專利名稱：一種黑白圖像彩色化處理的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，具體涉及一種黑白圖像彩色化處理的方法和 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們在日常生活中觀察到的自然界，是由五彩繽紛的色彩組成的。豐富 的色彩能夠給人以愉悅的美學(xué)享受，同時色彩的應(yīng)用又滲透在人們?nèi)粘Ｉ?的方方面面，因此多樣化的色彩已經(jīng)成了人們生活的 一種必要和習(xí)慣。人眼對于彩色的分辨能力要遠遠高于對黑白灰度的分辨能力，因此由不 同的黑白灰度構(gòu)成的黑白圖像，由于其色彩的缺失會對畫面的表現(xiàn)力造成很 大的制約。由于照相術(shù)和攝影術(shù)都是歷經(jīng)黑白影像時代后才逐漸發(fā)展到彩色 時代，因此許多照片和電影等圖像資料，由于其所處拍攝年代的技術(shù)條件的 限制，都是黑白效果。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，大量新產(chǎn)生的信息資源都是數(shù)字格式的，同時大量傳統(tǒng)的信息資料也被轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式進行傳播和存儲；由于黑白圖像相比 對應(yīng)的彩色圖像，占用存儲空間較小、傳輸帶寬要求較低，更加便于存儲和 傳輸，因此，在諸如遠程遙感拍攝、空間探測拍攝、或者醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比如醫(yī)學(xué) X光片等方面，黑白圖像仍然有著廣泛的應(yīng)用。盡管由于上述工作環(huán)境或技術(shù)條件的限制，黑白圖像仍然存在著廣泛應(yīng) 用。但是，當(dāng)人們對這些影像資料進行觀賞，或進行科研分析時，常常還是 要將它們轉(zhuǎn)換成彩色圖像，從而能夠更準(zhǔn)確地了解圖像中反映出的具體環(huán)境 或待觀察目標(biāo)的細節(jié)特征等等。因此，將黑白圖像彩色化就日益成為一種具 有實際需要的圖像處理技術(shù)。然而，目前對黑白圖像的彩色化處理，仍然普遍采用傳統(tǒng)的手工處理的方法，即人通過主觀判斷確定出圖像中各種物體的顏色和亮度等，然后在計算機上手動對圖像進行上色處理，完成黑白圖像的彩色化處理。顯然，上述人工處理的方法可以最大限度地保證彩色化的效果和質(zhì)量，但是處理速度極慢，且沒有標(biāo)準(zhǔn)操作流程；進一步地，當(dāng)進行類似動畫、電 影等動態(tài)圖像的彩色化處理時，就需要對每幀圖像進行手工的上色操作，工 作量極大，從而需要耗費大量的人力成本和時間成本，甚至?xí)捎诠ぷ髁窟^ 大而完全無法實現(xiàn)?？梢姡F(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)對黑白圖像的快速、自動化的彩色化處理。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實施例提供一種黑白圖像彩色化處理的方法和系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對 黑白圖像的快速、自動化的彩色化處理。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的一種黑白圖像彩色化處理的方法，該方法包括采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域；對分割后的封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到進行彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域；對所述各目標(biāo)區(qū)域的顏色進行標(biāo)定得到彩色化模板，根據(jù)所述彩色化模 板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充，得到彩色化處理完成的圖像。所述采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域的方 法包括設(shè)定高斯算子模板對數(shù)字格式的黑白圖像進行平滑處理，計算平滑處理 后的圖像中各像素點的梯度值；將所有大于等于預(yù)設(shè)閾值的像素點中，梯度值相等的作為一層；將梯度值大于等于預(yù)設(shè)閾值的最低的層中所有像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；然后 根據(jù)梯度值的升序，分別按照設(shè)定的順序遍歷圖像中的各層像素點，如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中不存在已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中只存在 一個已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為與所述已標(biāo)識點相同的已標(biāo)識點；如 果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中存在兩個或以上不同的已標(biāo)識 點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為分水嶺點；利用得到的分水嶺點連接成分水嶺線，并由所述分水嶺線將圖像分割成 多個封閉區(qū)域。所述對分割后的封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到進行彩色化處理的各目標(biāo) 區(qū)域的方法包括從圖像中已確定的目標(biāo)區(qū)域外剩余的區(qū)域中，任選一個分割得到的封閉 區(qū)域為起始目標(biāo)區(qū)域，計算該起始目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū)域的灰度平均值差異， 將所述差異值小于預(yù)設(shè)的合并門限的所有相鄰區(qū)域與所述起始目標(biāo)區(qū)域合 并；以合并后的區(qū)域作為新的起始目標(biāo)區(qū)域，返回繼續(xù)執(zhí)行所述計算該起始 目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū)域的灰度平均值差異的步驟，直到所述起始目標(biāo)區(qū)域的灰 度平均值與周圍封閉區(qū)域的灰度平均值的差異大于等于合并門限為止，完成 一個目標(biāo)區(qū)域的確定；返回繼續(xù)執(zhí)行所述選4奪起始目標(biāo)區(qū)域并計算該起始目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū) 域的灰度平均值差異的步驟，直到將圖像中的所有封閉區(qū)域處理完畢，得到 進行彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域。