[发明专利]一种基于光影强化的卡通风格渲染方法

摘要

本发明涉及一种基于光影强化的卡通风格渲染方法，包括以下步骤：首先，通过结合高斯滤波与双边滤波提取经过抽象的基图像，用以模拟艺术作品细节较少，内容高度抽象的特点。在这个提取的基图像上，分别计算图像轮廓图和阴影分布图，并通过一种强度可控的融合方法来得到艺术创作中经常单独绘制的光影强化层，最后将这一光影强化层叠加于图像基上从而获得最终的渲染结果。本发明能逼真的模拟艺术创作中的卡通风格作品，并且时间性能优秀，可在当前主流多核PC机上获得准实时渲染效率。

主权项

一种基于光影强化的卡通风格渲染方法，包括以下步骤：步骤1：输入待滤波源图像；步骤2：对输入图像进行小尺度高斯模糊，降低边缘锐化程度，从而为后续的图像基抽象做准备：记输入图像为I，高斯滤波后的图像为I′，则高斯滤波过程如式1所示；[式1]I′(p)‑Gs*I(p)其中Gs表示一个均值为0，半径为3，标准差为1.0的高斯算子，p表示每一个像素点的空间位置，I(p)与I′(p)表示该像素点的强度值，操作*表示卷积；步骤3：根据步骤2所得经过高斯滤波的图像I′，采用双边滤波计算抽象化后的图像基B(p)，具体过程如式2所示：[式2] B ( p ) = Σ p ′ ∈ N G S ( p ; p ′ ) · G i ( p ; p ′ ) · I ′ ( p ) Σ p ′ ∈ N G S ( p ; p ′ ) · G i ( p ; p ′ ) 其中[式3] G S ( p ; p ′ ) = e - ( p - p ′ ) 2 / ( 2 σ S 2 ) [式4] G i ( p ; p ) = e - ( I ( p ) - I ( p ′ ) ) 2 / ( 2 σ i 2 ) 这里，N表示点p的邻域，I′(p)与B(p)表示位置为p的像素点的强度值，σs和σi分别表示空间距离和像素强度值的标准差；步骤4：通过步骤3得到的图像基计算轮廓图：以B(p)为输入，计算其反图像B’(p)=255‑B(p)，以半径为2的正方形结构元素对所得反图像B’(p)进行形态学腐蚀操作，记处理结果为B′e(p)，则图像轮廓L(p)可通过式5得到：[式5] L ( p ) = min ( B ( p ) + B ( p ) · B e ′ ( p ) 255 - B e ′ ( p ) , 255 ) 其中L(p)，B(p)，B′e(p)代表p位置像素点的强度值，min(x,y)操作表示取 x,y中的最小值；步骤5：通过步骤3得到的图像基计算阴影分布图：以步骤4所得反图像B’(p)为输入，对其进行大尺度高斯滤波B′G(p)=Gg*B’(p)，其中Gg表示一个均值为0，半径为81，标准差为20.0的高斯算子，操作*表示卷积，根据B’(p)与所得滤波结果B′G(p)，阴影分布图可通过式6得到：[式6] S ( p ) = min ( B ( p ) + B ( p ) · B G ′ ( p ) 255 - B G ′ ( p ) , 255 ) 其中阴影分布图由S(p)表示；步骤6：光影强化层计算：通过步骤(4)和步骤(5)所得图像轮廓L(p)和阴影分布图S(p)，光影强化层可通过式7计算：[式7]E(p)=L(p)α*S(p)β/255(α+β‑1)其中α，β表示由用户输入的两个控制参数，用以调整光影强化层中轮廓部分和阴影部分的强度，α越大表示该层中轮廓部分越突出，β表示该层中阴影部分越突出；步骤7：将步骤6所得阴影强化层E(p)叠加于步骤3所得图像基B(p)上，得到最终渲染结果，其过程如下式所示：R(p)=E(p)/B(p)/255其中最终渲染结果由E(p)表示。