一种快速灰度图像彩色化算法

灰度图像的彩色化是将一幅彩色图像的颜色特征传递给另一幅灰度图像,使灰度目标图像具有与源彩色图像相似的颜色。提出了一种快速灰度图像彩色化算法,将图像像素邻域相关特性引入到匹配像素的搜索过程中。搜索匹配像素时,先在当前像素的邻域范围内进行搜索,只在邻域搜索失效时才进行全图范围的搜索,由于像素邻域相关特性,大部分像素可以在邻域搜索中找到匹配像素,只有极少像素需要进行全图搜索,从而较大地降低了搜索代价,在取得较好的彩色化效果的同时,显著地提高了彩色化速度。     

竞争选择多彩色图像自适应颜色迁移算法

提出一种基于相似性竞争选择的多彩色图像自适应颜色混合迁移算法。首先将彩色图像的颜色空间转换为l?琢?茁空间,然后利用亮度图像信息熵检索选择与灰度图像内容最匹配的多幅彩色图像作为彩色参照图像;然后利用相似性竞争选择进行局部和整体相结合的自适应采样分析,采用像素点对应原则,选择参考图像中最佳颜色信息迁移到灰度图像中,合成一幅崭新的彩色图像。该方法将自动图像检索技术与颜色迁移相结合,达到充分利用多幅彩色图像中彩色信息的目的。最后给出实验结果表明,该算法相对于经典算法具有更好的颜色迁移效果和更加广泛的适用范围。     

对比度、颜色一致性和灰度像素保持的消色算法

目的 为了解决目前消色算法中不能同时保持原始图像的对比度,颜色一致性和灰度像素特征的问题,提出一种新的优化算法,最大限度地同时保留这些视觉特性。方法 为了保持原始图像的结构和局部对比度信息,用双高斯模型构建像素对之间的误差能量项;为了保持颜色一致性,采用局部线性嵌入模型构建能量项,确保原始图像中颜色一致的像素在结果图像中也拥有一样的灰度级;为了保持灰度像素特征,先标记出原始图像中的灰度像素,并强制规定这些像素的灰度值是已知的且在消色变换的过程中始终不变,然后用双高斯模型构建出灰度像素与其他像素之间的误差能量项。线性结合这3个能量项,得到目标能量函数,再通过迭代法求解出使总能量值达到最小的灰度值,从而得到了最终的消色结果。结果 实验结果表明,本文算法能够同时较好地保持原始图像中的对比度、颜色一致性和灰度像素特征。结论 本文算法基本符合人类对图像对比度变化的感知程度,而且能够很好地保持细节信息和全局结构,可应用于数字打印、模式识别等方面,具有很大的应用价值。     

自适应非局部3维全变分彩色图像去噪

目的 许多彩色图像去噪算法未充分利用图像局部和非局部的相似性信息,并且忽略了真实噪声在彩色图像不同区域内分布的差异,对不同图像块和不同颜色通道都进行同等处理,导致去噪图像中同时出现过平滑和欠平滑现象。针对这些问题,本文提出一种自适应非局部3维全变分去噪算法。方法 利用一个非局部3维全变分正则项获取彩色图像块内和块间的相似性信息,同时在优化模型的保真项内嵌入一个自适应权重矩阵,该权重矩阵可以根据每次迭代得到的中间去噪结果的剩余噪声来调整算法在每个图像块、每个颜色分量以及每次迭代中的去噪强度。结果 通过不同的高斯噪声添加方式得到两个彩色噪声图像数据集。将本文算法与其他6个基于全变分的算法进行比较,采用峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)和结构相似性(structural similarity, SSIM)作为客观评价指标。相比于对比算法,本文算法在两个噪声图像数据集上的平均PSNR和SSIM分别提高了0.161.76 dB和0.12%6.13%,并获得了更好的图像视觉效果。结论 本文去噪算法不仅更好地兼顾了去噪与保边功能,而且提升了稳定性和鲁棒性,显示了在实际图像去噪中的应用潜力。     

