融合骨架笔画和纹理特征的铅笔画生成方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机辅助设计领域，特别是涉及一种融合骨架笔画和纹理特征的铅 笔画生成方法和装置。
【背景技术】
[0002] 随着移动互联网发展和智能手机的普及，图像处理技术得到了越来越广泛的应 用。目前，越来越多人在互联网上快速地浏览图片，并制作艺术图片进行分享，因此，图片的 艺术处理市场有着巨大的应用需求，在电视或网络等大众媒体平台中，艺术创作者经常采 用非真实感图像来增加视觉的戏剧性和娱乐性，而在抽象视觉艺术中，铅笔画是非真实感 图像绘制的基础并能有效增加视觉的艺术性。然而，人工手绘要求创作者必须具备一定的 美术及设计功底，且创作过程费时费力，尽管当前用户可以用Photoshop等专业图片处理 软件进行手绘图像制作，但这种处理方法较为复杂，需要步骤较多，实现效率较低，制作一 张手绘图像通常需花费较长时间，因此，计算机快速自动生成铅笔手绘图像具有重要的应 用及娱乐价值。
[0003] 现有的铅笔画创作方法通常分为两类：一种是基于模型的非真实感渲染，另一 种是基于真实图像的处理渲染，研究发现，基于模型的非真实渲染方法需要交互式的对图 片中场景建模才能获取，并且需要一定的美术和绘画功底才能创作一幅在视觉上较为满 意的铅笔画图像，从而无法满足场景的自适应变化以及自动化处理的需求。相比之下， 基于真实感图像渲染的铅笔画方法符合场景变化需求，得到了更为广泛的应用。代表 性的方法有，Yamamoto等人（S.Yamamoto,X.Y.Mo,A.Imamiya，"EnhancedLICpencil filter'，，inProc.IEEEInternationalConferenceonComputerGraphics,Imagingand Visualization, 2004,pp:251-256.)对图像提取笔画结构，并采用线积分卷积法获取图像 纹理进行铅笔效果勾绘，然而此种方法产生铅笔手绘效果欠缺真实感；Lu等人（C.W.Lu，L. Xu,J.Jia,"Combiningsketchandtoneforpencildrawingproduction'，，inProc.the SymposiumonNon-PhotorealisticAnimationandRendering, 2012,pp:65-73.)提出了 一种基于笔画结构和纹理相叠加的方法自动产生铅笔画图像。然而，此方法得到的铅笔化 图像虽在视觉上具有一定的手绘艺术效果，但是该方法计算复杂，处理一副图像非常耗时。
[0004] 此外，目前市面上现有铅笔画转换软件及其实现方法素描效果并不好，因此，对于 计算机快速自动生成铅笔手绘图像的研究方法仍然有待改善。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种使用户可以简单并快速地创造出具有艺术效果的铅 笔画作品的融合骨架笔画和纹理特征的铅笔画生成方法和装置。
[0006] -种融合骨架笔画和纹理特征的铅笔画生成方法，包括以下步骤：
[0007] 1)首先对输入图像进行灰度化、去模糊处理及边缘检测，得到梯度图像；
[0008] 2)将梯度图像经过像素方向分类，并与相应方向模板做卷积，得到抽象、健壮的骨 架笔画图层；
[0009] 3)对滤波后的图像进行直方图匹配，并将其色调映射为铅笔画色调，得到色调图 层；
[0010] 4)通过纹理合成和建立色调映射数学模型得到纹理特征渲染图层；
[0011] 5)将骨架笔画图层和纹理渲染图层进行正片叠底混合，得到最终的铅笔手绘画效 果的铅笔画。
[0012] 在本发明的较佳实施例中，所述步骤1)中包括对灰度化后的灰度图像进行轻微 高斯模糊去除噪声的步骤。
[0013] 在本发明的较佳实施例中，所述步骤3)中包括将小块铅笔画纹理经过纹理合成 算法得到一副与原图像大小一致的纹理图层的步骤。
[0014] 在本发明的较佳实施例中，所述步骤4)中包括对人工铅笔画上色过程建立数学 模型，求解模型的步骤，以得到纹理渲染图层不仅具有铅笔画般的色调，还具有铅笔画般的 纹理。
