[发明专利]一种彩色图-灰度图-彩色图转换方法

说明书

本发明公开了一种彩色图‑灰度图‑彩色图转换方法，该方法步骤包括彩色图像转换成灰度图像编码过程：对原始彩色图像进行RGB到Ycbcr的颜色空间转换得到亮度平面和两个色度平面，两个色度平面压缩后得到压缩后色度平面，其二进制码流作为水印信息嵌入亮度平面得到水印灰度图像；灰度图像重构彩色图像解码过程：在嵌入水印信息的灰度图像提取出压缩后色度平面的二进制码流，并根据二进制码流恢复两个色度平面，将亮度平面和两个色度平面进行Ycbcr到RGB的颜色空间转换，重构出彩色图像。本发明保存了更多颜色信息，重构时可得到失真很小或无失真的亮度平面，不仅能得到高质量的灰度图像，也能得到高质量的重构的彩色图像。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种将彩色图像生成灰度图像再由灰度图像有效恢复彩色图像的转换方法。

背景技术

传统的彩色图-灰度图-彩色图转换方法可分为两类，第一类是基于边信息嵌入算法，第二类是基于矢量量化算法。

基于边信息嵌入算法是采用小波变换、离散余弦变换或小波包变换等对彩色图像的亮度平面做频域变换，对色度平面做下采样并嵌入到亮度平面的高频带，再对亮度平面做频域变换，得到灰度图像。重构时，对灰度图像做频域变换，把颜色信息提取出来并做上采样，亮度平面的高频分量用0替换并做频域变换，可重构出彩色图像。此方法会丢失亮度平面的高频信息，且大量丢失颜色信息，导致得到的灰度图像和重构的彩色图像有严重的噪声，且模糊。

Queiro等人在IEEE TIP 2006 提出利用小波变换对彩色图像的亮度平面做频域变换，把两个色度平面做下采样并替换亮度平面的高频分量，再对亮度平面做小波变换，得到灰度图像，执行逆过程可重构彩色图像。在此方法中，亮度平面的两个高频带信息全部丢失，并且，只能保留四分之一的颜色信息。因为高频信息的丢失，导致得到的灰度图像模糊。重构彩色图像时，颜色信息的过多丢失和亮度平面高频信息的丢失，导致重构的彩色图像模糊，质量不佳。

Ko等人在J IMAGING SCI TECHN 2008 提出通过小波包变换，并利用伪随机码对颜色饱和度进行补偿。在此方法中，对颜色的饱和度进行了补偿，重构的彩色图像的质量有一定程度的提高，但是由于亮度平面的高频信息的丢失和颜色信息的过多丢失，得到的灰度图像有严重的噪声，并且重构的彩色图像的边缘也存在噪声。

Horiuchi等人在PATTERN RECOGN LETT 2010 提出将颜色信息有效地嵌入一级小波子带中，以保持色度和空间分辨率。在此方法中，色度分量分成正负两个平面分别替换亮度平面的高频分量，使重构的彩色图像的质量有一定程度的提高，但是由信息丢失过多，得到的灰度图像和重构的彩色图像仍然会变得模糊。

基于矢量量化的算法中，原始彩色图像分解成灰度图像和调色板，亮度平面跟色度平面不是正交关系，亮度平面会随着调色板的变化而变化，亮度平面的改变也会导致重构的彩色图像的像素值的改变，重构的彩色图像的质量依赖于调色板的设计。调色板的设计本质上是对亮度和色度进行量化，并且，受限于灰度图像只有256个灰度级，在重构彩色图像的时候需要根据亮度值搜索对应的色度，调色板最终得到256个亮度和256个色度。把调色板嵌入量化后的亮度平面，得到灰度图像。重构时，提取出调色板，并根据灰度图像的像素值搜索对应的色度，重构出彩色图像。此方法得到的灰度图像有严重的假轮廓伪影。嵌入过程一般采用LSB数字水印嵌入，不可无损地恢复灰度图像，提取出调色板之后，灰度图像的像素值会发生改变。因为基于矢量量化算法中，灰度图像跟调色板不是正交关系，灰度图像的像素值改变会导致搜索到不对应的色度值，导致颜色偏移的产生。

Chaumont等人在J SystSoftw 2013提出基于模糊C均值聚类生成调色板，并利用最低有效位替换（LSB）数字水印技术嵌入调色板得到灰度图像。在此方法中，利用颜色的相似性，使用聚类算法，使原始彩色图像量化成256个亮度和256个色度。但是，由于仅仅用256个颜色来表示整一张彩色图像，得到的灰度图像和重构的彩色图像都有严重的假轮廓伪影。