所述采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域之前， 該方法進一步包括判斷當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀若是，繼續(xù)執(zhí)行所述采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個 封閉區(qū)域的步驟；否則，從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域，將所 述匹配區(qū)域的顏色傳遞到當(dāng)前幀的選定區(qū)域，并保持亮度不變，所述參考幀為當(dāng)前幀的前一幀；之后，判斷當(dāng)前幀是否為視頻中最后一幀，若是，則結(jié) 束本次處理流程，否則設(shè)定視頻中下一幀為新的當(dāng)前幀并返回執(zhí)行所述判斷 當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀的步驟；所述根據(jù)所述彩色化模板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充，得到一幀彩色化 處理完成的圖像后，繼續(xù)執(zhí)行所述判斷當(dāng)前幀是否為視頻中最后 一 幀的步 驟。所述從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域的方法 包括預(yù)先設(shè)定每次進行區(qū)域匹配時搜索范圍的大小，確定當(dāng)前幀的各選定區(qū) 域在參考幀中的對應(yīng)位置，將所述對應(yīng)位置作為第 一次區(qū)域匹配計算的初始 位置，以所述初始位置為中心，按照預(yù)先設(shè)定的搜索范圍，將位于所述初始 位置上、下、左、右、左上、右上、左下和右下共8個與所述選定區(qū)域面積 大小相同的塊確定為計算匹配程度的目標(biāo)位置，分別計算各目標(biāo)位置與選定 區(qū)域的匹配程度；將各目標(biāo)位置中與選定區(qū)域的匹配程度最高的作為下一次 區(qū)域匹配計算時的初始位置，返回執(zhí)行以所述初始位置為中心，按照預(yù)先設(shè) 定的搜索范圍，將位于所述初始位置上、下、左、右、左上、右上、左下和 右下共8個與所述選定區(qū)域面積大小相同的塊確定為計算匹配程度的目標(biāo) 位置，分別計算各目標(biāo)位置與選定區(qū)域的匹配程度的步驟，所述區(qū)域匹配計 算共進行三次，且搜索范圍的大小逐次遞減；將第三次區(qū)域匹配計算得到的，與選定區(qū)域的匹配程度最高的位置作為 與當(dāng)前幀的所述各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)i或。所述計算各目標(biāo)位置與選定區(qū)域的匹配程度的方法包括利用平均絕對差的方法，將所述各目標(biāo)位置中的各像素點的像素灰度值 與當(dāng)前幀選定區(qū)域中的對應(yīng)像素點的像素灰度值分別做差，再將差值的絕對 值相加求和，最后將得到的絕對值之和除以該選定區(qū)域的面積。一種黑白圖像彩色化處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括區(qū)域分割模塊，區(qū)域聚類模塊，彩色化模板生成模塊和顏色填充模塊；所述區(qū)域分割模塊，用于采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域；所述區(qū)域聚類模塊，用于對分割后的封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到進行 彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域；所述彩色化模板生成模塊，用于對所述各目標(biāo)區(qū)域的顏色進行標(biāo)定得到 彩色化模板；所述顏色填充模塊，用于根據(jù)彩色化模板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充， 得到彩色化處理完成的圖像。所述區(qū)域分割模塊包括平滑處理單元，梯度值計算單元，分層排序單 元，標(biāo)記單元和封閉區(qū)域生成單元；所述平滑處理單元，用于設(shè)定高斯算子模板對數(shù)字格式的黑白圖像進行 平滑處理；所述梯度值計算單元，用于計算平滑處理后的圖像中各像素點的梯度值；所述分層排序單元，用于將所有大于等于預(yù)設(shè)閾值的像素點中，梯度值 相等的作為一層；所述標(biāo)記單元，用于將梯度值大于等于預(yù)設(shè)閾值的最低的層中所有像素 點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；然后根據(jù)梯度值的升序，分別按照設(shè)定的順序遍 歷圖像中的各層像素點，如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中不存 在已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上 下左右四個相鄰像素點中只存在一個已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為與所 述已標(biāo)識點相同的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中 存在兩個或以上不同的已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為分水嶺點；所述封閉區(qū)域生成區(qū)域，用于將得到的分水嶺點連接成分水嶺線，并由 所述分水嶺線將圖像分割成多個封閉區(qū)域。所述區(qū)域聚類模塊包括選擇單元，更新單元和聚類完成判定單元；所述選擇單元，用于從圖像中已確定的目標(biāo)區(qū)域外剩余的區(qū)域中，任選12一個分割得到的封閉區(qū)域作為起始目標(biāo)區(qū)域，并將該起始目標(biāo)區(qū)域的信息通
知更新單元；
所述更新單元，用于接收選擇單元的通知，計算所述起始目標(biāo)區(qū)域與各 相鄰區(qū)域的灰度平均值差異，將所述差異值小于預(yù)設(shè)的合并門限的所有相鄰 區(qū)域與起始目標(biāo)區(qū)域合并為新的起始目標(biāo)區(qū)域，對所述新的起始目標(biāo)區(qū)域重 復(fù)執(zhí)行計算所述起始目標(biāo)區(qū)域與各相鄰區(qū)域的灰度平均值差異并將所述差
異值小于預(yù)設(shè)的合并門限的所有相鄰區(qū)域與起始目標(biāo)區(qū)域合并為新的起始 目標(biāo)區(qū)域的步驟，直到起始目標(biāo)區(qū)域與周圍封閉區(qū)域的灰度平均值的差異大 于等于合并門限為止，完成一個目標(biāo)區(qū)域的確定并通知所述聚類完成判定單
元；
所述聚類完成判定單元，用于根據(jù)更新單元的通知，判斷是否完成圖像 中所有封閉區(qū)域的處理，如果是，則將確定的各目標(biāo)區(qū)域的信息提供給所述 彩色化模板生成模塊和顏色填充模塊；否則，通知選擇單元繼續(xù)選擇起始目 標(biāo)區(qū)域。
該系統(tǒng)中還包括關(guān)鍵幀判定模塊，區(qū)域匹配模塊，顏色映射模塊和幀
尾判定模塊；
所述關(guān)鍵幀判定模塊，用于判斷當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀，若是，通 知所述區(qū)域分割模塊；否則，通知區(qū)域匹配才莫塊；
所述區(qū)域匹配模塊，用于從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相匹配 的匹配區(qū)域后通知顏色映射模塊，所述參考幀為當(dāng)前幀的前一幀；
所述顏色映射模塊，用于根據(jù)所述獲取的匹配區(qū)域，將所述匹配區(qū)域的 顏色傳遞到當(dāng)前幀的選定區(qū)域并保持亮度不變，之后通知幀尾判定模塊；
