[发明专利]一种蓝屏抠图方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉特效领域，更为具体地讲，涉及一种蓝屏抠图方法。

背景技术

抠图是指从图像或视频序列中精确地提取出前景对象的一种技术。抠图技术作为视觉特效领域的一种关键技术，被广泛地应用于图像编辑和电影制作等领域。但由于抠图问题的欠约束性，求解该问题时需要增加额外的约束条件，因此在影视制作中，通常采用蓝屏或者绿屏作为拍摄背景，以此来降低该问题的求解难度，这种将蓝屏或者绿屏作为背景的抠图技术通常叫做蓝屏抠图技术。

蓝屏抠图发展到今天已经产生了许多不同的技术。常见的蓝屏抠图技术主要有：亮度抠图(Luma Keying)、差异抠图(Difference Keying)、色度抠图(Chroma Keying)、色差抠图(Color Difference Keying)、3D抠图(3D Keying)。

亮度抠图技术利用图像的亮度信息来求解不透明度。对于给定的RGB三通道彩色图像，先将其转换到HLS颜色空间，然后取亮度通道L进行二值化操作，得到的结果即为前景的不透明度。简单的硬阈值操作通常会造成边缘和半透明信息的严重丢失，因此，在实际应用中通常采取软阈值操作，即定义一个渐变的范围，使得不透明度从0到1平缓变化。由于该技术在抠图过程中只考虑了图像的亮度信息，而没有考虑图像的颜色信息，因此，对于大多数图像，该方法效果不够理想。

差异抠图技术利用前景图像与背景图像的差异求解不透明度。差异抠图技术对背景没有严格的限制，不仅适用于单色背景，对于背景颜色复杂的情况同样适用。然而，由于差异抠图技术需要背景图像已知，因此其使用范围受到了一定的限制。

色度抠图技术利用图像的颜色信息求解不透明度。对于给定的RGB三通道彩色图像，首先将其转换到HLS空间，然后对H通道进行阈值分割求取不透明度。在实际应用中，受光照等环境因素的影响，背景颜色会出现一定的波动，因此需要设置一个软阈值。然而，H通道虽然能较好地区分颜色信息，但是对于压缩的视频帧，H通道常常出现块状效应(blocky)。为了提高抠图精度，通常将色度(H)、亮度(L)、饱和度(S)三个通道结合起来。与单一通道的抠图技术相比，联合H、L、S三通道的抠图技术要更准确，不足之处是需要调节的参数较多，人工交互比较大。

色差抠图技术利用R、G、B三通道的颜色差异来求解不透明度。以蓝屏视频为例，对于输入视频帧I，其不透明度表示为α＝I_B-MAX(I_R,I_G)。色差抠图技术比较简单，速度较快且不需要进行阈值判断，然而，效果不够理想。

3D抠图技术是指在三维颜色空间(RGB、HLS等)，根据像素的空间距离求解不透明度。由于背景的颜色变化范围较小，因此可以在三维空间中定义一个3D形状将前景和背景区分开来。该3D形状可以是球体，立方体，椭球体等。以简单的球体为例，为了获得渐变的不透明度，需要定义一大一小两个球体，小球体里面的像素为背景，大球体以外的像素为前景，介于两者之间的像素属于过度区域，不透明度在0到1之间变化。3D抠图技术虽然能取得较好的效果，但是速度和人工交互仍然有待进一步提高。

从以上分析可以看出，现有的蓝屏抠图技术在抠图速度，抠图质量和人工交互上不能同时取得理想的效果，因此，对蓝屏抠图技术进行深入研究是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种蓝屏抠图方法，通过在GPU中对视频帧进行蓝屏抠图处理，具有抠图速度快，抠图效果好，且不需要调整太多的参数和人工交互等优点。

为实现上述发明目的，本发明一种蓝屏抠图方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、传递视频到GPU

对GPU进行初始化；在CPU端通过视频输入、输出接口向GPU端申请纹理内存、常量内存和全局内存；

CPU端申请内存成功后，再次通过视频输入、输出接口将视频帧传递到纹理内存，将视频的参数向量传递到常量内存，同时将选取的一幅背景合成图像传递到全局内存；

(2)、GPU的并行计算线程块对视频进行处理

从纹理内存中读取视频帧，从常量内存中读取视频的参数向量到GPU的并行计算线程块，在GPU的并行计算线程块中分别对所有视频帧进行处理；

(2.1)、提取背景色

将视频的第一帧图像作为蓝屏图像，再读取视频的参数向量得到蓝屏图像的结构信息；