一种基于调色板的图像重着色方法与装置与流程

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于调色板的图像重着色方法与装置。

背景技术：

1、图像重着色是指对原始图像重新上色，从而达到色彩还原或视觉增强目的的计算机技术通称。图像重着色在生产生活中有许多应用，如对黑白照片着色生成彩色照片；深度图像、红外图像的可视化等。

2、当前最先进的图像重着色方法为chang等人提出的基于调色板的图像重着色方法及其一系列变种。其主要思想为：将原始图像像素颜色分解为若干不同颜色的叠加，每种颜色在每个像素上具有不同的权重，分解出来的全体颜色构成调色板，全体像素的权重构成系数矩阵，通过求出调色板和系数矩阵，并根据需要修改调色板颜色，便可重新叠加为新的图像，达到重新上色的目的。但无论哪种方法，均在一定程度上存在渗色和色差的问题。

3、如何取得更好的着色效果，减少渗色和色差是相关领域人员致力于研究的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述渗色和色差的问题，本发明提供一种基于调色板的图像重着色方法与装置，基于本发明设计的光滑项、稀疏项、归一项约束，迭代式地求解系数矩阵、更新调色板颜色，具有更好的着色效果。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提出一种基于调色板的图像重着色改进方法，包含以下步骤：

4、步骤1.获取原始图像i，其中i为rgb彩色图像，每个像素使用表示红绿蓝三色的向量描述，设定调色板c颜色数量m，迭代控制变量最小值βmin、最大值βmax。

5、步骤2.对原始图像i的像素集合进行k＝m的kmeans聚类，将聚类结果的聚类中心作为调色板的初始颜色初始化系数辅助矩阵φ1＝0，其中系数辅助矩阵大小和调色板的系数矩阵大小相同，等同于图像大小；初始化迭代控制变量β1＝βmin，迭代次数k＝1。

6、步骤3.通过最小化下述函数求解系数矩阵ωk，k为迭代次数：

7、

8、其中，p表示原始图像i的像素，ip表示原始图像i的像素p的rgb值；表示第k次迭代时的系数矩阵中，像素p对应调色板的第i种颜色的权重；表示第k次迭代时调色板的第i种颜色；λs表示光滑项权重，其值为输入参数；ωp表示与像素p最相近的n个像素的集合，n为输入参数，其中两两像素间的“距离”被定义为：将像素p的rgb值(r，g，b)与像素坐标(x，y)合并为5维向量(r，g，b，x，y)作为像素的特征向量xp，把特征向量的欧氏距离作为像素间的“距离”；λu表示归一项权重，其值为输入参数；βk表示第k次迭代控制变量；表示第k次迭代时的系数辅助矩阵中，像素p对应调色板的第i种颜色的辅助变量；zpq表示相邻像素的权重，其值可用下式计算：

9、

10、步骤4.通过最小化下述函数求解系数辅助矩阵，得到φk+1：

11、

12、其中表示第k+1次迭代中，像素p对应调色板的第i种颜色的辅助变量，表示第k次迭代时的系数矩阵种，像素p对应调色板的第i种颜色的权重，λsp表示稀疏项权重，其值为输入参数，βk表示第k次迭代控制变量，函数t(·)表示l0范数，向量φp，k+1表示第k次迭代中，像素p的全体颜色的权重构成的向量。上述函数取最小值时对应参数的解析式为：

13、

14、步骤5.根据下式更新调色板，得到ck+1：

15、

16、其中，表示更新后的调色板ck+1的第i种颜色。

17、步骤6.更新迭代控制变量βk+1＝γβk，若βk+1＜βmax，则k＝k+1，返回步骤3，否则跳到步骤7。

18、步骤7.返回调色板ck+1和系数矩阵ωk，基于返回的调色板和系数矩阵对原始图像i进行重新着色。

19、本方法客观评价psnr和ssim与现有先进方法相比较高，能有效减少渗色和色差的问题，对图像重着色领域有重大意义。

技术特征：

1.一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，像素间的距离为：将像素点的rgb值与像素坐标作为像素的特征向量，把两个像素点的特征向量的欧氏距离作为像素间的距离。

3.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的相邻像素的权重计算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的系数辅助矩阵的更新公式为：

5.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的调色板的更新公式为：

6.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的调色板颜色数量的初始化方法为：

7.根据权利要求1所述的一种基于调色板的图像重着色方法，其特征在于，所述的调色板的初始化方法为：对原始rgb彩色图像的像素集合进行k＝m的kmeans聚类，将聚类结果的聚类中心作为调色板的初始颜色。

8.一种基于调色板的图像重着色装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于调色板的图像重着色装置，其特征在于，所述的系数辅助矩更新模块中，更新公式为：

10.根据权利要求8所述的一种基于调色板的图像重着色装置，其特征在于，所述的调色板更新模块中，更新公式为：

技术总结
本发明公开了一种基于调色板的图像重着色方法与装置，属于图像处理领域。步骤1：获取原始RGB彩色图像，设定调色板颜色数量，迭代控制变量范围；步骤2：初始化调色板、系数辅助矩阵、迭代控制变量为最小值，迭代次数k＝1；步骤3：求解系数矩阵ω<supgt;k</supgt;；步骤4：更新系数辅助矩阵φ<supgt;k+1</supgt;；步骤5：更新调色板C<supgt;k+1</supgt;；步骤6：更新迭代控制变量β<supgt;k+1</supgt;，若β<supgt;k+1</supgt;小于最大值，则k＝k+1，返回步骤3，否则跳到步骤7；步骤7：返回调色板C<supgt;k+1</supgt;和系数矩阵ω<supgt;k</supgt;，基于返回的调色板和系数矩阵对原始图像I进行重新着色。基于本发明设计的光滑项、稀疏项、归一项约束，迭代式地求解系数矩阵、更新调色板颜色，具有更好的着色效果。

技术研发人员：黄浩,杨俞兰,吴伟观,颜钱
受保护的技术使用者：江西求是高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15