所述幀尾判定模塊，用于判斷當(dāng)前幀是否為視頻流中最后一幀，若是， 結(jié)束本次處理流程，否則i殳定^L頻流中下一幀為新的當(dāng)前幀并通知關(guān)4建幀判 定模塊；
所述顏色填充模塊，進一步用于在得到處理完成的彩色化關(guān)鍵幀后，通 知幀尾判定模塊。所述區(qū)域匹配模塊包括搜索初始位置確定單元，搜索策略設(shè)定單元和 匹配計算單元；
所述搜索初始位置確定單元，用于接收所述關(guān)鍵幀判定模塊的通知，確 定當(dāng)前幀的各選定區(qū)域在參考幀中的對應(yīng)位置，將所述對應(yīng)位置作為第 一次 區(qū)域匹配計算的初始位置提供給匹配計算單元和搜索策略設(shè)定單元；還用于 根據(jù)匹配計算單元返回的信息，將所述匹配程度最高的位置設(shè)為下一次匹配 計算的初始位置；
所述搜索策略設(shè)定單元，用于確定每次進行區(qū)域匹配計算時搜索范圍的 大小，所述區(qū)域匹配計算共進行三次，且搜索范圍的大小逐次遞減；還用于 接收搜索初始位置確定單元確定的進行區(qū)域匹配計算的初始位置，以所述初 始位置為中心，按照預(yù)先設(shè)定的搜索范圍，將位于所述初始位置上、下、左、 右、左上、右上、左下和右下共8個與所述選定區(qū)域面積大小相同的塊確定 為計算匹配程度的目標(biāo)位置，將所述確定的目標(biāo)位置的信息提供給匹配計算
單元；
所述匹配計算單元，用于接收初始位置確定單元確定的進行區(qū)域匹配計 算的初始位置的信息，利用平均絕對差的方法，將所述各目標(biāo)位置中的各像 素點的像素灰度值與當(dāng)前幀選定區(qū)域中的對應(yīng)像素點的像素灰度值分別做 差，再將差值的絕對值相加求和，最后將得到的絕對值之和除以該選定區(qū)域 的面積，得到搜索策略設(shè)定單元確定的各目標(biāo)位置與選定區(qū)域的匹配程度； 在第一次和第二次區(qū)域匹配計算時，將其中匹配程度最高的位置的信息返回 給搜索初始位置確定單元；在第三次區(qū)域匹配計算時，則將匹配程度最高的 位置作為與當(dāng)前幀的所述各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域通知顏色映射才莫塊。
由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明實施例的這種黑白圖像彩色化處理的方 法和系統(tǒng)，通過利用分水嶺算法劃分出封閉區(qū)域，然后利用區(qū)域聚類的方法 得到目標(biāo)區(qū)域，根據(jù)標(biāo)定的顏色模板將各目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的顏色填充到所述各 目標(biāo)區(qū)域中去，從而實現(xiàn)了對黑白圖^f象快速、自動的彩色化處理。


圖1為本發(fā)明實施例中黑白圖像彩色化處理的方法的流程示意圖。 圖2為本發(fā)明實施例中利用邊緣算子計算梯度的原理示意圖。' 圖3為本發(fā)明實施例中在參考楨中搜索匹配區(qū)域的方法示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例中黑白圖像彩色化處理的系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉 實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明實施例提供一種黑白圖像彩色化處理的方法，其流程如圖1所
示，其中包括
步驟101:采集黑白圖像并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，對數(shù)字格式的圖像進 行預(yù)處理。
利用數(shù)碼相機等影像采集工具得到數(shù)字格式的黑白圖像，或者對于黑白 照片或圖樣等，利用掃描儀等將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，然后進行各種常用的圖 像預(yù)處理，例如降低或消除圖像中的噪點、必要時進行灰度變換以及進行 亮度均衡的調(diào)整，對動態(tài)圖像消除圖像抖動等。本發(fā)明實施例步驟101中進 行數(shù)字格式的轉(zhuǎn)換和圖像預(yù)處理的方法，可以采用各種現(xiàn)有成熟的技術(shù)，且 與本發(fā)明沒有直接關(guān)系。此外，對已經(jīng)以數(shù)字方式存在的圖像或視頻流資料， 本步驟也可以省略，不再贅述。
步驟102:采用分水嶺分割的方法將圖像分成多個封閉區(qū)域； 圖像中的顏色按照不同區(qū)域分布，圖像中不同區(qū)域之間形成的邊緣通常 是顏色變化的臨界位置，為了對圖像進行彩色化，準(zhǔn)確得到這些邊緣信息并 進而進行圖像區(qū)域分割是基本前提。進行圖像分割的方法有很多種，本發(fā)明 實施例中采用分水嶺分割方法，該方法是一種基于拓樸理論的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的 分割方法，其基本思想是把圖像看作是測繪學(xué)上的拓樸地貌，圖像中每一像 素點的灰度值表示該點的海拔高度，每一個局部極小值及其影響區(qū)域稱為集水盆，而集水盆的邊界則形成分水嶺，因此每一個分水嶺就能夠在圖像中圈 出一個封閉區(qū)域。
現(xiàn)有的分水嶺算法種類較多，此處僅舉一例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù) 該例所展示的基于過度分割的核心思想進行替換使用，本發(fā)明實施例中采用
基于Vincent和Soille提出的浸水模型的方法，具體包括如下步驟
步驟102a:設(shè)定高斯算子模板對步驟101得到的圖像進行平滑處理； 高斯算子在抑制噪聲干擾的同時，會減弱對圖像中既有微弱邊緣的響應(yīng)
能力，為了尋求平衡，選擇合適的高斯算子模板就非常的關(guān)鍵。根據(jù)實際應(yīng)
用的經(jīng)驗，本發(fā)明實施例提出一種高斯算子模板
<formula>formula see original document page 16</formula>進行所述的平滑處理，但同樣可以采取其他模板，本發(fā)明實施例不作具 體限定。
步驟102b:計算平滑處理后的圖像中各像素點的梯度值； 本發(fā)明實施例采用sobel邊緣算子分別計算各像素點的水平梯度(也稱 為水平邊緣EH)和垂直梯度(也稱為垂直邊緣EV)，所述的sobe邊緣算 子包括計算水平邊緣的Si和計算垂直邊緣的S2兩個模板
<formula>formula see original document page 16</formula>計算EH和EV時，將上述模板作為"框架"套在每一個待計算的像素 點上，例如圖2所示的矩形ABCD是圖像中的某個區(qū)域，其中每小格表示 一個像素點，各像素點的灰度值為A, i為自然數(shù)且ie[l， 9]。當(dāng)計算圖2 中編號為P,的像素點(即圖中黑色粗實線框標(biāo)出的像素點)的梯度值(也 稱為邊緣強度)時，首先利用模板S,計算水平邊緣
<formula>formula see original document page 16</formula>最后利用公式^ = ^五^2 + ￡K2計算邊緣強度,即可得到所述像素點P,的 梯度值。
利用上述方法遍歷圖像的所有像素點，則可以得到全部像素點的梯度值。
步驟102c:將所有大于等于預(yù)設(shè)閾值的像素點中，梯度值相等的作為 一層；
