基于相关模型的彩色图像编码与图像的3D建模研究

论文摘要

随着信息社会的高速发展,数字彩色图像作为最重要的的信息资源之一,在各个领域被越来越广泛地使用。数字彩色图像已经成为信息社会不可或缺的信息资源。五彩缤纷的真实感彩色图像能给人们带来更贴切、更真实、更愉悦的信息。当今社会对数字彩色图像的需求以迅猛的速度和惊人的数量在增长,怎样快速、实时、高效而又清晰地传送和存储数字彩色图像,是促进计算机网络通信技术和多媒体技术发展的关键。基于平面数字图像(包括彩色图像)的矢量化与3D建模型研究,对促进现代化制造技术,如数字化艺术雕刻、3D喷绘和3D激光加工等技术等的发展与推广应用有着极其重要的意义,是实现智能化和敏捷化制造的关键技术之一。本文对彩色图像编码方法、彩色图像编码质量的评价和图像(包括彩色图像)的矢量化与3D建模等问题进行了研究。本文研究工作的主要内容有以下几个方面:(1)对图像(彩色图像)的压缩编码技术和建模技术的研究历程、现状和发展趋势,以及存在的问题进行了综述。并提出了本文的研究思路。(2)通过对常用色彩模型和新建色彩模型彩色图像的大量实验和深入分析,证实RGB色彩模型三个色彩分量之间存在着密切的相关性,如纹理相关、梯度相关、边缘相关、象素值及象素分布结构特征相关等,并建立了色彩分量的相关函数模型。提出基于色彩分量相关模型,利用相关向量或相关系数结合JPEG2000的彩色图像混合编码方法;该方法将彩色图像3个色彩分量之一用JPEG2000进行编码,而对另两个色彩分量的编码则是对少量相关向量或相关系数的编码。提出建立色彩相关模板的彩色人头图像压缩编码方法,该方法通过对彩色人头图像的特征分析,采用一种针对性强的而又简洁的算法,较精确地提取彩色人头图像的面部特征区域;将面部特征区域和背景区域细分为4次级个特征区域,建立它们各自色彩分量之间的相关模板或公共模板,实现对彩色人头图像的分级编码。(3)提出一种基于二次Bezier曲面的彩色图像编码方法。该方法融合计算机图形与数字图像处理技术,通过对图像的像素值及分布结构特征进行分析,按照一定的规则选择、计算和组合图像区域块的象素值与位置参数,作为用二次Bezier曲面构建图像曲面模型的特征参数来实现对图像的编码,并将该方法应用于彩色图像的编码。同时对基于二次Bezier曲面的图像建模方法,及在数字化雕刻技术中的应用进行了研讨。对本文的编码方法与一些现有编码方法的实验结果进行了综合分析和对比。并提出一种融合人眼视觉特性的彩色图像编码质量评价方法,建立了相关评价模型。(4)提出一种针对手绘复杂雕刻图像的矢量化方法。采用一种自适应算法提取图像区域边缘轮廓,利用分段三次Bezier曲线实现分段曲线拟合,并实现光滑连接。提出一种基于平面复杂雕刻图像或图形的复杂雕刻型面一体化3D建模方法。采用扫描分析算法、正态分布函数和距离函数创建雕刻模型轨迹。并提出建模过程中,分层建模、模型合成和模型插值等的实现方法。本文提出的彩色图像编码方法,具有编(解)码速度快的特点,实验结果表明,该方法不仅提高了编码效率,还能获得高的压缩比和满意的重构图像信噪比与视觉效果,尤其适合于中低信噪比的彩色图像编码场合。建立色彩相关模板的彩色人头图像编码方法,能够突出彩色人头图像面部特征的编码质量,大大提高彩色人头图像编码效率和压缩比。本文提出图像的矢量化方法,能实现对传统手绘复杂雕刻图像有效矢量化处理,并具有算法复杂度较低、矢量化效果较好等优势,这为实现数字化平面艺术雕刻以及后续3D建模提供了技术条件。本文提出的复杂雕刻型面的一体化3D建模方法,使复杂的雕刻型面的建模更具智能化和敏捷化,能够一次性完成一个复杂雕刻型面的建模,为实现基于平面复杂雕刻花纹图像或图形的一体化3D建模,提供了一种有效途径,具有较广泛的实用性。研究成果被应用于生产实践中,取得较好得社会和经济效益。本文通过大量的实验数据、效果图片、客观分析和实践应用,验证了本文研究方法和结果的优势与存在的不足。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 图像压缩编码技术的研究现状及进展
