一種圖像變體藝術扭曲圖的求取方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于圖像信息處理領域，具體涉及一種圖像變體藝術扭曲圖的求取方法。
【背景技術】
[0002] 圖像變體技術，是指一種繪制扭曲圖的繪畫藝術。觀看者欣賞變體圖像時，需要位 于特定的位置，并且借助特殊的反光介質才能看到具有正常物象的圖像。圖像變體一詞源 于英文"Anamorphosis"，意為"改變形象"。因此，圖像變體技術主要是指改變圖像形象，使 其從一般的方式看，圖中的物象呈現扭曲狀。只有從特定的角度看，并且借助特殊的反光媒 介觀察，圖中的物象才回歸正常。
[0003]圖像變體藝術具有廣泛的應用前景和商業價值。例如，丹麥設計師Frank Kerdil 即利用圓柱變體的藝術視覺效果設計出"倒影咖啡杯"這一兼具實用性與藝術性的日用產 品。該產品由一只光潔的不銹鋼杯子（相當于圓柱鏡面）和印有優美字體或圖案的白瓷碟 (相當于圖像變體扭曲圖）組成，當杯子放在碟子上時，白瓷碟上的這些字體或圖案就會影 射到不銹鋼杯身上。此外，圖像變體藝術在兒童玩具領域也得到了應用。如Myrna Hoffman 公司自1993年以來就開始為兒童設計圖像變體藝術玩具，例如由Hoffman所開發的名為 "Morph-0-Scopes"的玩具產品就曾多次榮獲全國性的玩具設計大獎。
[0004] 傳統圖像變體藝術扭曲圖的制作方法是由設計師、藝術家將反光圓柱或圓錐等類 似反光媒介擺放在白紙上，依據他們多年訓練培養出來的獨到的藝術眼光，將自己所構思 的藝術形象對照著擺放的反光媒介逐個點地描繪出來。這種創作方式不僅費時、費力，而且 要求繪畫者本身具有一定的藝術功底，才能有的放矢地繪好各個點。此外，正是由于手工繪 制扭曲圖的工序較為繁瑣、復雜，因此目前市面上出現的利用圖像變體技術設計的產品往 往是諸如線條圖、文字之類的簡單、單一的圖案。若是能設計出自動將原輸入圖像轉化為圖 像變體藝術扭曲圖的圖像處理算法，以便對于任意的2D圖像（如照片等相對較為復雜的圖 像）均可自動轉化為其對應的扭曲圖，即可在給設計師、藝術家提供方便、快捷的扭曲圖輔 助制作工具的同時，也能讓沒有任何繪畫基礎的普通人創作出具有較好視覺效果的圖像變 體藝術扭曲圖。
[0005] 在此背景下，研究一種既成本代價小、普適性好，又能自動地將原圖像轉換為其對 應的圖像變體藝術扭曲圖的方法來可以大大提升產品生產力，革新現有技術水平，具有重 要的研究意義。同時，該方法在家居裝飾設計、動感相冊的制作、裝飾藝術品的開發、以及將 來的網絡商品瀏覽、遠程多人視頻會議等方面也具有重要的應用價值。

【發明內容】

[0006] 本發明所要解決的技術問題是提供一種圖像變體藝術扭曲圖的求取方法，克服現 有技術主要依靠手工繪制圖像變體扭曲圖所導致的耗時費力問題，從而更快、更便捷地開 發出更多的圖像變體扭曲圖作品。
[0007] -種圖像變體藝術扭曲圖的求取方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟A :依據待展示在反光媒介上的原圖像大小MXN和反光媒介的半徑，確定變 體扭曲圖尺寸；
[0009] 其中，M為原圖像的高，N為原圖像的寬；
[0010] 步驟B :以反光媒介中心為原點構建極坐標系，將變體扭曲圖上的任意一點的坐 標采用極坐標表示為（i, j);
[0011] 步驟C :根據空間坐標變換，構建坐標對應關系；
[0012] 構建變體扭曲圖上任意一點的極坐標（i，j)與扭曲圖直角坐標（sx，s y)之間的對 應關系；
[0013] 構建變體扭曲圖上任意一點的極坐標（i，j)與待展示在反光媒介上的原圖像上 任意一點的原圖像直角坐標（u x，uy)之間的對應關系；
[0014] 其中，所述扭曲圖直角坐標（sx，sy)所在的直角坐標系是以步驟A確定的變體扭曲 圖的左上角作為原點構建，得到的扭曲圖直角坐標系；