[0015] -种融合骨架笔画和纹理特征的铅笔画生成装置，包括：
[0016] 用于获取原始图像的原始图像获取单元、用于对所述原始图像进行处理生成灰度 图像的灰度图像生成单元、用于对所述灰度图像进行处理以得到梯度图像的梯度图像生成 单元、用于对所述梯度图像进行处理以生成抽象、健壮的骨架笔画图层的骨架笔画图层生 成单元、用于对所述骨架笔画图层进行处理以生成色调图层的色调图层生成单元、用于对 所述色调图层进行处理以生成纹理特征渲染图层的纹理特征渲染图层生成单元、用于对所 述骨架笔画图层和所述纹理渲染图层进行正片叠底混合处理得到最终的具有铅笔手绘画 效果的铅笔画图像的铅笔画图像生成单元，所述原始图像获取单元、灰度图像生成单元、梯 度图像生成单元、骨架笔画图层生成单元、色调图层生成单元、纹理特征渲染图层生成单元 和铅笔画图像生成单元之间通过信号传输线连接。
[0017] 与现有技术相比，本发明中的融合骨架笔画和纹理特征的铅笔画生成方法和装置 具有如下有益效果：
[0018] 1)本发明借鉴并模拟了人手绘过程，使得铅笔画生成过程分为骨架笔画草图勾绘 和纹理特征渲染两个过程，从而得到了极具逼真的手绘艺术效果；
[0019] 2)铅笔画纹理渲染过程中，以往方法常常需要用共辄梯度法求解大规模稀疏线性 方程组，此种方法不仅耗时，而且占用了大量内存空间。针对此问题，本发明利用约束最小 二乘法，并采用拉普拉斯模板约束平滑项，进一步选择在频率域优化求解，使得算法在计算 效率上的到了较大的提升；
[0020] 3)采用本发明方法能够在PC端或者移动智能终端将一副拍摄的照片快速自动地 转化为一副具有铅笔画风格的手绘图像。若为灰度处理模式，则生成灰度铅笔画风格照片； 若为彩色处理模式，则为彩色铅笔画风格，本发明有效地解决了传统技术总存在的时效问 题，能够快速实时处理；
[0021] 4)本发明中生成铅笔画步骤简单、效率高、手绘效果突出，完全可以用于商业，市 场前景较佳。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明实施例中的铅笔画和彩色铅笔画生成方法的技术框架图；
[0023]图2是本发明中铅笔画生成方法所涉及的8个方向卷积模板；
[0024] 图3是本发明中铅笔画生成方法所涉及的人工手绘及其色调直方图；
[0025] 图4是本发明中铅笔画生成方法所涉及的伽马矫正；
[0026] 图5本发明中铅笔画生成方法所涉及的纹理合成图；
[0027] 图6是利用本发明中铅笔画生成方法生成的铅笔画效果和彩色铅笔画效果图；
[0028] 图7是本发明中的铅笔画生成方法与现有方法的效果对比图；
[0029] 图8是本发明中的铅笔画生成方法与Lu方法时间对比图。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合实例和附图对本发明所涉及的方法作进一步详细说明。
[0031] 在一个实施例中，如图1所示，一种铅笔画生成方法的步骤包括：
[0032]1)输入原始图像I :原始图像I即待要处理成铅笔画特效的图，在一个实施例中， 可采取智能终端拍摄照片或获取本地或者网络中图片作为原始图像。
[0033] 2)将原始图像I转换为灰度图像，得到图像L，并将得到的图像进行轻微的高斯 模糊处理，消除部分噪声，得到平滑图像1&，其中半径设置为3像素。
[0034] 3)生成梯度图像G:对预处理后的图像用梯度算子进行边缘检测，考虑到平方和 开方需要更多的计算复杂度，实际过程中使用绝对值近似梯度的幅值：
[0035] G=1dJGsI + idyIGsI (61):
[0036] 其中I&为待边缘检测的平滑灰度图像，G为输出梯度图像。
[0037] 如图2所示，对得到的图像G进行8个方向的卷积，其中卷积核的半径大小为输入 参数，默认参数为5,卷积核为沿指定的方向为1，其他的值均为0。
[0038] 像素方向分类：然后对所得的梯度图像进行像素方向分类，
[0039]
[0040] 其中p为像素点的位置，G为待要边缘