王冬星，許有軍，王 健

(大慶師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶163712)

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，圖像處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的眾多領(lǐng)域。研究表明，人們所獲取的全部信息中，有70%以上來源于視覺。跟語音或文字信息相比，圖像包含的信息量更大、更直觀、更確切，具有更高的使用效率和更廣泛的適用性［1］。數(shù)字圖像處理目的一般包括三方面:①對(duì)圖像灰度作變換，增強(qiáng)有用信息，抑制無用信息，提高質(zhì)量，便于理解或計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理;②用特殊手段提取、分析圖像中的某種特定信息，便于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像作進(jìn)一步的分析，通常是模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺等的預(yù)處理;③圖像數(shù)據(jù)的壓縮，便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸［2］。本文首先對(duì)灰度變換等相關(guān)技術(shù)作了一些介紹，然后對(duì)浮雕算法和合成算法進(jìn)行了分析與實(shí)現(xiàn)，最后對(duì)工作進(jìn)行了總結(jié)。

1 相關(guān)技術(shù)介紹［3］

1.1 顏色模型

為更準(zhǔn)確定義和使用顏色，將顏色模型可分為硬件設(shè)備模型和彩色處理應(yīng)用模型，RGB 模型是硬件模型最普遍應(yīng)用的模型，HSI 模型是彩色處理最普遍的應(yīng)用模型。

1.1.1 RGB 模型

RGB 模型中的任何一種顏色都可用三維空間中的一個(gè)點(diǎn)來表示。每三個(gè)分量組成一個(gè)點(diǎn)，這三個(gè)分量表示該點(diǎn)顏色的藍(lán)、綠、紅三種亮度值，亮度值的范圍設(shè)定在［0，1］。

在立方體模型中，黑色代表原點(diǎn)的顏色，它們的分量都為零。白色代表著離遠(yuǎn)點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)，它們的分量都為1。在這兩個(gè)點(diǎn)的連線上分布著從黑到白的灰度值，這條線就被稱為灰色線。不同的顏色對(duì)應(yīng)著立方體內(nèi)不同的點(diǎn)。在立方體中(藍(lán)、綠、紅)三基色對(duì)應(yīng)著三個(gè)角。另外三個(gè)角對(duì)應(yīng)著另外三種色彩，即品紅、黃色、青色。

1.1.2 HSI 模型HSI 模型反映了人類的視覺系統(tǒng)觀察彩色的方式，HSI 模型常被用在藝術(shù)上。HSI 模型中每個(gè)英文字符都表示不同含義，H 的含義是色調(diào)(Hue)，S 的含義是飽和度(Saturation)，I 的含義是亮度(Intensity)。這個(gè)模型的建立需要滿足兩個(gè)要求:①分量與模型的色彩毫無關(guān)系;②H 和S 分量與人如何感受到顏色是密切相關(guān)。這兩個(gè)要求使得人們可以通過HSI 模型來感知彩色特性圖像處理方法。

HSI 模型可以由一個(gè)三維圓柱體表示。圓柱體空間的截面形成彩色環(huán)，用彩色環(huán)的角度表示色相，一般0°表示紅色，120°表示綠色，240°表示藍(lán)色;用彩色環(huán)的半徑表示飽和度，原點(diǎn)(圓心)飽和度為0，圓周上的飽和度為1。灰度陰影沿著軸線從底向上變化，由底部的黑變化成為頂部的白，亮度達(dá)到最大。三維圓柱體上頂面的圓周表示顏色的最大飽和度。

1.2 灰度變換

作圖時(shí)，常常因圖像生成系統(tǒng)的限制，造成對(duì)比度效果很差，使視覺效果十分的差，灰度變換可以改變這種弊端?；叶茸儞Q的方法分為三種:線性變換、非線性變換和分段線性變換，下面介紹其中的二種。

1.2.1 線性變換

線性變換可以使原始圖像f(x，y)的灰度范圍為［a，b］，擴(kuò)展至［c，d］，變換后的圖像為g(x，y)，其變換公式如式1。

若圖像灰度在0 ～Mf范圍內(nèi)，其中大部分像素的灰度級(jí)分布在區(qū)間［a，b］，很小部分的灰度級(jí)超出了此區(qū)間，可以改變?cè)鰪?qiáng)的效果，如式2 所示。

