基于局部均方差相关信息的图像去噪及其在实时磨皮美容算法中的应用。
which expands to
Both sums can be generated from two Integral Images over and respectively.
for (Y = 0; Y < Height; Y++){LinePS = Src->Data + Y * Src->WidthStep;LinePD = Skin->Data + Y * Skin->WidthStep;for (X = 0; X < Width; X++){if (LinePS[0] >20 && LinePS[1] > 40 && LinePS[2] > 50) // 皮肤识别有很多算法,但没有一个能完美的包含所有的皮肤区域,我认为宁愿多处理一些非皮肤 区域,也比少处理更合理些LinePD[X] = 255; // 为什么取这些数据,我只能告诉这些数据是前人的一些经验没有什么数学公式来推导和证明的LinePS += 3; }} // 以上处理得到的是硬边界,直接使用会到底结果图有较为明显的痕迹,因此可使用模糊平滑下
为了让识别的区域边界不是特别生硬,需要对识别区域进行一定的处理,一般就是用羽化算法,标准的羽化算法是高斯模糊,但是高斯模糊有浮点计算,一种替代方式就是用方框模糊来替代,实际上两种方式得到的结果在视觉上是没有太多的区别的,但是方框模糊只有整数运算,效率上会高很多。
这样的识别处理后,把处理后图和原图进行Alpha混合,这样即保留了磨皮的光滑区域,又能保证头发等部位不被平滑掉。
for (Y = 0; Y < Height; Y++){LinePS = Src->Data + Y * Src->WidthStep;LinePD = Dest->Data + Y * Dest->WidthStep;LinePM = Mask->Data + Y * Mask->WidthStep;for (X = 0; X < Width; X++){Alpha = LinePM[0]; if (Alpha != 255){InvertAlpha = 255 - Alpha; // AlphaBlend的混合过程,使用DIV255来提高速度LinePD[0] = Div255(LinePD[0] * Alpha + LinePS[0] * InvertAlpha); // Blue分量LinePD[1] = Div255(LinePD[1] * Alpha + LinePS[1] * InvertAlpha); // Green分量 LinePD[2] = Div255(LinePD[2] * Alpha + LinePS[2] * InvertAlpha); // Red分量}LinePS += 3; // 移动到下一个像素,24位 LinePD += 3;LinePM++; // 移动到下一个Mask值}}
在处理完成后,从视觉角度考虑,整体图还是有点模糊,这个时候应该进行了适度的锐化来增强图像的整体锐度,最合适的是USM锐化,但是USM锐化是基于高斯模糊的,因此又非常耗时,这个时候可以考虑用最简答的领域锐化方式来处理,比如借助于下面的卷积矩阵,就能获得不错的视觉效果。
-1 0 -1
0 8 0 / 4
-1 0 -1
考虑到这个算法对每个像素的亮度值的改变并不是很大,对于彩色图像,如果能够转换到其他的包含亮度分量的颜色空间后,只对亮度进行处理,然后在转换回来,应该对视觉的影响不大,这样去除颜色空间的转换时间,可以提高三倍的速度,是相当可观的,常见的包含亮度的颜色空间有LAB,HSV,YUV,YCbCr等,其中YCbCr和RGB的转换公式非常简单,没有浮点计算,对整体的效率影响不大,因此可以选用这个空间。
再者,经过实验,发现也可以把锐化操作放在对亮度处理这步,而不是放在最后,这样,锐化操作也只需要处理一个分量,同样能提高效率。
贴出我处理的函数的流程:
/// <summary> /// 实现图像的磨皮。 /// <param name="Src">需要处理的源图像的数据结构。</param> /// <param name="Dest">需要处理的源图像的数据结构。</param> /// <param name="DenoiseMethod">磨皮的算法,0为双边磨皮,1为均方差磨皮。</param> /// <param name="DenoiseLevel">磨皮的程度,有效范围[1,10],数据越大,磨皮越明显。</param> /// <param name="WhiteMethod">美白的算法,0为Log曲线美白,1为色彩平衡磨皮。</param> /// <param name="NonSkinLevel">美白的程度,有效范围[1,10],数据越大,美白越明显。</param> /// <remarks>原图、目标图必须都是24位的。</remarks> IS_RET __stdcall SkinBeautification(TMatrix *Src, TMatrix *Dest, int DenoiseLevel, int WhiteMethod, int WhiteLevel) {if (Src == NULL || Dest == NULL) return IS_RET_ERR_NULLREFERENCE;if (Src->Data == NULL || Dest->Data == NULL) return IS_RET_ERR_NULLREFERENCE;if (Src->Width != Dest->Width || Src->Height != Dest->Height || Src->Channel != Dest->Channel || Src->Depth != Dest->Depth) return IS_RET_ERR_PARAMISMATCH;if (Src->Channel != 3) return IS_RET_ERR_NOTSUPPORTED;if ((DenoiseLevel < 1 || DenoiseLevel > 10)) return IS_RET_ERR_ARGUMENTOUTOFRANGE;if ((WhiteMethod != 0 && WhiteMethod != 1) || (WhiteLevel < 1 || WhiteLevel > 10)) return IS_RET_ERR_ARGUMENTOUTOFRANGE;IS_RET Ret = IS_RET_OK;TMatrix *Skin = NULL, *Y = NULL, *Cb = NULL, *Cr = NULL, *YY = NULL;unsigned char *Table = (unsigned char *)IS_AllocMemory(256, true); Ret = IS_CreateMatrix(Src->Width, Src->Height, Src->Depth, 1, &Skin); // 分配皮肤区域的内存if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = IS_CreateMatrix(Src->Width, Src->Height, Src->Depth, 1, &Y);if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = IS_CreateMatrix(Src->Width, Src->Height, Src->Depth, 1, &Cb);if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = IS_CreateMatrix(Src->Width, Src->Height, Src->Depth, 1, &Cr);if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = IS_CreateMatrix(Src->Width, Src->Height, Src->Depth, 1, &YY);if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = RGBToYCbCr(Src, Y, Cb, Cr); // 第一步: 将RGB转换到YCbCr空间if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;int SpaceError = 10 + DenoiseLevel * DenoiseLevel * 5;Ret = LeeAdditvieNoiseFilter(Y, YY, max(Src->Width, Src->Height) * 0.02, SpaceError); // 第二步:对Y分量进行加性噪音的去除if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = Sharpen(YY, YY); // 第三步:对处理后的Y分量进行锐化if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;YCbCrToRGB(YY, Cb, Cr, Dest); // 第四步:将图像从YCbCr空间转换会RGB空间if (WhiteMethod == 0){for (int V = 0; V < 256; V++){// Table[V] = .........}}else if (WhiteMethod == 1){for(int V = 0; V < 256; V++){// Table[V] = ............}}Ret = Curve(Dest, Dest, Table, Table, Table); // 第五步:在RGB空间对磨皮后的图进行美白处理if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = GetRawSkinRegion(Src, Skin); // 第六步:分析图像大概的皮肤区域if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Ret = BlendImageWithMask(Src, Dest, Skin); // 第七步:对全局磨皮、美白后的图和原始图按照属于皮肤区域的程度进行混合if (Ret != IS_RET_OK) goto Done;Done:;IS_FreeMatrix(&Skin); // 注意释放内存IS_FreeMatrix(&Y);IS_FreeMatrix(&Cb);IS_FreeMatrix(&Cr);IS_FreeMatrix(&YY);IS_FreeMemory(Table);return IS_RET_OK; }
第五步的美白处理如果放在对亮度分量的处理过程中,图像整体会有所偏色,似乎有一种肤色红润的效果,但是对部分图像会感觉颜色不自然。
各部分耗时比例见下图,测试图像大小是500*600。
序号 |
函数名 |
用时(ms) |
百分比(%) |
备注 |
1 |
RGBToYCbCr |
2 |
10 |
|
2 |
LeeAdditvieNoiseFilter |
7 |
35 |
|
3 |
Sharpen |
2 |
10 |
|
4 |
YCbCrToRGB |
2 |
10 |
|
5 |
Curve |
1 |
5 |
|
6 |
GetRawSkinRegion |
4 |
20 |
|
7 |
BlendImageWithMask |
2 |
10 |
|
8 |
合计 |
20 |
100 |
各种效果比较如下:
原图 磨皮后的图
删除第三步后的图 删除第六第七步后的图
这个算法最大的优点是整个过程的任何函数都没有浮点计算,这对于某些硬件来说是很重要的,但是一个缺点是优化后的算法不能并行,在我的I3笔记本电脑上30W的像素处理时间20ms,完全能实现实时效果。
有兴趣的朋友可根据我的描述自己实现,测试程序: 快速磨皮。
可调参数如下界面所示:
****************************作者: laviewpbt 时间: 2015.7.27 联系QQ: 33184777 转载请保留本行信息**********************
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