基于Gabor滤波的灰度图像彩色化方法

1、44362009,30(19)计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign多媒体技术0引言图像彩色化是对灰度图像或视频进行着色的过程。图像彩色化技术及其应用的研究，是当前计算机图形学与计算机视觉领域的热点课题之一，在影视、动漫、娱乐、广告、数字化影像以及古画修复等众多工程领域具有十分广阔的应用前景1。早期电影的彩色化处理，一般是依靠专门的画师对特定的图像帧进行手工着色进行的，这种手工制作方式不仅对操作者自身水平要求较高，而且效率低下2。近年来在图像彩色化方面出现了一些半自动的处理方法。Welsh提出了一种将灰度图像彩色化的算法3，该算法先将图像转换为通道保留下来。W

2、elsh算法被认为是图像类比框架的一种特例4-5。类比框架形式如下：滤波器通过参考图像的滤波效果图像进行滤波处理，产生滤波效果图像梁琦，丁广太，彭延辉：Gabor滤波应用于灰度图像彩色化2009,30(19)4437割算法操作被加入到彩色化过程中，使复杂的灰度图像被分割成多个相对简单的子区域，每个子区域与参照图像的单个纹理区域对应，从而降低了图像彩色化问题的复杂度，进一步提高了色彩化质量。并对本文算法存在的问题进行了讨论。1Gabor滤波的纹理提取方法1.12-DGabor滤波器表达式Gabor函数最早是由Gabor于1946年提出并进行了研究13。Gabor函数是惟一能够达到时频测不准关系下

3、界的函数，它能够最好地兼顾信号在时域和频域中的分辨能力9。用Gabor函数形成的2-DGabor滤波器有着优良的滤波器性能并有着与生物视觉系统相近的特点，它具有易于调谐的方向和径向频率带宽以及易于调谐的中心频率，在空间和空间频率域同时达到了最佳分辨率。二维复数Gabor函数的一般形式为8exp(1)其中，（，,=直角坐标系旋转角度轴方向、,是一个由二维高斯函数；当=时，,=exp+，=1/2,是一带通高斯函数，其短轴相对于=arctan/=2周/图)。Gabor滤波器高斯调制函数的方向值可以取任何值，考虑应有的便利，取滤波器高斯调制方向，于是，式(1)和(3)可以简化为,=exp(4),=ex

4、p+=(+,sincos,的基础上通过适当尺度变换和旋转变换扩展而成的多通道滤波方案。这是一种自相似Gabor小波,=,+sincos，是方向数而和滤波器组的带宽和的选择原则是确保该滤波器组的响应在频谱半高宽能相互接触但不重叠，如图1所示。根据文献10的推导，滤波器参数可根据式(7)式(9)求得。=(1(7)=+1图1滤波器组的频域分布(=4,2ln2¡ª¡ªÂ˲¨Æ÷×éµÄ³ß´ç×Ü

5、02;ý£¬=4,=,*=1,2,)其中，通过尺度数为的Gabor滤波器，*二维卷积运算，通过尺度数为的滤波器滤波输出。对于图像中的任意像素,，将各个滤波器提取的纹理特征组合，成为对应的特征向量,=12,1.4使用Gabor纹理特征的图像彩色化使用Gabor滤波器组提取的特征向量代替Welsh方法的局部统计特征，对灰度图像进行彩色化，算法步骤如下：(1)参照Reihard在文献14中的方法，将源图像和目标图像转换到,=*+,源图像,像素重映射后的灰度值。(2)按照1.3节的方法，对目标图像和重映射后的源图像进行滤波，获取目标图像纹理特征；2)在源图像上任意取个像素

6、的特征向量与1,2=|12,|2式中：|.|2欧氏范数，1,任意两像素。取距离最小的像素作为；3)将的色彩通道，保留通道数值；4)若目标图像所有像素完成色彩传输，则算法结束，否则返回步骤1)。(4)目标图像彩色化结束。44382009,30(19)计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign图2为Gabor滤波彩色化方法与Welsh彩色化方法的效果对比。图(c)天空的颜色和土地混淆了，相比之下，图(d)彩色化效果更好。可见，Gabor滤波提取的特征能更准确的进行颜色传输。与图(a)相比，图(c)(d)中远处的草地和树林颜色不鲜艳，这是由于在全局色彩传输过程中，参考图

7、的主色调容易覆盖非主色调。因此，颜色丰富的参考图像对灰度图进行颜色传输后，往往只保留了少量的颜色。2图像分割为了进一步提高彩色化效果，需要解决颜色传输存在颜色覆盖问题。本文尝试采取由粗到细，分层处理的策略：首先，使用分类算法将目标图像分为多个区域，其中每个区域拥有相对简单的颜色；然后，依次为每个区域进行颜色传输。算法如下：(1)将源图像人工的分割为多个区域，其中每个区域具有相似的纹理和相对单调的色彩，如图3(a)，天空，土地，灌木丛和大象被分割为不同的区域。设一个分类属性个不同值2,£»(2)选择一种分类器，以源图像的纹理特征为目的，进行训练。使用训练好的分类器对目标图像的

8、所有像素进行分类，并标记上分类属性的属性值，目标图像所有标记。使用1.4节的算法，进行到的图像彩色化；(4)当45782009,30(19)计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign第二布置场景，井场背景采用纹理映射的方法加入到场景中，即预先选择好2n大小的bmp图片作为纹理，再选取适合的映射坐标。最后为场景布光，开启场景的光照功能。基于OpenGL读取和绘制3DS模型的仿真系统场景图如图5所示。井下作业过程中的关键设备是抽油机、油井及其周围相关设备。其中抽油机又由驴头、平衡块、游梁、控制箱等部分组成。基于OpenGL交互控制机制，可对作业过程中的这些关键设备进行

9、交互控制。在操作模拟过程中，首先鼠标左键单击需要运动控制的设备模型，在选择模式下设备模型的命中记录产生选中标志，并把对应名称放入名称堆栈中。然后退出选择模式并返回选择的数据。在设备模型运动事件被触发后，进入渲染模式，渲染函数调用Translation(hits)、Rotation(hits)或Scale(hits)函数对相应的设备模型进行平移、旋转或缩放的变换操作来达到控制其运动的目的。图6为摘驴头操作模拟时的运动效果图，在驴头下移的过程中调用了平移函数。图7为操作大锤砸管线时大锤的运动效果图，在大锤的挥起和砸落过程中调用了旋转函数。4567832统”中，取得了良好的效果。参考文献:1张正波,

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