在實際應(yīng)用時，可以將所有梯度值小于預(yù)設(shè)閾值的像素點的梯度值重置 為0,大于等于所述閾值的像素點的梯度值保持不變，之后將像素點按照重 置后的梯度值進行排序，所有梯度值相等的像素點作為一層像素點。其中， 本發(fā)明實施例所采用的閾值為15，所述閾值可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。
步驟102d:將梯度值大于等于預(yù)設(shè)閾值的最低的層(即梯度值不為0且 最低的層)中所有像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；然后根據(jù)梯度值的升序， 分別按照從上到下、自左向右的順序遍歷圖像中的各層像素點，如果當(dāng)前像 素點的上下左右四個相鄰像素點中不存在已標(biāo)識點(包括該層和所有梯度值 更低的層的已標(biāo)識點)，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前 像素點的上下左右四個相鄰像素點中只存在一個已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點 標(biāo)記為與所述已標(biāo)識點相同的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相 鄰像素點中存在兩個或以上不同的已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為分水嶺 點；
需要說明的是，上述步驟102d中，進行像素點標(biāo)記是分層進行的。例 如步驟102c中設(shè)定的閾值為15時，首先標(biāo)記梯度為15的層，然后選擇 梯度值高于15的一層(比如梯度值為16的層，如果存在的話)，按照步驟 102d所述的方法進行從上到下、從左向右的遍歷，對不同的層進行遍歷時 標(biāo)記出的像素點的標(biāo)識不同。此外，所述/人上到下、從左向右的遍歷方式僅 為舉例，在實際應(yīng)用中，只要保證對每一層的像素點遍歷時采用的方式相同 即可，例如也可以采用從上到下、自右向左等遍歷方式，本發(fā)明實施例不做具體限定。
步驟102e:利用得到的分水嶺點連接成分水嶺線，并由所述分水嶺線 將圖像分割成多個封閉區(qū)域。
步驟103:將區(qū)域分割后的各封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到進行彩色化 處理的各目標(biāo)區(qū)域。
由于分水嶺算法對于微弱邊緣的良好感應(yīng)能力，步驟102分割后得到的 各封閉區(qū)域是過度分割的，因此需要對區(qū)域分割后的各封閉區(qū)域進行聚類， 具體包括
從圖像中已確定的目標(biāo)區(qū)域外剩余的區(qū)域中，任選一個分割得到的封閉 區(qū)域為起始目標(biāo)區(qū)域，計算該起始目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū)域的灰度平均值差異， 將所述差異值小于預(yù)設(shè)的合并門限T的所有相鄰區(qū)域與所述起始目標(biāo)區(qū)域 合并；較佳地，本發(fā)明實施例所采用的T取值為15。
以合并后的區(qū)域作為新的起始目標(biāo)區(qū)域，返回繼續(xù)執(zhí)行所述計算該起始 目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū)域的灰度平均值差異的步驟，直到所述起始目標(biāo)區(qū)域的灰 度平均值與周圍封閉區(qū)域的灰度平均值的差異大于等于合并門限T為止，即 完成了一個目標(biāo)區(qū)域的確定；
返回繼續(xù)執(zhí)行所述選擇起始目標(biāo)區(qū)域并計算該起始目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū) 域的灰度平均值差異的步驟，直到將圖像中的所有封閉區(qū)域處理完畢。
步驟104:對所述各目標(biāo)區(qū)域的顏色進行標(biāo)定得到彩色化模板，使用標(biāo) 定的顏色對所述各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充，得到彩色化處理完成的圖像。
可見，本發(fā)明實施例提供的方法通過利用分水嶺算法劃分出封閉區(qū)域， 然后利用區(qū)域聚類的方法得到目標(biāo)區(qū)域，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的顏色模板將各目標(biāo) 區(qū)域?qū)?yīng)的顏色填充到所述各目標(biāo)區(qū)域中去，從而實現(xiàn)了對黑白圖像的彩色 化。
上述流程可以實現(xiàn)對黑白圖像快速準(zhǔn)確的彩色化處理。較佳地，本發(fā)明 實施例還可以進 一 步用于對包含多幀黑白圖像的黑白視頻流影像的彩色化。 此時，步驟101和步驟102之間進一步包括步驟1011:判斷當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀，若是，則繼續(xù)執(zhí)行步驟 102,否則執(zhí)行步驟105;
鏡頭是進行3見頻流4企測處理的常用單位， 一個鏡頭中包含有限多幀。由 于一個鏡頭中包含的多幀內(nèi)容之間具有較強的相關(guān)性，本發(fā)明實施例將每個 鏡頭的首幀作為彩色化關(guān)鍵幀，首先將該幀進行彩色化，而后利用該鏡頭中 后續(xù)各幀之間的相關(guān)性，采用顏色傳遞的方法實現(xiàn)對后續(xù)各幀的彩色化。
步驟1011中判斷當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀的具體方法為本領(lǐng)域已公 開技術(shù)，本發(fā)明實施例中的彩色化關(guān)鍵幀檢測方法可以采用《用于鏡頭突變 切換檢測的像素點匹配法》(東南大學(xué)無線電工程系，作者劉謙雷、楊綠 溪、鄒采榮)，也可以采用其他本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用的各種鏡頭檢測方 法，此處不再詳細i^t明。
步驟105:從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域， 將所述匹配區(qū)域的顏色傳遞到當(dāng)前幀的各選定區(qū)域，并保持亮度不變，繼續(xù) 執(zhí)行步驟106;
在本發(fā)明實施例中，選擇當(dāng)前幀的前一幀作為參考幀。由于每個鏡頭中 的第 一 幀都被作為彩色化關(guān)鍵幀進行彩色化處理，因此該幀可以作為后 一 幀 的參考幀，如此依次執(zhí)行下去，最終可以實現(xiàn)一個鏡頭中所有各幀的彩色化。
其中，所述從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域可以 采用各種區(qū)域匹配的算法。本發(fā)明實施例中采用的是塊匹配的方法，同時為 了減少區(qū)域匹配時的計算量，采用了三步搜索的策略進行塊匹配，圖3示出 了在參考幀中獲取所述匹配區(qū)域的過程的示意圖，圖中
標(biāo)識#0的塊為當(dāng)前幀的其中一個選定區(qū)域(下文稱為A區(qū)域)在參考 幀中的對應(yīng)位置；
以弁0塊的面積大小為單位，在以#0塊為中心的9x9單位范圍內(nèi)，分別 對位于#0塊左上、上、右上、左、右、左下、下和右下共8個與#0塊大小 相同的塊(即圖中標(biāo)識為#1的各位置)，利用平均絕對差分別計算各塊與 選定區(qū)域(即#0塊)的匹配程度，從中選擇匹配程度最高(也即平均絕對差最小)的位置作為下一次搜索的中心位置；假設(shè)此時得出右上方的塊與弁O 塊具有最高的匹配程度，為了便于說明，下文中稱該塊為A區(qū)域的第一次 匹配塊；
