[发明专利]基于分层-补洞的卡通动画再利用方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种基于分层-补洞的卡通动画再利用方法，具体是一种将输入的卡通动画序列按照其场景内容分解为不同的分层，并且将各个分层上由于前后遮挡关系产生的空洞填补，得到完整的卡通动画的分层表示。借助完整的卡通分层，对现有的卡通动画进行有效使用，创作出新的卡通动画。

背景技术

随着计算机软、硬件技术的发展，形式多样的多媒体以及娱乐活动受到大众越来越多的青睐，其中卡通动画由于其色彩简单、形式多样、表现力丰富而受到不同年龄段观众的喜欢。但另一方面，卡通动画的制作仍相对复杂，周期漫长，如何有效的利用以往创作的现有的卡通动画，成为很有意义的研究问题，同时也具有广泛的应用前景。卡通动画通常由一个随摄像机运动的背景层和若干在前景中运动的卡通物体组成，同时，运动的卡通物体可能存在位置交错，互相遮挡，造成某一时刻的若干帧上的卡通物体不完整。因此，对现有的卡通动画进行再利用的关键问题是如何有效的将背景层和前景层剥离开来，同时恢复完整的背景，以及每一帧上完整的前景层上的卡通物体。得到这些完整的分层后，就可以对现有的卡通动画进行有效的再利用。

传统的卡通动画的处理技术通常只是根据一些经验判断，如对应像素的颜色变化频率、分割区域的面积大小等，粗略的将场景分为前景和背景两层，不能够对前景层按照相同的方法进行再一步的分解，得到更加精细的分层表示，因而无法对现有的卡通动画进行有效的再利用。

传统的计算机视觉领域的视频分层方法不能够有效适用于卡通动画，这主要是由于这些方法对于运动模型通常有严格的约束，如仿射变换等，而卡通动画多是由手绘而成，其运动模型并不精确；另一方面，这些方法所依赖的技术通常是依靠稳定的光流计算，而光流计算对于卡通很不稳定。因此，为了有效处理卡通动画，需要根据卡通动画本身的特点设计相应的分层算法，获得更加准确的分层。

传统的卡通动画处理方法没有考虑背景层和前景卡通物体的补洞问题。通常在卡通动画中，由于物体运动中彼此存在遮挡，因此在某些帧上必然造成卡通物体的不完整，对再利用这些卡通物体带来不便。因此，必需设计有效的补洞方法，在获得卡通动画的分层后，再精确填补由于遮挡造成的空洞，在每一帧上都得到卡通物体的完整表示。而传统的计算机图形学领域的图像和视频补洞方法求解速度慢、对空洞大小有约束，不适合于卡通动画的补洞，因此，为了有效利用卡通动画的分层，需要根据卡通本身的创作特点，寻找更为有效和准确的补洞方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分层-补洞的卡通动画再利用方法，能够在获取准确的分层后，在每一帧上填补由于前后遮挡造成的背景层和前景层的空洞，从而得到各个分层的完整的表示。进而对这些分层进行如形状编辑、颜色替代等，达到对现有卡通的有效再利用，创作出新的卡通动画。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)根据输入的卡通动画选取关键帧，用户交互的将关键帧划分为不同的区域，每一块区域对应一个分层，不同分层通过其索引值的大小指定遮挡关系；

2)利用滚雪球图像分割方法将卡通动画的各帧分割成颜色相对单一的大的分块，以及狭长的围绕在大的分块周围的装饰线，每一分层都是由大的分块和狭长的装饰线组成；

3)基于颜色和形状差异定义大的分块的相似度，该相似度衡量各个分块隶属于每一个分层的可能性，并通过优化多标签能量函数计算分块所属的分层，然后将隶属于同一分层的分块聚类，得到初始的卡通动画分层；

4)在获得基于大的分块的分层后，依次将每一帧上的装饰线按照其位置划归到每一分层，从而得到更加精细的卡通动画分层；

5)依次将每一帧上的背景层在同一个坐标系下进行变换对齐，得到卡通动画的背景层的全景图，然后利用图像补洞方法填补全景图上的空洞，再利用对齐变换的逆变换得到每一帧补全的背景层；

6)对于相邻两帧对应的前景层，计算其特征匹配点，利用匹配点求解变换函数，将前一帧完整的分层变换到下一帧，进而填补下一帧上位于该分层的空洞，从而完成前景各个分层的补洞；

7)得到分层-补洞的卡通表现形式后，对现有的卡通动画进行卡通动画处理，合成新的卡通动画。

其具体的执行步骤如下：

步骤1：根据给定输入的卡通动画，选取动画序列中包含卡通场景中的颜色以及出现的物体最多的作为关键帧；