专利名称：一种确定图像中像素键值的方法
技术领域：
本发明属于视频及图像的特效处理及合成技术领域，具体涉及一种确定图像中像
素键值的方法。本发明尤其适用于高质量、高效率的视频或图像的特效处理及合成中。
背景技术：
在图像或视频处理软件中，将图像或视频中某一类颜色抠掉是一种很广泛的需求。这类方法的实质就是给定一种颜色(也可能附加别的参数)对图像中每个像素都计算出一个键值，图像中和这个颜色相同或接近的颜色的像素的键值为零或者比较小，颜色相差比较大的像素的键值比较大或者为1。那么这个键值就可以作为该图像与背景图像进行合成时的alpha通道，从而达到抠像的目的。 目前这类的方法很多，每种都用各自的优点和缺点。有些方法速度很快，但抠像的效果不好，也就是该抠掉的没抠掉，不该抠掉的反而抠掉了 ；有些方法虽然抠像效果很好，但十分复杂，不易于实现，也很难提高效率。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种速度即快、效果又好的确定图像中像素键值的方法。 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种确定图像中像素键值的方法，包括以下步骤 (1)根据给定的键颜色、孔径和软边参数确定待处理图像中每个像素在色度空间中的反键值ikey ; (2)根据给定的键颜色的亮度值和待处理图像中每个像素的亮度值调整每个像素的反键值ikey ; (3)根据反键值ikey与键值key之间的关系key = 1-ikey，确定每个像素的键值key。 如上所述的一种确定图像中像素键值的方法，将给定的键颜色的YUV空间分量值分别记为ky、ku和kv，将待处理图像的每个像素P的YUV空间分量记为py、pu和pv ;步骤(1)中所述的根据给定的键颜色、孔径和软边参数确定待处理图像中每个像素在色度空间中的反键值的方法包括以下步骤 ①将UV空间压縮成一个正方形空间，在压縮后的UV空间中计算给定的键颜色的kv值和待处理图像的每个像素的pv值；将点(ku， kv)到原点的距离记为m，
m= &2 +^v2 ,将点(ku， kv)的角度记为angle, angle = atan2(kv， ku); ②将待处理图像中每个像素的颜色在UV空间旋转-angle角度，旋转后的像素记
为(PU' ，PV')，再令PV' = |pv' I ; ③根据给定的孔径aperture与m确定一条直线L， L经过点(m，O)，角度为即erture/2 ;沿像素(pu' ，pv')作一条水平辅助线与L相交于点A， A点的U值记为tu，tu = m_pu' X tan (即erture/2-pi/2)，其中pi = n 5 ④根据给定的软边softness参数按照下述公式确定一个软边长度si :如 果softness > = 0，则si =m + softness x V^" x 0.436;如果softness < 0，则si = m+softnessXm ;其中-1 <= softness <= 1 ; ⑤记lbu = tu-sl，按照下述公式计算出反键值ikey :如果pu' <= lbu，则ikey 二0;如果lbu〈pu' < tu，则ikey = (pu' -lbu)/si ;如果pu' > = tu，则ikey = 1 。
如上所述的一种确定图像中像素键值的方法，步骤①中将UV空间压縮成一个正 方形空间采用的公式为V = VXM/N，其中M为U的最大值，N为V的最大值，N大于M。
如上所述的一种确定图像中像素键值的方法，步骤②中将待处理图像中每个像素 的颜色在UV空间旋转-angle角度的公式为pu' = puX cos (-angle)-pvX sin (-angle)， pv' = puX sin (-angle)+pvX cos (-angle)。如上所述的一种确定图像中像素键值的方法，
步骤(2)中调整每个像素的反键值的具体方法是将每个像素的反键值减去^M，其中
ky表示键颜色的亮度值，py表示每个像素的亮度值。然后将调整后每个像素的反键值限幅 在
区间之内。 本发明所述方法，在确定待处理图像中像素的键值过程中既考虑了色度的影响， 又考虑了亮度的影响，因此比现有的色度键的质量好，提高了抠像的效果。而且本发明所述 方法比较简单，易于优化，因此速度快、效率高。
图1是本发明所述方法流程图； 图2是具体实施方式
中所述方法的几何意义示意图；
图3是具体实施方式
中的待处理图像； 图4是具体实施方式
中图3所示待处理图像抠蓝天颜色后的键图像。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