在以第一次匹配塊為中心的5x5單位的范圍內(nèi)，分別對位于所述第一 次匹配塊左上、上、右上、左、右、左下、下和右下共8個與#0塊大小相 同的塊(即圖中標(biāo)識為#2的各位置)，利用平均絕對差計算各塊與選定區(qū) 域(即#0塊)的匹配程度，從中選擇匹配程度最高的位置作為第三次搜索 的中心位置，假設(shè)此時得出右下方的塊與糾塊具有最高的匹配程度，類似 地，下文稱其為A區(qū)域的第二次匹配塊；
在以第二次匹配塊為中心的3x3單位的范圍內(nèi)，分別對位于所述第二 次匹配塊上、下、左、右、左上、左下、右上和右下共8個與#0塊大小相 同的塊(即圖中標(biāo)識為#3的各位置)，利用平均絕對差計算各塊與選定區(qū) 域(即#0塊)的匹配程度，從中選擇匹配程度最高的位置，即為最終確定 的與當(dāng)前幀的所述選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域。
每次搜索過程中，所述利用平均絕對差判斷各塊與選定區(qū)域的匹配程度 的方法包4舌
利用公式M4D(《，a) =1 Si /(x，少，"—/0 +《,7 +《，& +1) i計算
各塊與選定區(qū)域的平均絕對差，得到的結(jié)果越小，表示該塊與選定區(qū)域的匹
配程度越高；
根據(jù)前文描述，可知進行判斷的各塊與選定區(qū)域的大小尺寸相同，公式 中Nt, N2分別表示選定區(qū)域的長和寬(同樣也是表示進行判斷的塊的長和 寬)，l(x,y,k)表示點(x,y)在k時刻(參考幀)的像素灰度值，I(x+dx，y+dy，k+l) 表示點(x+4，y+dy)在k+l時刻(即當(dāng)前幀)的像素灰度值，R表示參考幀中 選擇的待判斷的塊；
上述公式所表示的含義是將參考幀中待判斷的塊中的各像素點的像素 灰度值與當(dāng)前幀中選定區(qū)域中的對應(yīng)像素點的像素灰度值分別做差后，再將差值的絕對值相加求和，將得到的絕對值之和除以該選定區(qū)域/待判斷的塊 的面積(一般使用該區(qū)域包含多少像素點為面積單位)。
需要指出，上述搜索過程僅為示例，在具體應(yīng)用中，只要保證三次搜索 的范圍大小按照遞減方式進行即可，本發(fā)明實施例并不限定各次搜索范圍的 具體大小。
然后，將所述匹配區(qū)域的顏色傳遞到當(dāng)前幀的選定區(qū)域，實現(xiàn)對當(dāng)前幀
中該選定區(qū)域的彩色化處理；最后，對于當(dāng)前幀的其他各選定區(qū)域，重復(fù)執(zhí) 行上述過程，即可最終實現(xiàn)對當(dāng)前幀完全的彩色化處理。
對于視頻流的彩色化處理，由于視頻流中存在多幀圖像，因此在步驟 105之后，所述黑白圖像彩色化處理的方法中還進一步包括
步驟106:判斷當(dāng)前幀是否為視頻流中最后一幀，若是，則結(jié)束本次處 理流程，否則設(shè)定視頻流中下一幀為新的當(dāng)前幀并返回步驟1011。
相應(yīng)的，在進行視頻流的彩色化處理時，步驟104完成后，繼續(xù)執(zhí)行步 驟106。
由上可見，本發(fā)明的較佳實施例利用視頻流中的鏡頭，通過對每個鏡頭 的首幀進行關(guān)鍵幀彩色化處理，然后利用后續(xù)各幀與首幀間的相關(guān)性進行區(qū) 域匹配和顏色傳遞，能夠?qū)崿F(xiàn)對視頻流的快速彩色化處理。
容易理解，對當(dāng)前幀是否是尾幀的判斷也可以在其他位置執(zhí)行，比如在 步驟1011中先判斷當(dāng)前幀是否為尾幀，如果是，則在步驟105之后直接終 止處理流程；而如果不是，則將下一幀圖像設(shè)定為新的當(dāng)前幀并返回步驟 1011。此外，還可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的慣用手段在其他位置設(shè)置所述當(dāng) 前幀是否是尾幀的判斷，即該步驟在處理流程中的不同位置都應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護范圍內(nèi)。
本發(fā)明實施例還提供一種黑白圖像彩色化處理的系統(tǒng)，組成結(jié)構(gòu)如圖4 所示，其中包括區(qū)域分割模塊410，區(qū)域聚類模塊420,彩色化模板生成 模塊430和顏色填充才莫塊440;
所述區(qū)域分割模塊410，用于采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域；
所述區(qū)域聚類模塊420,用于對分割后的封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到 進行彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域；
所述彩色化模板生成模塊430,用于對所述各目標(biāo)區(qū)域的顏色進行標(biāo)定 得到彩色化模板；
所述顏色填充模塊440，用于根據(jù)彩色化模板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填 充，得到彩色化處理完成的圖像。
所述區(qū)域分割模塊410中包括平滑處理單元411,梯度值計算單元412， 分層排序單元413，標(biāo)記單元414和封閉區(qū)域生成單元415;
所述平滑處理單元411，用于設(shè)定高斯算子模板對數(shù)字格式的黑白圖像 進行平滑處理；
<formula>formula see original document page 22</formula>
進行所述的
根據(jù)實際應(yīng)用的經(jīng)驗，本發(fā)明實施例使用 平滑處理，但同樣可以采取其他模板，本發(fā)明實施例不作具體限定。
所述梯度值計算單元412，用于計算平滑處理后的圖像中各像素點的梯
度值；
采用sobel邊緣算子分別計算各像素點的水平邊緣EH和垂直邊緣EV,
所述的sobd邊緣算子包括計算水平邊緣的Si和計算垂直邊緣的S2兩個模
板
<formula>formula see original document page 22</formula>計算EH和EV時，可以將上述模板作為"框架"套在每一個待計算的
像素點上，最后利用公式^ = ^￡//2 + ￡"計算邊緣強度，即可得到所述像素 點P,的梯度值。具體過程與前文圖2部分說明相同，此處不再贅述。
利用上述方法遍歷圖像的所有像素點，則可以得到全部像素點的梯度值。
所述分層排序單元413，用于將所有大于等于預(yù)設(shè)閾值的像素點中，梯
度值相等的作為一層；
所述標(biāo)記單元414，用于將梯度值大于等于預(yù)設(shè)閾值的最低的層中所有 像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；然后根據(jù)梯度值的升序，分別按照設(shè)定的順 序遍歷圖像中的各層像素點，如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中 不存在已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點 的上下左右四個相鄰像素點中只存在一個已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為 與所述已標(biāo)識點相同的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素 點中存在兩個或以上不同的已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為分水嶺點；
所述封閉區(qū)域生成區(qū)域415，用于將得到的分水呤點連接成分水嶺線， 并由所述分水嶺線將圖像分割成多個封閉區(qū)域。
所述區(qū)域聚類模塊420中包括選擇單元421，更新單元422和聚類完成 判定單元423;
所述選擇單元421,用于從圖像中已確定的目標(biāo)區(qū)域外剩余的區(qū)域中， 任選一個分割得到的封閉區(qū)域作為起始目標(biāo)區(qū)域，并將該起始目標(biāo)區(qū)域的信 息通知更新單元422;
所述更新單元422，用于接收選擇單元421的通知，計算所迷起始目標(biāo) 區(qū)域與各相鄰區(qū)域的灰度平均值差異，將所述差異值小于預(yù)設(shè)的合并門限T 的所有相鄰區(qū)域與起始目標(biāo)區(qū)域合并為新的起始目標(biāo)區(qū)域，對所述新的起始 目標(biāo)區(qū)域重復(fù)執(zhí)行計算所述起始目標(biāo)區(qū)域與各相鄰區(qū)域的灰度平均值差異 并將所述差異值小于預(yù)設(shè)的合并門限T的所有相鄰區(qū)域與起始目標(biāo)區(qū)域合 并為新的起始目標(biāo)區(qū)域的步驟，直到起始目標(biāo)區(qū)域與周圍封閉區(qū)域的灰度平 均值的差異大于等于合并門限T為止，完成一個目標(biāo)區(qū)域的確定并通知所述 聚類完成判定單元423;其中，本發(fā)明實施例中T的值取為15;
所述聚類完成判定單元423,用于根據(jù)更新單元422的通知，判斷是否 完成圖像中所有封閉區(qū)域的處理，如果是，則將確定的各目標(biāo)區(qū)域的信息提供給所述彩色化模板生成模塊430和顏色填充模塊440;否則，通知選擇單 元421繼續(xù)選擇起始目標(biāo)區(qū)域。
可見，本發(fā)明實施例提供的系統(tǒng)通過利用分水呤算法劃分出封閉區(qū)域， 然后利用區(qū)域聚類的方法得到目標(biāo)區(qū)域，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的顏色模板將各目標(biāo) 區(qū)域?qū)?yīng)的顏色填充到所述各目標(biāo)區(qū)域中去，從而實現(xiàn)了對黑白圖像的彩色 化。
較佳地，本發(fā)明實施例還可以進一步用于對包含多幀黑白圖像的黑白視 頻流影像的彩色化。此時，所述黑白圖像彩色化處理的系統(tǒng)中還包括關(guān)鍵 幀判定模塊450，區(qū)域匹配模塊460,顏色映射模塊470和幀尾判定模塊480;
所述關(guān)鍵幀判定模塊450,用于判斷當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀，若是， 通知所述區(qū)域分割模塊410;否則，通知區(qū)域匹配才莫塊460;
所述區(qū)域匹配模塊460 ，用于從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相 匹配的匹配區(qū)域后通知顏色映射4莫塊470，所述參考幀為當(dāng)前幀的前一幀；
所述顏色映射模塊470,用于根據(jù)所述獲取的匹配區(qū)域，將所述匹配區(qū) 域的顏色傳遞到當(dāng)前幀的選定區(qū)域并保持亮度不變，之后通知幀尾判定模塊 480;
所述幀尾判定模塊480，用于判斷當(dāng)前幀是否為視頻流中最后一幀，若 是，結(jié)束本次處理流程，否則設(shè)定視頻流中下一幀為新的當(dāng)前幀并通知關(guān)鍵 幀判定模塊450。
相應(yīng)地，此時所述顏色填充模塊440，進一步用于在得到處理完成的彩 色化關(guān)鍵幀后，通知幀尾判定模塊480。
彩色化關(guān)鍵幀處理完成后，需要該關(guān)鍵幀是否為幀尾，如果所述幀尾判 定模塊480判定還有后續(xù)幀，則系統(tǒng)繼續(xù)處理，否則表示本次彩色化處理完 成。
所述區(qū)域匹配模塊460中包括搜索初始位置確定單元461,搜索策略設(shè) 定單元462和匹配計算單元463;
所述搜索初始位置確定單元461，用于接收所述關(guān)鍵幀判定模塊450的通知，確定當(dāng)前幀的各選定區(qū)域在參考幀中的對應(yīng)位置，將所述對應(yīng)位置作
為第一次區(qū)域匹配計算的初始位置提供給匹配計算單元463和搜索策略設(shè) 定單元462;還用于根據(jù)匹配計算單元463返回的信息，將所述匹配程度最 高的位置設(shè)為下一次匹配計算的初始位置；
所述搜索策略設(shè)定單元462，用于確定每次進行區(qū)域匹配計算時搜索范 圍的大小，所述區(qū)域匹配計算共進行三次，且搜索范圍的大小逐次遞減；還 用于接收搜索初始位置確定單元461確定的進行區(qū)域匹配計算的初始位置， 以所述初始位置為中心，按照預(yù)先設(shè)定的搜索范圍，將位于所述初始位置上、 下、左、右、左上、右上、左下和右下共8個與所述選定區(qū)域面積大小相同 的塊確定為計算匹配程度的目標(biāo)位置，將所述確定的目標(biāo)位置的信息提供給 匹配計算單元463;
所述匹配計算單元463，用于接收初始位置確定單元確定的進行區(qū)域匹 配計算的初始位置的信息，利用平均絕對差的方法，將所述各目標(biāo)位置中的 各像素點的像素灰度值與當(dāng)前幀選定區(qū)域中的對應(yīng)像素點的像素灰度值分 別做差，再將差值的絕對值相加求和，最后將得到的絕對值之和除以該選定 區(qū)域的面積，得到搜索策略設(shè)定單元462確定的各目標(biāo)位置與選定區(qū)域的匹 配程度；在第一次和第二次區(qū)域匹配計算時，將其中匹配程度最高的位置的 信息返回給搜索初始位置確定單元461;在第三次區(qū)域匹配計算時，則將匹 配程度最高的位置作為與當(dāng)前幀的所述各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域通知 顏色映射模塊470。
其中，平均絕對差的計算公式為
公式中計算結(jié)果越小，表示該塊與選定區(qū)域的匹配程度越高；NP N2 分別表示選定區(qū)域的長和寬(同樣也是表示進行區(qū)域匹配計算時目標(biāo)位置的 長和寬)，I(x,y,k)表示點(x,y)在k時刻(參考幀)的像素灰度值， 1(x+4，y+dy，k+l)表示點(x+dx，y+dy)在k+l時刻(即當(dāng)前幀)的像素灰度值，R表示參考幀中選擇的待判斷的塊；
需要指出，在具體應(yīng)用中，只要保證三次區(qū)域匹配計算時，搜索范圍的 大小按照遞減方式進行即可，本發(fā)明實施例并不限定各次搜索范圍的具體大
