圖像和視頻的便捷摳圖技術(shù)研究.pdf

1、摳圖(matting)是圖像和視頻處理的一項重要的技術(shù),在醫(yī)療診斷、電影特效和家庭娛樂中,獲得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的數(shù)字摳圖方法要求用戶在原始圖像上交互地指出確定的前景區(qū)域、確定的背景區(qū)域和不確定區(qū)域,作為初始的輸入信息。這種初始信息輸入圖稱為三分圖(trimap),摳圖算法在三分圖的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。因此,三分圖制作的質(zhì)量將直接影響到最終的摳圖結(jié)果。然而,手工制作一張合適的三分圖需要大量的交互。對于一張復(fù)雜的圖像,例如蜘蛛網(wǎng)等,制作一張最

2、優(yōu)的三分圖則更加困難。如果對于一段視頻序列,也逐幀地手工制作三分圖,工作量更是難以想像。 本文面向電影特效和家庭娛樂等應(yīng)用領(lǐng)域,對圖像和視頻的便捷摳圖技術(shù)展開研究,既要減少用戶的交互量,又要保證高質(zhì)量的摳圖結(jié)果。為此,本文在如下一些方而進行了研究和探索。一、研究便捷的交互方式,使得用戶從繁瑣的三分圖的制作過程中解脫出來：二、探索便捷的局部修改技術(shù),使得用戶可以方便地對摳圖結(jié)果進行局部校正；三、研究便捷的視頻摳圖技術(shù),從大尺度的視

3、頻數(shù)據(jù)中方便快速地提取出移動的前景α圖(matte)和前景目標。更為重要的是,保持視頻摳圖的時空一致性。 基于上述目標,本文的主要內(nèi)容如下： 第一章介紹圖像和視頻摳圖的意義及摳圖技術(shù)的演化和發(fā)展。對摳圖的相關(guān)工作進行了闡述,并對其不足之處進行討論。隨后,揭示了圖像和視頻摳圖的難點,引出本文的研究目標和文章組織。 第二章提出了基于線條的便捷圖像摳圖系統(tǒng)。采用基于線條的便捷交互方式和迭代的能量最小化系統(tǒng)框架,提取出了

4、高質(zhì)量的前景α圖和前景目標。并進-步提出局部便捷摳圖技術(shù),對全局便捷摳圖結(jié)果進行局部精細。更為重要的是,由于存在狄立克萊邊界條件,局部修改結(jié)果可以無縫地嵌入全局摳圖中,不會產(chǎn)生視覺跳躍。 第三章將便捷圖像摳取算法擴展到視頻摳圖,提出了基于馬爾可夫鏈的視頻摳圖算法。將視頻序列分割成具有相互關(guān)系的視頻幀對,構(gòu)建三維的能量函數(shù)對幀對進行優(yōu)化。用戶只需在關(guān)鍵幀上指定少量的前景和背景線條,系統(tǒng)即可自動快速地提取出整段視頻的前景α圖。并保持