户在程序中即时修改。

步骤4：从堆栈中弹出一个点，重复步骤3直到堆栈为空。

所述的图像合并和伪彩色过程为：对经过缩放、尺寸相同，但是由不同种子以不同T值进行生长运算得到的二值图像a(x，y)、b(x，y)、c(x，y)……，它们分别代表不同区域。例如图1中的b，c，d，e可以对它们有选择的进行多次逻辑运算合并成所希望的图像后，再进行伪彩着色，从而获得新的伪彩色图像h(x，y)。

逻辑运算合并操作是针对黑白二值图像进行的，其操作遵循数字逻辑二进制运算规则。

其中，逻辑与操作：

$h(x,y)=\left(\begin{array}{cccc}0& a(x,y)=0,& b(x,y)=0& \\ 0& a(x,y)=1,& b(x,y)=0& \\ 0& a(x,y)=0,& b(x,y)=1& \\ 1& a(x,y)=1,& b(x,y)=1& \end{array}\right);$

逻辑或操作：

$h(x,y)=\left(\begin{array}{cccc}0& a(x,y)=0,& b(x,y)=0& \\ 1& a(x,y)=1,& b(x,y)=0& \\ 1& a(x,y)=0,& b(x,y)=1& \\ 1& a(x,y)=1,& b(x,y)=1& \end{array}\right);$

逻辑异或操作的结果是：两者相等为0，不等为1；

$h(x,y)=\left(\begin{array}{cccc}1& a(x,y)=1,& b(x,y)=0& \\ 1& a(x,y)=0,& b(x,y)=1& \\ 0& a(x,y)=0,& b(x,y)=0& \\ 0& a(x,y)=1,& b(x,y)=1& \end{array}\right);$

逻辑异或非操作的结果是将异或操作的结果反转，即两者相等为1，不等为0；

$h(x,y)=\left(\begin{array}{cccc}0& a(x,y)=1,& b(x,y)=0& \\ 0& a(x,y)=0,& b(x,y)=1& \\ 1& a(x,y)=0,& b(x,y)=0& \\ 1& a(x,y)=1,& b(x,y)=1& \end{array}\right);$

对一个二值图像进行伪彩着色，可以采取如下最简单的算法，形成最朴素无华但仍很别致的伪彩色图像(如图1所示)。

$h(x,y)=\{\left(\begin{array}{ccc}C1& a(x,y)=0,& b(x,y)=0\\ C2& a(x,y)=0,& b(x,y)=1\\ C3& a(x,y)=1,& b(x,y)=1\end{array}\right);$

其中，C1，C2，C3为3种不同RGB的颜色。

例如图1中(a)为原图；

(b)图取x＝160，y＝25，T＝60生成；

(c)图取x＝267，y＝117，T＝60生成；

(d)图取x＝163，y＝25，T＝50生成；

(e)图为对(c)，(d)两图做“或”逻辑操作合成；

(f)对b和e两图做“异或非”逻辑操作后，再取C1为黑，C2为红，C3为黄进行伪彩着色形成。具体为，帽子与头发采用黑色，脸部采用黄色，其他颜色为红色，特此说明。

但如前所述，由于图像a(x，y)和b(x，y)也可以是多阶灰度图像，就可以对它们实行“随心所欲”的许许多多种组合，对不同的组合着上不同的彩色，从而使画面变得绚丽多彩，这也是本发明的又一亮点。

当然也要避免画面太过杂乱而走向反面(例如红眉毛、绿脸庞等等。除非为了搞笑效果)。