毕 业 文

图像素描生成算法研究

姓 名 院(系) 信息学院

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指导教师 职 称

论文答辩日期 年月日

摘 要

分析比较图像处理提供参考。关键词：

目 录

1 前言1

1.1 课题研究目的及意义1

1.2 国内外研究的概况2

1.3 论文组织及整体安排3

2 图像素描的简介3

2.1 非真实感绘制概念3

2.2 什么是素描4

2.3 图像素描的应用4

3 Matlab基本知识介绍5

3.1 Matlab的概述5

3.2 Matlab的发展历程5

3.3 Matlab语言的特点5

3.4 Matlab在图像处理中的应用6

4 图像素描生成算法的研究与实现7

4.1 一些现有的算法概述7

4.1.1 传统的图像素描生成算法7

4.1.2 一种改进的图像素描生成算法7

4.1.3 基于傅里叶变换的图像素描生成算法8

4.2 算法研究与实现8

4.2.1 基于空间域的素描算法研究与现实8

4.2.2 基于频域的素描算法的研究与实现11

5 素描算法比较分析18

5.1 两大类算法对比分析18

5.2 算法实验效果对比图18

6 总结与展望20

6.1 总结20

6.2 展望20

参考文献22

英文摘要23

附录24

致谢36

仲恺农业工程学院毕业论文成绩评定表37

1 前言

1.1 课题研究目的及意义

随着图像采集设备的不断普及，普通数码照片已不再能满足人们的需要，将照片处理成素描、卡通、油画等艺术风格逐渐成为一种娱乐方式。

素描是一种以铅笔、粉笔等为媒介，用线条来表现物体或景象的艺术，可分为线条结构画和精细写实素描两种。它是一种正式的艺术创作，可以用单色线条(也可以用两种或两种以上的颜色)或涂抹成面等方式来表现直观世界中的事物的造型、色调和灰度对比效果，甚至可以表达思想、概念、态度、感情、幻想、象征甚至抽象形式。作为一切造型艺术的基础，素描能准确的表达出物体的明暗，形状，体积，质感，量感等固有属性。它不像绘画那样重视总体和彩色，而是着重结构和形式。素描的表现内容通常为静物，动物，风景以及人物等。而其中的人物素描往往具有更大的艺术魅力。

手工创作素描画是一项复杂的艺术劳动，因此，基于真实图像高效地模拟出具有素描艺术特征的图像，也就是图像素描风格化，具有重要的应用价值。

目前的图像素描生成算法或者未遵循素描风格创作的艺术特点，或者需要大量人机交互，同时运算量较大，无法做到实时或者准实时。该研究课题通过实现几种图像素描生成算法，在MATLAB平台上对比分析，并做相关改进，得出一种或几种图像素描生成方法：这些方法能有效地保留了输入图像的细节特征，并且能够实时生成具有良好素描艺术效果的风格化图像。

1.2 国内外研究的概况

图像素描生成算法的研究最早可上溯到在20世纪80年代末，一直是计算机视觉领域中图像艺术效果研究方向的重要研究分支，并随着图像艺术效果研究技术的高速发展而逐步受到人们关注和研究。人们的研究致力于使算法计算量较少，实时性好，易于现实，能较好的保留图像的细节特征，生成具有良好素描艺术效果的风格化图像。

近年来，随着喜欢艺术形式图像素描的人们对这方面的研究，图像素描生成算法已经有不少的实现方法。

何伟强[6]给出一种改进的图像素描生成算法。首先对图像进行梯度和反相处理，再将图像灰度化，从而产生图像素描结果，该算法快速有效。李熏[7]等人基于傅里叶变换的图像素描效果生成算法，提出首先将真彩色图像转换为灰度图像，通过傅里叶正变换后将所有像素点的幅值设定为一常数，进行傅里叶逆变换，得到像素点的新灰度值；然后将每点灰度值倒置求反，再对图像进行锐化和平滑等处理来实现图像的素描效果。王海晖[9]等人基于计算机视觉的自然图像自动线描系统，介绍一种自然图像的自动线描算法，使计算机能模拟人类素描绘画的过程。该系统包括线描提取及线描渲染两步骤。在线描提取过程中，采用一种综合低层及中层视觉信息的边缘检测方法提取线描，在传统边缘检测结果基础上，根据计算机视觉理论对边缘进行精简及连接等处理；在线描渲染过程中，采用尺度、亮度等特征作为渲染画刷的属性，对边缘曲线进行拟合后采用纹理映射等非真实感渲染的方法产生线描图像。基于计算机视觉理论的自动线描方法切实可行。冯捷[11]等人基于灰度合成的图像素描效果生成算法，提出一种采用灰度合成的图像素描效果快速生成算法，实现真实感图像的艺术化生成。不同于已有算法只是利用经典的边缘检测方法来提取图像的边缘特征，本算法通过灰度信息分布来控制素描图像的细节特征，通过灰度合成得到图像边缘