• 1.2.1 图像压缩编码技术发展历程
• 1.2.2 图像压缩编码技术的研究
• 1.2.3 彩色图像压缩编码技术的研究
• 1.3 图像的矢量化与3D建模技术研究
• 1.3.1 图像矢量化研究现状
• 1.3.2 基于2D图形的3D建模技术研究现状
• 1.4 本文的研究意义
• 1.4.1 彩色图像编码研究意义
• 1.4.2 复杂雕刻型面一体化3D建模研究意义
• 第二章 色彩模型与可编码特性分析
• 2.1 数字色彩与色彩模型
• 2.1.1 数字色彩的起源
• 2.1.2 RGB色彩模型
• 2.1.3 数字彩色图像成像原理
• 2.1.4 其它常用彩模型与模型转换
• 2.2 色彩模型与彩色图像编码
• 2.2.1 常用色彩模型的可编码特性分析
• 2.2.2 RGB彩模型可编码特性分析
• 2.3 色彩分量相关模型的建立
• 第三章 基于色彩分量相关模型的彩色图像编码
• 3.1 基于相关向量的彩色图像编码
• 3.1.1 图像区域的分割
• 3.1.2 相关向量的计算
• 3.1.3 相关向量的算术编码
• 3.1.4 图像的解码
• 3.2 基于相关系数彩色图像编码
• 3.2.1 图像子块的分割
• 3.2.2 相关系数的计算
• 3.2.3 相关系数的编码
• 3.2.4 图像的解码
• 3.3 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 建立彩分量相关模板的彩色人头图像编码
• 4.1 引言
• 4.2 面部特征的提取
• 4.2.1 图像的预处理
• 4.2.2 面部特征区域的定位
• 4.2.3 面部特征区域的轮廓提取
• 4.3 彩色人头图像的分级编码
• 4.3.1 相关模板的建立
• 4.3.2 相关模板与色彩分量G的编解码
• 4.2.3 彩色人头图像公共相关模板的应用
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结论
• 第五章 基于二次Bezier曲面的图像编码与3D建模
• 5.1 基于二次Bezier曲面的图像编码
• 5.1.1 图像与曲面的关系
• 5.1.2 构建图像的二次Bezier曲面
• 5.1.3 图像的分割与控制点的编码
• 5.1.4 图像的解码与实验结果
• 5.2 基于二次Bezier曲面的彩色图像编码
• 5.3 基于图像的二次Bezier曲面的建模与应用
• 5.3.1 基于图像的3D建模
• 5.3.2 图像的二次Bezier曲面模型在数字雕刻中的应用
• 5.4 本章小结
• 第六章 彩色图象编码结果综合分析与质量评价
• 6.1 彩色图象编码方法实验结果综合分析
• 6.1.1 几种编码方法实验结果的分析对比
• 6.1.2 本文编码方法的特点与分析
• 6.2 彩色图像编码质量的评价方法
• 6.2.1 灰度失真度计算
• 6.2.2 边缘失真度计算
• 6.2.3 不相关度计算
• 6.2.4 其它影响彩色图像编码质量的因素分析
• 6.2.5 综合评价方法
• 6.3 彩色图像编码质量评价实验
• 6.3.1 与传统评价方法的比较
• 6.3.2 对不同编码方法实验结果的评价
• 第七章 基于三次Bezier曲线的雕刻图像矢量化
• 7.1 引言
• 7.2 图像的预处理
• 7.3 图像的边界提取与轮廓线分段
• 7.3.1 图像的边界提取与细化处理
• 7.3.2 图像轮廓线的分段
• 7.4 图像的矢量化过程
• 7.4.1 Bezier曲线控制点的定位
• 7.4.2 分段拟合与光滑连接
• 7.4.3 矢量化数据的交换
• 7.5 本章小结
• 第八章 复杂雕刻型面的一体化3D建模
• 8.1 引言
• 8.2 建模算法
• 8.2.1 2D雕刻花纹图像的优化
• 8.2.2 中点的计算与模型数据矩阵的构建
• 8.3.3 分层建模
• 8.3.4 模型的合成与插值
• 8.3 实验结果
• 8.4 本章小结论
• 研究总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果