一种图像素描特效处理算法及实现.pdf

第３ ４卷第 ４期 ２０１ ５年 １ ２月 武 汉 轻 工 大 学 学 报 Ｖｏ １ ．３４Ｎｏ． ４ Ｊ ｏｕｒ ｎａｌ ｏ ｆ Ｗ ｕｈａｎ Ｐｏｌ ｙｔ ｅｃ ｈｎｉ ｃ Ｕｎｉ ｖｅｒ ｓｉ ｔ ｙ Ｄｅｃ．２０ｌ ５ 文章 编号 ： ２０９５－ ７３８６（ ２０１ ５） ０４－ ００５１－ ０５ ＤＯＩ ： １ ０． ３ ９ ６９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． ２０ ９ ５－ ７３ ８ ６． ２ ０１ ５． ０ ４． ０１ ３ 一 种 图像 素描 特 效 处 理 算 法 及 实 现 刘光 蓉 ， 王文 靖 ， 李诗高 ， 管 庶安 （１ ． 武汉轻工大 学 数学与计算机学 院， 湖北 武汉 ４３ ０ ０２ ３； ２． 南 阳市 第二中学 ， 河南 南 阳 ４ ７３ ０ ０ ０） 摘 要： 提 出 了一种 利 用 图像 处理技 术 ，自动 快速 实现 图像 素描特 效 处理 算法 。本 算法根 据手 工素描 方 法 以及 人 眼视 觉特 点 ， 首先将 原 始 图像 进行 灰 度 处理 得 到灰 度 图像 ， 利 用 Ｓｏｂｅ ｌ梯 度 算子对 灰度 图像 进行 边缘 提 取 并反 色处理 ， 得 到轮 廓 清晰 的梯度 图像 。 然后 采 用 １１￥ｌ１邻域 均 值 滤波 对灰度 图像 进行 平 滑模 糊 处理得 到 更平 滑 、 更 柔和 的模 糊 图像 ，为 了模 仿手握 铅 笔在 纸 上反 复 涂摩 的效 果 ，生成 同原 始 图像 大小 的布 满整 个画 面的 随机 动 感 线条 图像 。最后 ， 把梯 度 图像 、模 糊 图像 、动感 线条 图像 叠加 生 成具 有动 感 效 果 的素 描 图像 。 实验 结果 表 明 ：该 算 法 能快速 有 效地 实现 由计 算机 自动 模仿 手握 铅 笔在 纸上反 复 来 回涂 摩 产 生的动 感素描 图像 。 关 键词 ： 素描 特 效 处理 ； Ｓｏｂｅｌ梯度 算 子 ；均值 滤波 ； 动感 线条 中图分 类号 ：ＴＰ３９１．４ 文献 标识 码 ：Ａ Ａｎ ｉ ｍａｇｅ ｐｒ ｏｃｅｓｓｉ ｎｇ ａｌ ｇｏｒ ｉ ｔ ｈｍｓ ａｎｄ ｉ ｍｐｌ ｅｍｅｎｔ ａｔ ｉ ｏｎ ｏｆｓｋｅｔ ｃｈ ｅｆｅｃｔ ｓ ＬＩ Ｕ Ｇｕａｎｇ— ｒ ｏｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｗｅ ｎ－ ｉｎｇ ，ＬＩＳｈｉ ｒ — ｇａｏ ，ＧＵＡＮ Ｓｈｕ－ ａｎ （１．Ｓｃｈｏ ｏｌｏｆＭａ ｔ ｈｅｍａ ｔ ｉ ｃ ｓａ ｎｄＣｏｍｐｕｔ ｅｒＳｃｉ ｅ ｎｃｅ， ＷｕｈａｎＰｏｌ ｙｔ ｅ ｃｈｎｉ ｃＵｎｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｗｕｈａｎ４３００２３， Ｃｈｉ ｎａ； ２． ＴｈｅＳｅ ｃｏｎｄＭｉ ｄｄｌ ｅＳｃｈｏｏ ｌＮａ ｎｙａ ｎｇ，Ｎａｎｙａ ｎｇ４７３０００， Ｃｈｉ ｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ａｎ ａｌ ｇｏｒｉ ｔ ｈｍ ｉ ｓｐｒ ｏｐｏｓ ｅｄ ｗｈｉ ｃｈ ｓｋｅｔ ｃｈ ｉ ｍａｇｅ ｅｆ ｆ ｅｃｔ ｓｐｒ ｏｃｅｓｓｉ ｎｇ ｉ ｓ ａｕｔ ｏｍａｔ ｉ ｃａ ｌｌ ｙ ａｎｄ ｑｕｉ ｃｋｌ ｙｒ ｅａｌ ｉ ｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉ ｎｇ ｉ ｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉ ｎｇ ｔ ｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ．Ｔｈｅ ａｌ ｇｏｒｉ ｔ ｈｍ ｉ ｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍａｎｕａ ｌ ｓｋｅｔ ｃｈ ｍｅｔ ｈｏｄ ａｎｄ ｈｕｍａｎ ｖｉ ｓ ｕａｌｅｈａｒａｃｔ ｅｒｉ ｓ— ｔ ｉ ｃｓ．Ｆｉ ｓｔ ｒ ｌ ｙ，ｔ ｈｅ ｏｒｉ ｇｉ ｎａ ｌ ｉ ｍａｇｅ ｉ ｓｃｏｎｖｅｒ ｔｅｄ ｔ ｏ ｇｒ ａｙｓｃａ ｌｅｉ ｍａｇｅ．Ｇｒ ａｄｉ ｅｎｔｉ ｍａｇｅ ｏｆｃｌ ｅａｒｏｕｔ ｌ ｉ ｎｅ ｉ ｓ ｇｅｎｅｒａｔ ｅｄ ｂｙ ｅｘ— ｔ ｒ ａｃｔ ｅｄ ｔ ｈｅ ｅｄｇｅｓｉ ｎ ｇｒ ａｙｓｃａ ｌｅｉ ｍａｇｅ ｕｓｉ ｎｇ Ｓｏｂｅｌｇｒａｄｉ ｅｎｔｏｐｅｒａｔ ｏｒａｎｄ ｔ ｈｅｎ ｉ ｎｖｅｒｔ ｓｔ ｈｅ ｒ ｅｓｕｌ ｔ．Ｓｅｃｏｎｄｌ ｙ，ａ ｓｍｏｏｔ ｈｅｒ ａｎｄ ｓｏｆ ｔ ｅｒｂｌ ｕｒ ｒｅｄ ｉ ｍａｇｅ ｉ ｓｏｂｔ ａｉ ｎｅｄ ｆ ｒ ｏｍ ｇｒａｙｓｅａｌ ｅｉ ｍａｇｅ ｂｙ ｉ ｍａｇｅ ｓｍｏｏｔ ｈｉ ｎｇ ａｎｄ ｂｌ ｕｒ ｒｉ ｎｇ ｕｓｉ ｎｇ １１ １１ ｎｅｉ ｇｈｂｏｒ－ ｈｏｏｄ ｍｅａｎ ｆ ｉｌ ｔ ｅｒ．Ｔｈｉ ｒ ｄｌ ｙ，ｔ ｏ ｓｉ ｍｕｌ ａｔ ｅ ｈｏｌ ｄｉ ｎｇ ａ ｐｅｎｃｉ ｌａｎｄ ｒｕｂ ｆ ｉｃｔ ｒ ｉ ｏｎ ｅｆ ｆｅｃｔｏｎ ｐａｐｅｒ，ｒ ａｎｄｏｍ ｄｙｎａｍｉ ｃｌ ｉ ｎｅｓｉ ｍ— ａｇｅ ｗｈｉ ｃｈ ｉ ｓｔ ｈｅ ｓａｍｅ ｓ ｉ ｚｅ ａｓ ｇ ｒ ａｙｓｃａｌ ｅｉ ｍａｇｅ ｉ ｓｂｕｉ ｌ ｔｂｙ ｇｅｎｅｒａｔ ｅｄ ｒ ａｎｄｏｍ ｌ ｉ ｎｅｓ ｄｙｎａｍｉ ｃａｌ ｌ ｙｆ ｏｒｔ ｈｅ ｅｎｔ ｉ ｒｅ ｉ ｍａｇｅ． Ｆｉ ｎａ ｌｌ ｙ，ｇｒ ａｄｉ ｅｎｔｉ ｍａｇｅ，ｂｌ ｕｒｒ ｅｄ ｉ ｍａｇｅ，ａｎｄ ｒ ａｎｄｏｍ ｄｙｎａｍｉ ｃｌ ｉ ｎｅｓ ｉ ｍａｇｅ ａｒｅ ｓ ｕｐｅｒ ｉｍｐｏｓｅｄ ｔ ｏ ｇｅｔｔ ｈｅ ｓｋｅｔ ｃｈ ｗｉ ｔ ｈ ｄｙｎａ ｍ ｉ ｃ ｅｆ ｆ ｅｃｔ ｓ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ ａｌｒ ｅｓｕｌ ｔ ｓ ｓｈｏｗ ｔ ｈａｔａ ｌｔ ｈｏｕｇｈ ｔ ｈｅ ａｌ ｇｏｒ ｉｔ ｈｍ ｉ ｓｉ ｍｐｌ ｅｍｅｎｔ ｅｄ ｂｙ ａ ｃｏｍｐｕｔ ｅｒ，ａｎｄ ｉ ｔ ｃａｌ ｌｑｕｉ ｃｋｌ ｙ ａｎｄ ｅｆｉ ｃｉ ｅｎｔ ｌ ｙｉ ｍｉ ｔ ａｔ ｅ ｈａｎｄ ｐａｉ ｎｔ ｉ ｎｇ ａｎｄ ｇｅｔａ ｖｅｒ ｙ ａｃｔ ｕａ ｌ ｓｋｅｔ ｃｈ ｉ ｍａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｓｋｅｔ ｃｈ ｅｆ ｆ ｅｃｔ ｓｐｒｏｃｅｓｓ ｉ ｎｇ；Ｓｏｂｅｌｇｒ ａｄｉ ｅｎｔｏｐｅｒａｔ ｏｒ；ｍｅａ ｎ ｆ ｉｌ ｔ ｅｒ ｉｎｇ；ｄｙｎａｍｉ ｃｌ ｉ ｎｅｓ 收稿 日期 ： ２０１ ５－ ０９— １ ４． 作者简介 ： 刘光蓉（１ ９７１ 一）， 女， 副教授 ， Ｅ— ｍａ ｉ ｌ： ｌ ｇ ｒ ９８１ ００９＠１ ２６．Ｃ ｏｒ ｎ． 基金项 目： ２０１ ３年 国 家 自然 科 学 基 金 项 目（６１２ ０１ ４５２）． ４期 刘光蓉 ， 王文婧 ， 李诗 高 ， 等： 一 种图像 素描特效处理算法及实现 ５５ 有效 ， 可 以用 来 逐帧地 处 理连 续 的 图像 ， 将 真实 录制 ＮｏｖｅｌＭｅｔ ｈｏｄ ｆ ｏｒ Ｐｅｎｃｉ ｌ Ｄｒａｗｉ ｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ 或拍摄的连续影像 、 或者是使用计算 机制作 的动 画 转 化为铅 笔 画 风 格 的 动 画 。Ｐｈｏ ｔ ｏＳｈｏ ｐ实 现 图 像 的 素描 处理 ， 必 须按 照 菜 单 操 作 ，比较 费 时 ， 不适合对 Ｎｏｎ— Ｐｈｏ ｔ ｏ— Ｒｅａ ｌｉ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｒｅｎｄｅｒ ｉｎｇ ［Ｃ］／／Ｐｒ ｏｃ ｅｅ ｄ— 连续 影像 实 现动 画处 理 。 Ｐｒ ｏｃｅｓｓｉ ｎｇ． Ｔａｉ ｎａｎ，Ｌｅｃｔ ｕｒｅ Ｎｏｔ ｅｓ ｉ ｎ Ｃｏｍｐｕｔ ｅｒ 参 考文 献 ： Ｓｃｉ ｅｎｃｅ，Ｖｏｌ ｕｍｅ ５３５３／２００８，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００８： ［１］ 潘 龙 ，纪庆 革．基 于 图像 的铅 笔 画绘 制技 术 的 ９３ｌ－ ９３４． 研 究现 状 与 展 望 ［Ｊ］．计 算 机 科 学 ， ２０１ ２，３６ （６） ： ４７４４７７． ［ ２］ 张恒 国．素描基 础教程 ［Ｍ］ ．北京： 化 学工业 出版 社 。 ２０１ ０： １－ ５． ［ ３］ 斯 图瓦特 ·珀塞．现代素描技 法［ Ｍ］． 杨志达 译．长 沙 ： 湖 南 美术 出版社 ， １ ９９０： ３－ ８． ｉ ｎｇｓ ｏｆｔ ｈｅ９ｔ ｈ Ｐａｃｉ ｉｃ Ｒｉ ｆ ｍ Ｃｏｎｆ ｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍ ｕｌ ｔ ｉ — ｍｅｄｉ ａ： Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉ ｎ Ｍｕｌ ｔ ｉ ｍｅｄｉ ａ Ｉ ｎｆ ｏｒｍａｔ ｉ ｏｎ ［ ７］ 李 重 ，黄敏 ，吴庆 标 ．