增强成对旋转不变的共生扩展局部二值模式

目的 针对成对旋转不变的共生局部二值模式（PRICoLBP）算法对图像光照、旋转变化鲁棒性较差,且存在特征维度过大的问题,提出了一种可融合多种局部纹理结构信息的有效特征——增强成对旋转不变的共生扩展局部二值模式。方法 首先,对图像各像素点的邻域像素点灰度值进行二值量化得到二值编码序列,并不断旋转二值序列得到以不同邻域点作为编码起始点对应的LBP值;然后,分别利用极大、极小LBP值对应的邻域起始编码点和中心像素点确定两个方向矢量,并沿这两个方向矢量在两个不同尺度图像上选取上下文共生点;其次,利用扩展局部二值模式（ELBP）算法的旋转不变均匀描述子来提取上下文共生点对的中心像素灰度级、邻域像素灰度级及径向灰度差异特征间的相关性信息;最后,用上下文共生点对的特征直方图训练卡方核支持向量机,检测纹理图像类别。结果 通过对Brodatz、Outex （TC10、TC12）、Outex （TC14）、CUReT、KTH-TIPS和UIUC纹理库的分类实验,改进算法的识别率比原始的PRICoLBP算法识别率分别提高了0.32%、0.57%、5.62%、3.34%、2.1%、4.75%。结论 利用像素点LBP特征极值对应的起始编码序列来选取上下共生点对,并用ELBP算法提取共生点对局部纹理信息,故本文方法能更好描述共生点对间的高阶曲率信息及更多局部纹理信息。在具光照、旋转变化的Outex、CUReT、KTH-TIPS纹理库图像分类实验中,所提方法比原始PRICoLBP算法取得了更高的识别率。实验结果表明,改进算法相比于原始算法能在较低的特征维度下对图像光照、旋转变化具有较好的鲁棒性。     

基于主色检测与灰度传播的彩色图像灰度化方法

针对已有图像灰度化方法不能同时体现原始图像的全局和局部对比度,且不能保持灰度像素的灰度值等问题,提出一种基于主色检测与灰度传播的彩色图像灰度化方法.首先提出一种基于直方图峰值的主色检测方法,用于提取输入图像中具有代表性的少量主要颜色特征;然后采用基于梯度域的主色灰度化方法将图像主色映射到灰度空间,最大程度地在灰度空间保持主色在彩色空间的视觉对比度;再利用基于局部线性嵌入的灰度传播方法,将主色灰度值和原有灰度像素的灰度值扩散到与其颜色相似的像素上;最后检查图像中是否存在没有被灰度化的彩色像素,如果存在,则使用基于梯度域的局部灰度化方法将其灰度化,得到最终的灰度图像.大量实验结果表明,该方法将全局和局部对比度保持有机结合,得到的灰度图像较好地保持了彩色图像中色彩之间的差异性,并且保持了灰度像素的灰度值.     

结合全局与局部信息活动轮廓的非同质图像分割

目的 通过对现有基于区域的活动轮廓模型能量泛函的Euler-Lagrange方程进行变形,建立其与K-means方法的等价关系,提出一种新的基于K-means活动轮廓模型,该模型能有效分割灰度非同质图像。方法 结合图像全局和局部信息,根据交互熵的特性,提出新的局部自适应权重,它根据像素点所在邻域的局部统计信息自适应地确定各个像素点的分割阈值,排除灰度非同质分割目标的影响。结果 采用Jaccard相似系数-JS(Jaccard similarity)和Dice相似系数-DSC(Dice similarity coefficient)两个指标对自然以及合成图像的分割结果进行定量分析,与传统及最新经典的活动轮廓模型相比,新模型JS和DSC的值最接近1,且迭代次数不多于50次。提出的模型具有较高的计算效率和准确率。结论 通过大量实验发现,新模型结合图像全局和局部信息,利用交互熵特性得到自适应权重,对初始曲线位置具有稳定性,且对灰度非同质图像具有较好地分割效果。本文算法主要适用于分割含有噪声及灰度非同质的医学图像,而且分割结果对初始轮廓具有鲁棒性。     

RGB-D结构相似性度量下的多边自适应深度图像超分辨率重建

目的 深度相机能够对场景的深度信息进行实时动态捕捉,但捕获的深度图像分辨率低且容易形成空洞。利用高分辨率彩色图像作为引导,是深度图超分辨率重建的重要方式。现有方法对彩色边缘与深度不连续区域的不一致性问题难以有效解决,在深度图超分辨率重建中引入了纹理复制伪影。针对这一问题,本文提出了一种鲁棒的彩色图像引导的深度图超分辨率重建算法。方法 首先,利用彩色图像边缘与深度图像边缘的结构相关性,提出RGB-D结构相似性度量,检测彩色图像与深度图像共有的边缘不连续区域,并利用RGB-D结构相似性度量自适应选取估计像素点邻域的最优图像块。接着,通过提出的定向非局部均值权重,在图像块区域内建立多边引导下的深度估计,解决彩色边缘和深度不连续区域的结构不一致性。最后,利用RGB-D结构相似性度量与图像平滑性之间的对应关系,对多边引导权重的参数进行自适应调节,实现鲁棒的深度图超分辨率重建。结果 在Middlebury合成数据集、ToF和Kinect数据集以及本文自建数据集上的实验结果表明,相比其他先进方法,本文方法能够有效抑制纹理复制伪影。在Middlebury、ToF和Kinect数据集上,本文方法相较于次优算法,平均绝对偏差平均降低约63.51%、39.47 %和7.04 %。结论 对于合成数据集以及真实场景的深度数据集,本文方法均能有效处理存在于彩色边缘和深度不连续区域的不一致性问题,更好地保留深度边缘的不连续性。     

