基于不平度的快速图像彩色化方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第2期中国科学院研究生院学报V01．25No．22008年3月JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesMarch2O08文章编号：1002．1175(2008)02．0233．05基于不平度的快速图像彩色化方法李志永滕升华杜坤邹谋炎(中国科学院电子学研究所，北京100080；中国科学院研究生院，北京100049)(2007年3月14日收稿；2007年5月15日收修改稿)LiZY，TengSH，DuK，eta1．Fa

2、stcolorizationbasedonunevenness．JournaloftheGraduate＆ofoftheChineseAcademyofSciences，2OO8，7．S(2)：233—237摘要黑白图像的彩色化是图像处理领域一个活跃的、有挑战性的研究课题．在总结了其他图像彩色化方法的基础上，提出了一种新型的快速彩色化方法．该方法以不平度作为颜色扩展的约束条件，使用热传导方程来代替颜色混合方法使色块边缘更加平滑，从而大大降低了运算复杂度、提高了彩色化效率．实验表明，该方法不仅速度快，而且能够大大简化对初始着色的要求，并达到

3、很好的彩色化效果．关键词黑白图像，彩色化，不平度中图分类号TP7511引言彩色化是一个给黑白图像、电影或电视节目加上颜色的处理过程．最早利用计算机手段进行彩色化由WilsonMarkle在1970年提出．黑白电影的彩色化，在20世纪80年代曾经是一个热门话题．一些早期电影通过彩色化处理焕发了新的光彩．尽管人们对旧电影彩色化的艺术价值存在争议，但彩色化视频和图像能够增强人们的视觉效果却是不争的事实．当前的彩色化技术研究仍然是图像处理学界一个活跃的、有挑战性的课题，更多地应用于图像、视频编辑和图像通信，以及科学、工业和军事等多个领域“．图像彩

4、色化从根本上讲，就是要对图像中的每个像素，用多维颜色空间的一个矢量(如表示亮度、色度、饱和度的三维颜色空间)取代仅表示亮度的一维标量；这显然是一个“欠约束”问题，或者称“病态”问题．近年来图像彩色化技术有了新的发展，出现了一些半自动的处理方法，大致可归结为2类，即基于颜色转移的彩色化和局部彩色化向全局扩展的方法．图像彩色化的一大进步首先来源于Welsh等人的工作，通过将彩色参考图像上的颜色转移到待着色的黑白图像上，实现了一种半自动化的图像彩色化技术．具体做法是考查黑白图像上每个像素的一个邻域，在彩色参考图像上寻找一个与之在亮度上相匹配的区

5、域，然后将找到的匹配区域中心的颜色值作为当前像素的彩色化结果．但是这类方法不能保证处理后的颜色在空间上的连续性，即本来相邻的、颜色相近的区域可能由于亮度差异而被分配了截然不同的颜色；同时，这种方法的彩色化结果强烈依靠于所采用的参考图像．在文献中已经报道了2大类彩色扩展方法．一种是宏观分析法．假定图像的颜色值服从局部的Markov性，即图像中一点的颜色仅与其邻近像素有关．基于此，设定一些事先彩色化的“种子像素”，把图像中所有像素与其邻近像素颜色差异的总和作为最小化目标，将图像彩色化转换为一个最优化问题．Horiuchi，Levin等人此方面

6、做了很多工作¨．但其处理效果差，即使利用随机松弛法进行总体优化，对于稍大的图像在处理中很容易造成计算机内存溢出：维普资讯http://www.cqvip.com234中国科学院研究生院学报第25卷第二种是微观分析法．微观分析的核心假设是：当没有剧烈灰度变化的时候，相邻像素的颜色也不会有剧烈的变化．从每个初始着色点开始，根据某种约束机制，向其周围的像素进行颜色传递．Yatziv提出的颜色混合法是一种实用的彩色化方法]．该算法中为确定各混合色的权值而引入“短程线距离”作为颜色扩展的依据．但是由于短程线距离的积累性，造成Yatziv方法对初始着

7、色点的分布比较敏感]，当初始着色点的分布位置有改变时，常常出现不正确的着色结果．对此李志永等人提出了“不平度”的概念，并且以不平度为颜色传递约束机制，提出了一种新的彩色化方法．该方法可以取得更好的着色效果，可以减少彩色化结果对于初始着色点分布的敏感度．本文首先分析了基于不平度的颜色混合彩色化的原理，由于这种方法也采用了颜色混合的方法，从而带来了更多的运算复杂度，据此本文提出了一种基于不平度的快速彩色化方法．经过实验分析对比，本文的方法在保持了良好的彩色化效果同时，大大提高了处理的速度．第2节阐述了基于不平度的颜色传递原理和方法；第3节介绍

8、算法实现和实验对比；第4节给出结论．2基于不平度的彩色化原理2．1基于不平度的颜色混合彩色化方法基于不平度的颜色混合方法假设：当没有剧烈灰度变化的时候，相邻像素的颜色也不会有剧烈的变化，未着色