和附图对本发明进行详细描述。 本发明是一种色度键与亮度键的混合方法，工作在YUV空间，即该方法在计算图 像中像素键值的过程中，既考虑到色度UV的影响，又考虑到亮度Y的影响。
图1出示了本发明所述确定图像中像素键值的方法流程，主要包括以下步骤
(1)根据给定的键颜色、孔径和软边参数确定待处理图像中每个像素在色度空间 中的反键值ikey。 本发明所述方法主要涉及三个参数键颜色(key color)、孔径(即erture)和软 边(softness)。其中，键颜色是指需要被抠掉的颜色，孔径和软边用于调控抠像的范围。
假设键颜色的YUV空间分量为ky、ku、kv，待处理图像的每个像素P的YUV空间分 量记为py、pu和pv。其中Y表示亮度，U、V表示色度。由于YUV空间中U和V的最大值不 同(U的最大值M为0. 436，而V的最大值N为0. 615)，因此需要将V值压縮，使得UV空间 成为一个正方形空间。压縮V值的公式为令V = VXM/N，即V = VX0. 436/0. 615。
在压縮后的UV空间中计算给定的键颜色的kv值和待处理图像的每个像素的pv值。假设点(ku，kv)到原点的距离记为m，m-^77^7，将点(ku，kv)的角度记为angle, angle = atan2(kv， ku)。 为了计算方便，首先将待处理图像中每个像素的颜色在UV空间旋 转-angle角度。假设将旋转后的像素记为(pu ' ， pv ')，旋转的计算公式为pu '= puX cos (-angle) _pvX sin (-angle) ，pv' = puX sin (-angle)+pvX cos (-angle)。然后令 pv' = |pv' l，即取pv'的绝对值，这是因为后续的计算是根据U轴对称的。
根据给定的孔径aperture与m确定 一 条直线L， L经过点(m， 0)，角度为 即erture/2。沿像素(pu' ，pv')作一条水平辅助线与L相交于点A， A点的U值记为tu， tu = m_pu' X tan (邻erture/2-pi/2)，其中pi = n 。 根据给定的软边softness参数按照下述公式确定一个软边长度si :如果 softness > = 0，贝U si =m + softness x 0.436;如果softness < 0，贝U si =
m+softnessXm ;其中_1 <= softness <= 1。 记lbu二tu-sl，按照下述公式计算出反键值ikey :如果pu' <=lbuJUikey = 0;如果lbu〈pu' < tu，贝U ikey = (pu' -lbu)/si ;如果pu' > = tu，则ikey = 1 。
上述方法的几何意义可以参见图2。 (2)根据给定的键颜色的亮度值ky和待处理图像中每个像素的亮度值py调整每 个像素的反键值ikey。 在UV空间中计算出待处理图像中所有像素的反键值后，还要根据每个像素的亮 度值py与键颜色的亮度值ky的关系来进一步调整像素的反键值。调整方法如下 ^^ = /fe;;-^M ,其中，等号左侧的ikey表示调整后的反键值，等号右侧的 ikey表示调整前的反键值。 然后将调整后每个像素的ikey限幅在
区间之内。 (3)根据反键值ikey与键值key之间的关系key = l_ikey，计算出待处理图像中 每个像素的键值key。 假设图3为待处理图像，采用本发明所述方法抠蓝天颜色后的键图像的效果如图 4所示。其中，蓝天为图3中建筑的背景。 为了提高本发明所述方法的实现效率，优选采用intel的SIMD增强指令集SSE2。 由于SSE2可以进行整数或者浮点的矢量计算，所以可以同时计算多个像素的键值。另外由 于SSE2指令很容易实现掩模计算，使得在计算键值时没有任何条件分支语句，从而也提高 了速度。 试验结果表明在一台主频为2.5GHz的处理器上，计算一幅720x576大小图像 (BGRA空间)的键值只需要2. 5ms。如果再利用多核或超线程技术，将计算平均分配到每个 核上面或者硬件线程上，则一个四核的CPU处理上述图像只需要lms左右。
本发明并不限于上述具体实施方式
，本领域的技术人员根据本发明的技术方案得 出的其他实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
权利要求
一种确定图像中像素键值的方法，包括以下步骤(1)根据给定的键颜色、孔径和软边参数确定待处理图像中每个像素在色度空间中的反键值ikey；(2)根据给定的键颜色的亮度值和待处理图像中每个像素的亮度值调整每个像素的反键值ikey；(3)根据反键值ikey与键值key之间的关系key＝1-ikey，确定每个像素的键值key。
