[发明专利]一种基于CUDA的抠像合成方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于CUDA的抠像合成方法，属于数字拍摄技术领域。

背景技术

随着数字拍摄技术的不断发展成熟，影视剧清晰度不断提高，电视直播也逐渐向高清甚至超清画质靠拢。在此情况下，对于抠像效率的要求也在不断提高。如何能够在保证视频原有画质和良好的抠像效果的前提下提高抠像速度是当下研究的热点。因此提高算法运行效率，利用现有硬件提升运行速度对于影视制作及电视直播等行业具有重要的现实应用价值。

随着技术发展的成熟，现在的GPU已经在通用并行计算处理中得到了广泛应用，利用GPU进行并行计算的优化设计，充分发挥GPU并行计算能力，不但可以满足不断增长的像素处理要求，更可以借助成熟的PC硬件平台优势，节约开发成本。同时PC平台软件易于修改升级的优势，能够使得用户使用易于上手，同时还能够产生更多的生产价值。

近几年国内影视制作行业迅猛发展，因此对于相关技术的需求也越来越高，国内学者也纷纷投身相关领域的研究，并取得了一定的成果。

马铂伦以Motion Control系统和后期合成软件After Effects为案例进行分析，主要研究其在电影拍摄制作中高科技交互式摄影控制系统的应用。分析其如何解决在电影制作过程中现实拍摄条件不允许或者危险性高以及资金花费高的画面这一问题。[]这一研究介绍了国内外电影特效的发展现状，介绍了Motion Control系统在电影特效中的应用，对抠像相关理论进行了简要介绍，分析了抠像技术国内瓶颈问题。这一研究对于了解现阶段国内外电影特效制作发展状况及国内相关技术存在的问题具有很大帮助，但是这一研究停留在理论层面，没有将相关理论进行应用，存在一定的局限性。

江旺强将CUDA技术应用于物理学领域，其首先对图形处理器的并行架构与CUDA技术相关的编程模型进行了介绍。然后利用图形处理器加速计算目标与环境相关的一些电磁散射领域的问题。[]该研究对于CUDA技术的发展及图形处理器的并行架构研究较为深入，介绍十分详细，对本研究具有一定的借鉴和启发作用。但是研究者将CUDA技术应用于计算物理学中的电磁散射问题，而不是抠像处理中，抠像处理和电磁散射模型计算还存在一定的差别。本研究借鉴其对以CUDA技术的理论研究，将其应用于抠像处理中。

邓爽，李磊民，黄玉清等人针对复杂场景下传统的视频抠像算法对目标物体与背景纹理相似或边界不清晰的图像分割困难的问题，提出了一种基于视觉传感器和激光雷达信息相融合的视频实时抠像算法。该算法从原始激光雷达点云数据中获取感兴趣区域深度信息，并作为先验知识融合到改进的谱抠像算法，创建感兴趣区域深度抠像拉普拉斯矩阵，通过聚类算法最优迭代得出抠像结果，并运用导向滤波器对抠像结果进行后处理。经试验表明这一算法能够提高运行效率同时取得不错的效果。这一算法针对复杂环境下的视频进行抠像操作具有一定的优势，但是由于其对于硬件设备具有一定要求，从而存在一定的局限性。

陈实富，张舒，张乐等人设计的一种基于GPU的图像处理方法。主要操作步骤为：先获取待处理图像，将所述待处理图像的一个图层从系统内存中拷贝到图形处理单元的显存中；然后启动一个图像处理滤镜，在调节滤镜参数的时候，对所述图层的当前可视区域内的缩略图进行实时计算并获得调节结果；最后使用所述待处理图像的每一个图层的缩略图进行由底至上的混合，以渲染到画布，并将该画布显示到窗口。这一方法的好处在于能够在一定程度上降低系统对于显存的占用，并能够实时显示渲染结果，但局限性在于其处理速度提升不十分明显。

发明内容

本发明采用的技术方案为一种基于CUDA的抠像合成方法，首先，利用色彩平衡算子对前景图像非绿色区域进行溢出平衡处理；然后利用基础遮罩算子生成一个遮罩，抠去纯色背景；接下来利用细节遮罩算子对基础遮罩进行增强。经过上述处理后，形成最终遮罩，与背景图像进行融合，输出合成后的图像。

在抠像及合成阶段利用了GPU加速，进一步提高了拼接速度。实验结果表明，该方法能够有效的实现视频的实时抠像，帧率达到10帧，相比于传统CPU版本更能能够满足视频抠像的实时要求。

溢出平衡算法：

溢出平衡算法用以针对前景图片中G>R的点，有nG＝R，这样将绿色的点中G值降低，函数表达为：