自适应梯度重建分水岭分割算法

目的 针对灰度分水岭算法存在过分割且难以直接应用到彩色图像分割的问题,提出一种自适应梯度重建分水岭分割算法。方法 该方法首先利用PCA技术对彩色图像降维,然后计算降维后的梯度图像,并采用自适应重建算法修正梯度图像,最后对优化后的梯度图像应用分水岭变换实现对彩色图像的正确分割。结果 采用融合了颜色距离、均方差和区域信息的性能指标和分割区域数对分割效果进行评估,对不同类型的彩色图像进行分割实验,本文算法在正确分割图像的同时获得了较高的性能指标。与现有的分水岭分割算法相比,提出的方法能有效剔除图像中的伪极小值,减少图像中的极小值数目,从而解决了过分割问题,有效提升了分割效果。结论 本文算法具有较好的适用性和较高的鲁棒性。     

分块策略实现图像椒盐噪声密度估计

目的 椒盐噪声是造成图像污染的常见因素之一,椒盐噪声密度的估计对椒盐去噪过程中滤波窗口大小的选择具有指导作用。为此提出了一种基于分块策略的椒盐噪声密度估计算法。方法 首先对图像按行列等分后形成多个图像子块,统计每个子块中灰度为0或255的像素点个数并排序,然后根据排序后个数差分值函数特征对子块进行筛选,最后将所有候选子块噪声密度估计值的中值作为对整幅图像噪声密度的估计。结果 为验证算法的有效性,选取了两组不同类型的图像进行仿真,与现有椒盐噪声密度估计算法对比噪声密度估计结果。仿真实验结果表明,当图像自身包含较多灰度为0或255的像素点时,本文算法的噪声密度估计精度优于现有各种算法,标准差比现有算法小近一个数量级。当图像自身不包含灰度为0或255的像素点时,本文算法也能达到现有算法中最优的估计效果。结论 本文算法不仅能准确估计不同强度下的噪声密度,而且适用于自身包含灰度为0或255的像素点多的椒盐噪声图像。     

扩散张量加权梯度域图像彩色化方法

基于扩散张量的加权拉普拉斯核推广了图像彩色化的泊松解法,该彩色化过程是通过颜色在亮度值扩散张量加权的梯度场引导下自动传播完成的.首先在灰度图像上由用户手工地给定少量的颜色条带;然后计算每个像素的扩散张量,并利用这些扩散张量构造加权梯度场,从而导出基于散度的图像彩色化方程;最后求解方程,获得灰度图像着色结果.实验结果表明:该方法效果良好,比原泊松解法有显著改善.     

基于p-Laplace方程的图像彩色化方法

灰度图像的彩色化是图像处理研究领域中富有挑战性的研究课题,且具有十分广阔的应用前景。在分析现有图像彩色化方法的基础上,提出了一种基于p-Laplace方程的图像彩色化新方法。新方法首先由用户在灰度图像上给定少量的颜色条带;然后通过求解p-Laplace方程实现颜色扩散的彩色化。由于p-Laplace算子是一个各向异性扩散的非线性算子,所以与采用偏微分方程方法的泊松方法和拉普拉斯方法相比,图像彩色化在扩展颜色的同时更能保持边缘效果。     

Efficient image colorization based on seed pixel selection

Colorization is a technique to automatically produce color components for monochrome images and videos based on a few input colors. Generally, image colorization is initialized from a number of seed pixels whose colors are specified by users, and then the colors are gradually prorogating to the monochrome surroundings under a given optimization constraint. So, the performance of colorization is highly dependent on the selection of seed pixels. However, little attention has been paid to the selection of seed pixels, and how to improve the effectiveness of manual input remains a challenging task. To address this, an improved colorization method using seed pixel selection is proposed to assist the users in determining which pixels are highly required to be colorized for a high-quality colorized image. Specifically, the gray-scale image is first divided into non-overlapped blocks, and then, for each block, two pixels that approximate the average luminance of block are selected as the seeds. After the seed pixels are colored by users, an optimization that minimizes the difference between the seeds and their adjacent pixels is employed to propagate the colors to the other pixels. The experimental results demonstrate that, for a given amount of inputs, the proposed method can achieve a higher PSNR than the conventional colorization methods.     