因此，容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限定本 發(fā)明的精神和保護范圍，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做出的等同變化或替 換，都應(yīng)視為涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種黑白圖像彩色化處理的方法，其特征在于，該方法包括采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域；對分割后的封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到進行彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域；對所述各目標(biāo)區(qū)域的顏色進行標(biāo)定得到彩色化模板，根據(jù)所述彩色化模板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充，得到彩色化處理完成的圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用分水嶺分割將 數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域的方法包括設(shè)定高斯算子模板對數(shù)字格式的黑白圖像進行平滑處理，計算平滑處理后 的圖像中各像素點的梯度值；將所有大于等于預(yù)設(shè)閾值的像素點中，梯度值相等的作為一層；將梯度值 大于等于預(yù)設(shè)閾值的最低的層中所有像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；然后根據(jù) 梯度值的升序，分別按照設(shè)定的順序遍歷圖像中的各層像素點，如果當(dāng)前像素 點的上下左右四個相鄰像素點中不存在已標(biāo)識點，則將當(dāng)前《象素點標(biāo)記為該層 的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中只存在一個已標(biāo)識 點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為與所述已標(biāo)識點相同的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點 的上下左右四個相鄰像素點中存在兩個或以上不同的已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素 點標(biāo)記為分水嶺點；利用得到的分水嶺點連接成分水嶺線，并由所述分水嶺線將圖像分割成多 個封閉區(qū)域。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對分割后的封閉區(qū) 域進行區(qū)域聚類，得到進行彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域的方法包括從圖像中已確定的目標(biāo)區(qū)域外剩余的區(qū)域中，任選一個分割得到的封閉 區(qū)域為起始目標(biāo)區(qū)域，計算該起始目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū)域的灰度平均值差異， 將所述差異值小于預(yù)設(shè)的合并門限的所有相鄰區(qū)域與所述起始目標(biāo)區(qū)域合 并；以合并后的區(qū)域作為新的起始目標(biāo)區(qū)域，返回繼續(xù)執(zhí)行所述計算該起始目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū)域的灰度平均值差異的步驟，直到所述起始目標(biāo)區(qū)域的灰 度平均值與周圍封閉區(qū)域的灰度平均值的差異大于等于合并門限為止，完成一個目標(biāo)區(qū)域的確定；返回繼續(xù)執(zhí)行所述選擇起始目標(biāo)區(qū)域并計算該起始目標(biāo)區(qū)域與相鄰區(qū) 域的灰度平均值差異的步驟，直到將圖像中的所有封閉區(qū)域處理完畢，得到 進行彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述采用 分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域之前，該方法進一步 包括判斷當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀若是，繼續(xù)執(zhí)行所述采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個 封閉區(qū)域的步驟；否則，從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域，將所 述匹配區(qū)域的顏色傳遞到當(dāng)前幀的選定區(qū)域，并保持亮度不變，所述參考幀 為當(dāng)前幀的前一幀；之后，判斷當(dāng)前幀是否為視頻中最后一幀，若是，則結(jié) 束本次處理流程，否則設(shè)定視頻中下一幀為新的當(dāng)前幀并返回執(zhí)行所述判斷 當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀的步驟；所述根據(jù)所述彩色化模板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充，得到一幀彩色化 處理完成的圖像后，繼續(xù)執(zhí)行所述判斷當(dāng)前幀是否為視頻中最后一幀的步 驟。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述從參考幀中獲取與 當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域的方法包括預(yù)先設(shè)定每次進行區(qū)域匹配時搜索范圍的大小，確定當(dāng)前幀的各選定區(qū) 域在參考幀中的對應(yīng)位置，將所述對應(yīng)位置作為第一次區(qū)域匹配計算的初始 位置，以所述初始位置為中心，按照預(yù)先設(shè)定的搜索范圍，將位于所述初始 位置上、下、左、右、左上、右上、左下和右下共8個與所述選定區(qū)域面積 大小相同的塊確定為計算匹配程度的目標(biāo)位置，分別計算各目標(biāo)位置與選定區(qū)域的匹配程度；將各目標(biāo)位置中與選定區(qū)域的匹配程度最高的作為下 一 次區(qū)域匹配計算時的初始位置，返回執(zhí)行以所述初始位置為中心，按照預(yù)先設(shè) 定的搜索范圍，將位于所述初始位置上、下、左、右、左上、右上、左下和右下共8個與所述選定區(qū)域面積大小相同的塊確定為計算匹配程度的目標(biāo) 位置，分別計算各目標(biāo)位置與選定區(qū)域的匹配程度的步驟，所述區(qū)域匹配計 算共進行三次，且搜索范圍的大小逐次遞減；將第三次區(qū)域匹配計算得到的，與選定區(qū)域的匹配程度最高的位置作為 與當(dāng)前幀的所述各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述計算各目標(biāo)位置與 選定區(qū)域的匹配程度的方法包括利用平均絕對差的方法，將所述各目標(biāo)位置中的各像素點的像素灰度值 與當(dāng)前幀選定區(qū)域中的對應(yīng)像素點的像素灰度值分別做差，再將差值的絕對 值相加求和，最后將得到的絕對值之和除以該選定區(qū)域的面積。