基 于傅 里 叶 变换 的 图像 素描 效 果 生 成 算 法 ［Ｊ］．计 算 机 应 用 研 究 ， ２００３（５）： ２１－ ２２． ［８］ 冯捷 ， 郑 河 荣．基 于灰 度 合 成 的 图像 素描 效 果 生成 算 法 ［Ｊ］．浙 江 工 业 大 学 学报 ， ２００９，３７ （３）： ３１ ６— ３１ ９． ［４］ Ｗａ ｎｇＪ ｉ ｎ， ＢａｏＨｕ ｊ ｉ ｎ， Ｚｈｏ ｕＷｅｉ ｈｕａ， ｅ ｔａ １ ．Ａｕｔ ｏ — ［９］ 桑 桑 ， 郝鹏 翼 ， 丁友 东 ，等．基 于纹 理 和轮 廓 的 ｍａｔ ｉ ｃｉ ｍａｇ ｅ— ｂａ ｓ ｅｄｐｅｎｃｉ ｌｓｋｅ ｔ ｃｈｒ ｅ ｎｄｅｒ ｉｎｇ［Ｊ］， 铅笔 素描 画 生成 方 法 ［Ｊ］．上 海 大 学 学报 （自 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔ ｅｒ Ｓｃｉ ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ， 然科 学版 ）， ２０１ ０， １ ６（３）： ３１２＿ ３１７． ２００２， １ ７（３）： ３４７－ ３５５． ［ ５］ Ｄａ ｎ ｉ ｊ ｅ ｌ ａＭａ ｒ ｋｏ ｖ ｉ ｃ，Ｅｆ ｓ ｔ ａ ｔ ｈｉ ｏ ｓＳ ｔ ａ ｖ ｒ ａ ｋ ｉ ｓ ，Ｍａ ｒ ｇ ｒ ｉ ｔ Ｇｅｌ ａｕｔ ｚ．Ｐａｒａｍｅｔ ｅｒ ｉ ｚｅｄ ｓｋｅｔ ｃｈｅｓｆ ｒ ｏｍ ｓ ｔ ｅｒ ｅｏ ｉ ｍ． ａ ｇｅ ｓ［Ｃ］／／ＳＡＩ Ｄ Ａ，ＡＰＯ ＯＬＯＰＯｕＬＯＳＪＧ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉ ｎｇｓｏｆＳＰＩ Ｅ· － Ｉｍａｇｅ ａｎｄ Ｖｉ ｄｅｏ Ｃｏｍｍｕｎｉ · · ［１ Ｏ］ 李春 艳 ．素描 中明 暗 色调 的 功能 及 基 本技 法 ［ Ｊ ］．大众文艺， ２ ０１ ２（ ８）： ５ ８－ ５ ９． ［１ １］ 刘 光 蓉 ， 周红 ，管庶 安．基 于 图像 处 理技 术的 大米轮 廓 检 测 ［Ｊ］．粮 食 与 饲 料 工 业 ， ２０１４ （ ６）： １ ４— １ ５． ｃａｔ ｉ ｏｎｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉ ｎｇ ２００５．Ｃａｌ ｉ ｆ ｏｒｎｉ ａ：ＳＰＩ Ｅ— ［１ ２］ 张 洪刚 ，陈光 ，郭 军．图像 处理 与识 别 ［Ｍ］． Ｉ ｎｔ ｅｒ ｎａｔ ｉ ｏｎａｌＳｏｃｉ ｅｔ ｙｆ ｏｒ Ｏｐｔ ｉ ｃａｌ Ｅｎｇｉ ｎｅ，２００５： 北京 ： 人 民邮 电 出版 社 ， ２００６： ５２－ ５７． ７８３－ ７９１． ［ ６］ Ｃｈ ｅ ｎＺｈ ｅ ｎ ｙ ｕ， Ｚｈ ｏ ｕＪ ｉ ｎ ｙｅ， ｇ Ｇａ ｏＸｉ ｎ ｙｕ， ｇ ｅ ｔａ １ ．Ａ 机械工业 ［ １ ３］ 霍宏 涛．数 字 图像 处 理 ［Ｍ］．北 京 ： 出版社 ， ２００３： ９５－ ９９．