基于色彩传递与扩展的图像着色算法

色彩的不均匀一直是色彩传递算法中没有解决的问题。一些传统的算法只是单独依靠像素点的匹配来进行色彩传递,难以保证处理后图像色彩在空间上的连续性,即某些像素点的色彩和它周围的色彩反差较大。针对此问题,提出了一种基于色彩传递与扩展的图像着色算法,先利用传统的色彩传递方法,在lαβ空间对灰度目标图像进行局部上色,然后再利用色彩扩展的算法,对其他未经过上色的区域进行色彩扩展,完成整幅灰度目标图像的自动彩色化过程。实验得到了色彩细腻均匀的结果图像,验证了算法的实用性。     

有限色彩空间下的线稿上色

目的 线稿上色是由线条构成的黑白线稿草图涂上颜色变为彩色图像的过程,在卡通动画制作和艺术绘画等领域中是非常关键的步骤。全自动线稿上色方法可以减轻绘制过程中烦琐耗时的手工上色的工作量,然而自动理解线稿中的稀疏线条并选取合适的颜色仍较为困难。方法 依据现实场景中特定绘画类型常有固定用色风格偏好这一先验,本文聚焦于有限色彩空间下的线稿自动上色,通过约束色彩空间,不仅可以降低语义理解的难度,还可以避免不合理的用色。具体地,本文提出一种两阶段线稿自动上色方法。在第1阶段,设计一个灰度图生成器,对输入的稀疏线稿补充线条和细节,以生成稠密像素的灰度图像。在第2阶段,首先设计色彩推理模块,从输入的颜色先验中推理得到适合该线稿的色彩子空间,再提出一种多尺度的渐进融合颜色信息的生成网络以逐步生成高质量的彩色图像。结果 实验在3个数据集上与4种线稿自动上色方法进行对比,在上色结果的客观质量对比中,所提方法取得了更高的峰值信噪比（peak signal to noise ratio,PSNR）和结构相似性（structural similarity index measure,SSIM）值以及更低的均方误差;在上色结果的色彩指标对比中,所提方法取得了最高的色彩丰富度分数;在主观评价和用户调查中,所提方法也取得了与人的主观审美感受更一致的结果。此外,消融实验结果也表明了本文所使用的模型结构及色彩空间限制有益于上色性能的提升。结论 实验结果表明,本文提出的有限色彩空间下的线稿自动上色方法可以有效地完成多类线稿的自动上色,并且可以简单地通过调整颜色先验以获得更多样的彩色图像。     

Application of the Extended Distance Transformation in digital image colorization

In this paper we present a novel colorization scheme that takes advantage of the modified morphological distance transform to propagate the color, scribbled by a user on the grayscale image. First, based on the scribbled image, the topological distance values are computed for each image pixel, describing its distance to the inserted color markers. These values are then complemented with the structural information and luminance changes derived from the original grayscale image. The distances are then used along with gradient based features to reproduce original image structures while propagating the new colors obtained during the additive color blending process. Extensive experiments performed on various kinds of natural images demonstrated the effectiveness of the proposed colorization method. They also showed that the main advantage of the presented algorithm is its computational speed and ability to produce visually pleasing colorization results promptly after providing the color information.     

基于颜色融合的交互式图像二次着色方法*

针对灰度图像彩色化技术应用于彩色图像二次着色时往往忽略掉原始图像所带的色彩信息的问题,提出了一种基于最短距离颜色融合的交互式彩色图像二次着色方法,通过有效利用原始图像中的色彩信息降低用户交互复杂度。计算过程中采用分层采样与随机采样相结合的策略,确保种子像素合理分布,在颜色融合过程中增加动态权值调整,减少笔画位置对着色结果的影响。实验结果说明该方法与现有颜色扩展着色方法相比较,其结果不再过度依赖于初始用户标记的位置,不需要用户进行复杂的彩色线条标记就能够得到不错的着色效果。     

一种基于拉普拉斯方程的图像彩色化方法

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。在总结现有图像彩色化方法的基础上，分析了彩色化由局部向全局扩展的本质，进而提出了一种通过求解拉普拉斯方程实现颜色扩展的彩色化方法。为提高边界定位能力，设计了加权形式的差分方案。与同是采用偏微分方程的Saprio彩色化方法相比，该方法与其控制颜色扩展的机制不同，图像彩色化效果要明显优于Saprio方法。     

基于变分法和偏微分方程的图像彩色化方法

针对传统的图像彩色化算法易产生的图像边缘颜色模糊等问题,提出一种基于变分法和偏微分方程的图像彩色化算法,结合整体变分(TV)模型和金兹堡一朗道(GL)模型的特点,通过求泛函极值建立偏微分方程,使图像的光滑区域和边界区域都能有效的实现颜色扩散,对偏微分方程进行数值求解得到彩色化结果.实验结果表明,与其它偏微分方程彩色化技术相比,该方法能得到清晰自然的彩色化图像和较高的图像质量.     

人体脸部灰度图像上色的改进算法

采用分块多分辨率上色方法，首先对低分辨率灰度图像上色；然后再对高分辨率图像做颜色变换．基于亮度、邻域信息和空间相关性的相似性测度控制像素的上色．实验结果表明，该算法可以改进脸部图像的上色效果，且提高了上色速度．