7、 一種黑白圖像彩色化處理的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括區(qū)域 分割模塊，區(qū)域聚類模塊，彩色化模板生成模塊和顏色填充模塊；所述區(qū)域分割模塊，用于采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成 多個封閉區(qū)域；所述區(qū)域聚類模塊，用于對分割后的封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到進行彩 色化處理的各目標(biāo)區(qū)域；所述彩色化模板生成模塊，用于對所述各目標(biāo)區(qū)域的顏色進行標(biāo)定得到彩 色化模板；所述顏色填充模塊，用于根據(jù)彩色化模板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充，得 到彩色化處理完成的圖像。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域分割模塊包括 平滑處理單元，梯度值計算單元，分層排序單元，標(biāo)記單元和封閉區(qū)域生成 單元；所述平滑處理單元，用于設(shè)定高斯算子模板對數(shù)字格式的黑白圖像進行平滑處理；所述梯度值計算單元，用于計算平滑處理后的圖像中各像素點的梯度值；所述分層排序單元，用于將所有大于等于預(yù)設(shè)閾值的像素點中，梯度值 相等的作為一層；所述標(biāo)記單元，用于將梯度值大于等于預(yù)設(shè)閾值的最低的層中所有像素 點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；然后根據(jù)梯度值的升序，分別按照設(shè)定的順序遍 歷圖像中的各層像素點，如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中不存 在已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為該層的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上 下左右四個相鄰像素點中只存在一個已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為與所 述已標(biāo)識點相同的已標(biāo)識點；如果當(dāng)前像素點的上下左右四個相鄰像素點中 存在兩個或以上不同的已標(biāo)識點，則將當(dāng)前像素點標(biāo)記為分水嶺點；所述封閉區(qū)域生成區(qū)域，用于將得到的分水嶺點連接成分水嶺線，并由 所述分水嶺線將圖像分割成多個封閉區(qū)域。
9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域聚類模塊包括 選擇單元，更新單元和聚類完成判定單元；所述選擇單元，用于從圖像中已確定的目標(biāo)區(qū)域外剩余的區(qū)域中，任選 一個分割得到的封閉區(qū)域作為起始目標(biāo)區(qū)域，并將該起始目標(biāo)區(qū)域的信息通 知更新單元；所述更新單元，用于接收選擇單元的通知，計算所述起始目標(biāo)區(qū)域與各 相鄰區(qū)域的灰度平均值差異，將所述差異值小于預(yù)設(shè)的合并門限的所有相鄰 區(qū)域與起始目標(biāo)區(qū)域合并為新的起始目標(biāo)區(qū)域，對所述新的起始目標(biāo)區(qū)域重 復(fù)執(zhí)行計算所述起始目標(biāo)區(qū)域與各相鄰區(qū)域的灰度平均值差異并將所述差 異值小于預(yù)設(shè)的合并門限的所有相鄰區(qū)域與起始目標(biāo)區(qū)域合并為新的起始 目標(biāo)區(qū)域的步驟，直到起始目標(biāo)區(qū)域與周圍封閉區(qū)域的灰度平均值的差異大 于等于合并門限為止，完成一個目標(biāo)區(qū)域的確定并通知所述聚類完成判定單 元；所述聚類完成判定單元，用于根據(jù)更新單元的通知，判斷是否完成圖像 中所有封閉區(qū)域的處理，如果是，則將確定的各目標(biāo)區(qū)域的信息提供給所述彩色化模板生成模塊和顏色填充模塊；否則，通知選擇單元繼續(xù)選擇起始目 標(biāo)區(qū)域。
10、根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)中 還包括關(guān)鍵幀判定模塊，區(qū)域匹配模塊，顏色映射模塊和幀尾判定模塊；所述關(guān)鍵幀判定模塊，用于判斷當(dāng)前幀是否為彩色化關(guān)鍵幀，若是，通 知所述區(qū)域分割模塊；否則，通知區(qū)域匹配模塊；所述區(qū)域匹配模塊，用于從參考幀中獲取與當(dāng)前幀的各選定區(qū)域相匹配 的匹配區(qū)域后通知顏色映射模塊，所述參考幀為當(dāng)前幀的前一幀；所述顏色映射模塊，用于根據(jù)所述獲取的匹配區(qū)域，將所述匹配區(qū)域的 顏色傳遞到當(dāng)前幀的選定區(qū)域并保持亮度不變，之后通知幀尾判定模塊；所述幀尾判定模塊，用于判斷當(dāng)前幀是否為視頻流中最后一幀，若是， 結(jié)束本次處理流程，否則i殳定^L頻流中下一幀為新的當(dāng)前幀并通知關(guān)4建幀判 定模塊；所述顏色填充模塊，進一步用于在得到處理完成的彩色化關(guān)鍵幀后，通 知幀尾判定模塊。
11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域匹配模塊包 括搜索初始位置確定單元，搜索策略設(shè)定單元和匹配計算單元；所述搜索初始位置確定單元，用于接收所述關(guān)鍵幀判定模塊的通知，確 定當(dāng)前幀的各選定區(qū)域在參考幀中的對應(yīng)位置，將所述對應(yīng)位置作為第 一 次 區(qū)域匹配計算的初始位置提供給匹配計算單元和搜索策略設(shè)定單元；還用于 根據(jù)匹配計算單元返回的信息，將所述匹配程度最高的位置設(shè)為下一次匹配 計算的初始位置；所述搜索策略設(shè)定單元，用于確定每次進行區(qū)域匹配計算時搜索范圍的 大小，所述區(qū)域匹配計算共進行三次，且搜索范圍的大小逐次遞減；還用于 接收搜索初始位置確定單元確定的進行區(qū)域匹配計算的初始位置，以所述初始位置為中心，按照預(yù)先設(shè)定的搜索范圍，將位于所述初始位置上、下、左、 右、左上、右上、左下和右下共8個與所述選定區(qū)域面積大小相同的塊確定 為計算匹配程度的目標(biāo)位置，將所述確定的目標(biāo)位置的信息提供給匹配計算單元；所述匹配計算單元，用于接收初始位置確定單元確定的進行區(qū)域匹配計 算的初始位置的信息，利用平均絕對差的方法，將所述各目標(biāo)位置中的各像 素點的像素灰度值與當(dāng)前幀選定區(qū)域中的對應(yīng)像素點的像素灰度值分別做 差，再將差值的絕對值相加求和，最后將得到的絕對值之和除以該選定區(qū)域 的面積，得到搜索策略設(shè)定單元確定的各目標(biāo)位置與選定區(qū)域的匹配程度； 在第一次和第二次區(qū)域匹配計算時，將其中匹配程度最高的位置的信息返回 給搜索初始位置確定單元；在第三次區(qū)域匹配計算時，則將匹配程度最高的 位置作為與當(dāng)前幀的所述各選定區(qū)域相匹配的匹配區(qū)域通知顏色映射才莫塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種黑白圖像彩色化處理的方法，包括采用分水嶺分割將數(shù)字格式的黑白圖像分割成多個封閉區(qū)域；對分割后的封閉區(qū)域進行區(qū)域聚類，得到進行彩色化處理的各目標(biāo)區(qū)域；對所述各目標(biāo)區(qū)域的顏色進行標(biāo)定得到彩色化模板，根據(jù)所述彩色化模板對各目標(biāo)區(qū)域進行顏色填充，得到彩色化處理完成的圖像。本發(fā)明還同時公開了一種黑白圖像彩色化處理的系統(tǒng)。本發(fā)明實施例的這種黑白圖像彩色化處理的方法和系統(tǒng)，通過利用分水嶺算法劃分出封閉區(qū)域，然后利用區(qū)域聚類的方法得到目標(biāo)區(qū)域，根據(jù)標(biāo)定的顏色模板將各目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的顏色填充到所述各目標(biāo)區(qū)域中去，實現(xiàn)了對黑白圖像快速、自動的彩色化處理。
文檔編號G06T11/40GK101299277SQ200810115609
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者盧曉鵬 申請人:北京中星微電子有限公司