[发明专利]一种基于CUDA的抠像合成方法

摘要

本发明公开了一种基于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。系统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。

主权项

一种基于CUDA的抠像合成方法，其特征在于：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：nG=F(G,R)=R(G>R)G(G≤R)]]>nG=F(G,R)=R(G>R)G(G≤R)---(1)]]>对溢出平衡算法进行改进：对于G<(B+R)/2，即区域3，说明像素点不为绿色，则进行保留处理；对于G>(B+R)/2，即区域1和2，说明像素点G值过高，则进行平衡处理，取新G＝(R+B)/2，相当于(1)式中R变为(R+B)/2；其函数表达式为：nG=F(G,B,R)=R+B2(G>R+B2)G(G≤R+B2)---(2)]]>接下来再次进行改进，引入参数a，取值范围是0‑1；以B＝R直线为对称轴，参数a决定∠ACD的大小，当a＝1时，角ACD＝0°，当a＝0时，∠ACD＝90°，即∠ACD＝(1‑a)*90，由此可知直线AC斜率，得AC直线方程，即可区分区域1；参数a相当于改变了F(G，B，R)的取值变化与保留区域的大小；区域1：F(G,B,R)＝a*R+(1‑a)*B；区域2：F(G,B,R)＝(1‑a)*R+a*B；区域3：F(G,B,R)＝G；当a＝0.5时，与(2)式相同，因此函数表达式变为：为方便进行计算，将上面BR平面图转为BG平面图；途中横坐标表示G值(0‑255)，纵坐标表示B值(0‑255)，代表RGB颜色空间中的一个切面；输入(R，G，B)即源图像当前像素点，a即溢出平衡的参数spill，根据输入的R值可以在GB的平面直角坐标系中找到点C(R，R)；根据a取得点A(R*(1‑a)，0)，点B((255‑R)*a+R，255)a即比例，使A点只能在0‑R范围,B点只能在R‑255范围内；由以上三个点可做出两条直线Line1：B＝(G‑R*(1‑a))/a，Line2：B＝(G‑R)/a+R；根据Line1，Line2，Line3(B＝R)以及G＝255，B＝255，G＝0，B＝0这7条直线，将其划分为3个区域：根据输入的G，B值①若点(G，B)在区域1内，则新的G值nG＝R*(1‑a)+B*a，R,B按比例的混合；②若点(G，B)在区域2内，则新的G值nG＝R*a+B*(1‑a)，R,B按比例的混合；③若点(G，B)在区域3内，则新的G值nG＝G；不变；基础遮罩算法基础遮罩的作用是生成一个遮罩，用于抠去纯色背景：对于绿色背景的图像，背景中g‑b的值比较大，而前景中g‑b的值相对较小，以此能够分辨出前后景；引入背景样本点(R，G，B)，此处考虑样本点为绿色，即G>R，G>B；此时有以下几种情况说明：g‑b<0：表明此像素点不为绿，则需要保留，即遮罩M需取255(白)；0<g‑b<G‑B：表明此像素点绿色的程度在不绿与样本点之间，遮罩M需在0～255之间；G‑B<g‑b：表明此像素点比样本点更绿，则需要去除，即遮罩M需取0(黑)；因此函数表达为：同理对g‑r的情况进行分析，得出下式：对于B轴，取H2＝g,H2以上部分，即H2<b，g‑b<0，即M＝白；H1与样本点有关，设取两个样本点highcolor，lowcolor，样本点G‑B：compare_a＝ghigh‑bhigh+glow‑blow，记为G‑B；H1＝g–k*(G‑B)，此处引入参数k，用于修正用户所选取的样本点的偏差，H1以下部分，即b<H1(k*(G‑B)<g‑b)，即M＝黑；对于R轴同理，取C2＝r，C1＝g–k*(G‑R)；细节遮罩算法细节遮罩的作用是根据图像亮度及样本点亮度，生成一个细节遮罩对基础遮罩进行增强；其实现方法是：输入值highcolor(rgb)，lowcolor(rgb)，当前像素点(rgb)；根据亮度公式：亮度＝0.29*r+0.59*g+0.12*b，得highcolor对应亮度luminhigh，lowcolor对应亮度luminlow，当前像素点亮度为lumin。