[发明专利]基于双边引导上采样的图像抠图方法

权利要求书

1.一种基于双边引导上采样的图像抠图方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对输入图像进行下采样，获得低分辨率图像；

步骤二：所述低分辨率图像通过闭合解抠图方法进行抠图，获得低分辨率前景图像；

将输入图像表示为I，经下采样操作，将原始高分辨率图像变换为原始图像1/4大小的低分辨率图像，利用闭合解抠图方法进行抠图，其过程如下所述：

闭合解抠图方法：将输入图像I_i作为输入，将图像看作前景和背景的组合，每个像素的颜色是对应前景颜色和背景颜色的组合，即

I_i＝α_iF_i+(1-α_i)B_i                                   (1)

式中，α_i是前景不透明度，F_i是前景颜色，B_i是背景颜色，i表示图像上所有像素点；

对前景F、背景B及不透明度α进行假设，对于灰度图像，假设F和B是每个像素附近小窗口上的近似常量，将式(1)展开，如式(2)的形式

由式(2)可得

经上述过程，重写式(1)，将α表示成图像的线性函数，即

式中，w是图像上像素附近小窗口；

求解α、a和b，以最小化式(5)的代价函数，即

式中w_j是像素j附近的图像窗口，J表示惩罚函数，ε是关于a的正则化项，增加这一项目的是保持数值稳定性；

对于三通道彩色图像，单独在每个通道中应用灰度代价函数，用一个4D线性模型代替式(4)的线性模型，即

式中，c表示图像通道；

其抠图代价函数为：

最小化代价函数，求解出图像前景后，获得输入/输出图像对；

步骤三：将所述输入/输出图像对在空间域和亮度域进行采样，转换为3D双边网格；

步骤四：拟合双边空间仿射模型；

步骤五：获取高分辨率前景图像输出结果；

以输入图像为参考图对低分辨率前景图像进行双边引导上采样，以获得高分辨率输出图像；将原图像转化为3D双边网格后，通过上采样并进行插值，上采样时选择一个参考图，对其所有像素进行空域和值域采样，然后确定其在网格中的位置；

对于某个位置p双边滤波表达式如下：

归一化项：

k_p＝∑_q∈Ωf(||p-q||)g(||I_p-I_q||)                                      (12)

其中I表示输入图像，Ω表示滤波窗口，p、q表示像素在图像中的坐标，I_p、I_q表示对应位置的像素值，f、g是权重分布函数，一般为高斯函数，k_p表示归一化项，J_p表示输出；

如果在值域的权重计算过程中引入另外一幅引导图像，则称之为联合双边滤波，表达式如下：

归一化项：

k_p＝∑_q∈Ωf(||p-q||)g(||I'_p-I'_q||)                                      (14)

其中I'表示引导图像；

联合双边上采样是在不需要原图的情况下，选取图像(i,j)为中心，以距离中心采样间隔的整数倍距离进行采样，也就是对于低分辨率的图像S应用空间滤波器，对于值域的权重计算在高分辨率图像I'上进行，即可获得上采样后的图像S'；

式中，p、q表示高分辨率图像I'上的整数像素坐标，p_↓和q_↓表示对应的低分辨图像S上的坐标。

2.如权利要求1所述的基于双边引导上采样的图像抠图方法，其特征在于：仿射矩阵中加入平滑项，防止伪边缘及噪声放大。