2. 如权利要求1所述的一种确定图像中像素键值的方法，将给定的键颜色的YUV空间分量值分别记为ky、 ku和kv，将待处理图像的每个像素P的YUV空间分量记为py、 pu和pv;其特征在于，步骤(1)中所述的根据给定的键颜色、孔径和软边参数确定待处理图像中每个像素在色度空间中的反键值的方法包括以下步骤① 将UV空间压縮成一个正方形空间，在压縮后的UV空间中计算给定的键颜色的kv值和待处理图像的每个像素的pv值；将点(ku，kv)到原点的距离记为<formula>formula see original document page 2</formula>,将点(ku， kv)的角度记为angle, <formula>formula see original document page 2</formula>② 将待处理图像中每个像素的颜色在UV空间旋转-angle角度，旋转后的像素记为(PU' ，PV')，再令<formula>formula see original document page 2</formula>③ 根据给定的孔径即erture与m确定一条直线L，L经过点(m， 0)，角度为即erture/2 ;沿像素(pu' ，pv')作一条水平辅助线与L相交于点A， A点的U值记为tu， <formula>formula see original document page 2</formula>其中pi = n 5④ 根据给定的软边softness参数按照下述公式确定一个软边长度si :如果softness>=O，贝<formula>formula see original document page 2</formula>如果softness < O，贝U <formula>formula see original document page 2</formula>其中<formula>formula see original document page 2</formula>⑤ 记<formula>formula see original document page 2</formula>按照下述公式计算出反键值ikey :如果pu' <= lbu，则ikey二0 ;如果<formula>formula see original document page 2</formula>贝U <formula>formula see original document page 2</formula>如果pu' > = tu，则ikey = 1 。
3. 如权利要求2所述的一种确定图像中像素键值的方法，其特征在于步骤①中将UV空间压縮成一个正方形空间采用的公式为<formula>formula see original document page 2</formula>其中M为U的最大值，N为V的最大值，N大于M。
4. 如权利要求2或3所述的一种确定图像中像素键值的方法，其特征在于步骤②中将待处理图像中每个像素的颜色在UV空间旋转-angle角度的公式为<formula>formula see original document page 2</formula>
5. 如权利要求1至3之一所述的一种确定图像中像素键值的方法，其特征在于步骤(2)中调整每个像素的反键值的具体方法是将每个像素的反键值减去^M ，其中ky表示键颜色的亮度值，py表示每个像素的亮度值。
6. 如权利要求5所述的一种确定图像中像素键值的方法，其特征在于步骤(2)中，将调整后每个像素的反键值限幅在[O，l]区间之内。
全文摘要
本发明公开了一种确定图像中像素键值的方法，属于视频及图像的特效处理及合成技术领域。现有方法要么速度很快，但抠像的效果差；要么抠像效果很好，但效率低。本发明所述方法首先根据给定的键颜色、孔径和软边参数确定待处理图像中每个像素在色度空间中的反键值；然后根据给定的键颜色的亮度值和待处理图像中每个像素的亮度值调整每个像素的反键值；最后根据反键值与键值之间的关系确定每个像素的键值。本发明在确定待处理图像中像素的键值过程中既考虑了色度的影响，又考虑了亮度的影响，因此抠像的效果好；而且方法简单，易于优化，速度快，效率高。本发明尤其适用于高质量、高效率的视频或图像的特效处理及合成中。
文档编号H04N1/62GK101764909SQ20081023898
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者刘铁华, 孙季川, 见良, 郑鹏程 申请人:新奥特(北京)视频技术有限公司