為使f(x，y)灰度的高端和低端的數(shù)值不變，利用式3 進(jìn)行變換。

其中a、b、c、d 這些分割點(diǎn)根據(jù)不同需要來確定。

1.2.2 分段線性變換

分段現(xiàn)性變換可以突出顯示感興趣的目標(biāo)，抑制相對(duì)沒有意義的灰度空間。如式4 所示。

2 浮雕算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 浮雕含義

在數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中圖像是由一個(gè)個(gè)像素組成的，每一個(gè)像素的顏色都是由R、G、B 三種基色經(jīng)過不同比例混合而成，浮雕的效果就是將圖像的變化部分突出顯示出來，而顏色相同的部分淡化處理。

2.2 算法設(shè)計(jì)

在VB 中實(shí)現(xiàn)浮雕算法，有3D 效果，會(huì)收到很好的視覺效應(yīng)。在算法實(shí)現(xiàn)時(shí)，只需取相鄰像素間的差值即可，若相鄰像素間差值太小，會(huì)變成黑色，因此通過加一個(gè)常量，給黑色圖區(qū)增加灰度［4］。圖像的浮雕處理的算法如式(5)。

式(5)中，G(i，j)為處理后圖像的像素值，f(i，j)為源圖像的像素值，f(i+1，j+1)為前一個(gè)相鄰像素的值。在此，常數(shù)取128，處理后圖像像素G(i，j)的紅、綠、藍(lán)分量值分別為:

其中，r1，g1，b1 分別為源圖像的像素f(i，j)的紅、綠、藍(lán)分量值;r2，g2，b2 分別為前一個(gè)相鄰像素f(i+1，j+1)的紅、綠、藍(lán)分量值，rr，gg，bb 分別為處理后圖像像素G(i，j)的紅、綠、藍(lán)分量值。

用VB 編程實(shí)現(xiàn)浮雕算法的過程如下:

其中，xx，yy 為坐標(biāo)值，r，g，b 為顏色分量值，Rx1，Rx2，Ry1，Ry2 分別為圖像坐標(biāo)的和終點(diǎn)。用兩重循環(huán)，分別對(duì)紅R、綠G、藍(lán)B 三個(gè)顏色的分量指進(jìn)行改變，返回值為函數(shù)設(shè)置像素的RGB 顏色值。算法實(shí)現(xiàn)的效果如圖1和圖2所示，其中圖1為原始圖，經(jīng)本算法處理后其效果如圖2所示。

圖1 原始圖

圖2 效果圖

3 合成算法分析與實(shí)現(xiàn)

3.1 合成的含義

合成主要指把兩個(gè)或兩個(gè)以上圖像通過處理，疊加、組合在一起，創(chuàng)作出新的圖像效果;通過對(duì)原始素材的處理，使之產(chǎn)生新的藝術(shù)效果。

3.2 合成疊加算法

本算法只是將兩幅圖像簡單的疊加生成新圖像，因此所選背景圖較大，前景圖較小，然后利用本算法將前景圖放置到背景圖中。假設(shè)前景圖為Pic1，背景圖為Pic2，合成算法如下:

其中＆H8800C6 表示用與運(yùn)算合并目標(biāo)像素與源位圖像素，不可缺省，其他寬度和高度等選項(xiàng)可以缺省。合成效果如圖5所示，其中前景圖如圖3所示，背景圖如圖4所示。

圖3 前景圖

圖4 背景圖

圖5 合成效果圖

4 結(jié)語

文中介紹了一些數(shù)字圖像處理的相關(guān)技術(shù)，然后利用VB 環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中對(duì)浮雕算法和合成算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)時(shí)主要偏重于處理過程的顯示，因此沒有采用精度較高的算法，以后工作中可以采用一些加速算法，縮短處理時(shí)間，為相關(guān)工作提供借鑒。

［1］張秀榮，孟和達(dá)來.數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)與研究［J］.湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34(6):35-39.

［2］彭作華.數(shù)字圖像處理教學(xué)演示程序設(shè)計(jì)［J］.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，7(4):33-34.

［3］何東健.數(shù)字圖像處理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2005:30-31，61-63.

［4］吐熱尼古麗·阿木提.基于VB 的數(shù)字圖像處理方法研究［J］.新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，25(1):41-44.