[0015] 所述原圖像直角坐標（ux，uy)所在的直角坐標系是以待展示在反光媒介上的原圖 像的左上角為原點，得到的原圖像直角坐標系；
[0016] 步驟D :根據坐標對應關系，將原圖像各點的像素值I (ux, uy)賦值到變體扭曲圖上 對應的各像素點上，得到變體扭曲圖I_(sx, sy)。
[0017] 對獲得的變體扭曲圖中每個像素點（sx，sy)的八鄰域像素點的像素值均采用與 (s x，sy)對應的像素值I (ux，uy)進行賦值。
[0018] 【即按照以下公式進行像素填補：
[0019] Inew(sx±l，sy±l) = I (ux，uy)
[0020] Inew(sx± 1，sy) = I (ux，uy)
[0021] Inew(sx，sy±l) = I (ux，uy) 〇】
[0022] 所述反光媒介包括圓柱體和圓錐體。
[0023] 所述反光媒介為圓柱體時，設定圓柱體半徑為R，則變體扭曲圖的尺寸為 mrowsXncols, mrows = ncols = 2X (R+M)；
[0024] 所述扭曲圖直角坐標的表達式為：
[0025] 所述原圖像直角坐標的表達式為：
[0026] 其中，極坐標（i，j)的取值范圍為：i G [R+1，R+M:口為向 上取整函數，sx的取值范圍為[1，mrows]，sy的取值范圍為[1，ncols];
[0027] Deg表示變體扭曲圖上設定的扇形展開角度。
[0028] 所述反光媒介為圓錐時，設定圓錐半徑為R，錐角0，則變體扭曲圖的尺寸為 2r X 2r, r = R+R/sin (( 0 /2) X (jt/180))；
[0029] 所述扭曲圖直角坐標的表達式為z'xsin(y)]，^=「r-/xcos〇)];
[0030] 所述原圖像直角坐標的表達式為：i
[0031]
[0032] 其中，極坐標（i，j)的取值范圍為：i G [R+l，r]，j G [l，2Jii] ;「?]為向上取整 函數，sJP s ￥的取值范圍均為[1，2r];
[0033] 圓錐形反光媒介上投影所能顯示原輸入圖像的大小是以原圖像中心為原點，半徑 為L的圓，且L= Len/2,Len表示原輸入圖像高和寬中的最小值，即Len= min(M,N);
[0034] y表示為扭曲圖中任意一點到圓錐中心的連線與水平方向的夾角，;/ = .1.
[0035]當M彡N時，^的取值范圍在為[(Len _-Len) /2+1，（Ler^+Len) /2]，\的取值范 圍為[1，Len];
[0036] 當M〈N時，取值范圍在為[1，Len]，u y的取值范圍為[(Len _-Len) /2+1，（Len max+Len)/2]；
[0037]Lenmax為 M和 N 中的最大值，即 Lenmax= max(M,N)〇
[0038] 有益效果
[0039] 本發明提供了一種圖像變體藝術扭曲圖的求取方法，包括如下步驟：步驟A:初始 化圖像變體扭曲圖大小；步驟B:采用以圓柱或圓錐中心為原點的極坐標系表示圖像變體 扭曲圖上任意一點坐標，并確定上述任意一點的坐標與圖像變體扭曲圖圖像坐標系的對應 關系，同時建立上述任意一點的坐標與原輸入圖像像素點坐標之間的關系。在此基礎上， 將原輸入圖像各點的像素值賦值給圖像變體扭曲圖的相關像素點；步驟C:對圖像變體扭 曲圖中缺失的像素進行填補。該方法主要通過空間坐標變換關系，得到扭曲圖像與原圖像 (反光媒介顯示圖像）像素坐標點的對應關系，將原輸入圖像的像素點賦值給相應的扭曲 圖像素，從而得到扭曲圖。通過大量實驗后，實驗結果表明采用本發明方法不僅用戶參與 少，而且可以獲得具有較好視覺效果的圖像變體扭曲圖。
[0040] 本發明方法通過空間坐標變換簡單有效的解決了已有扭曲圖獲取方法大多需要 人工手動繪制導致的耗時費力問題，從而實現了圖像變體扭曲圖求取的自動性、實時性，可 廣泛應用于藝術品包裝設計、動感相冊、兒童繪畫玩具、網絡商品的全息3D瀏覽、以及將來 的遠程多人視頻會議等諸多領域。該方法運算速度快，投影獲得的視覺效果顯著，不僅成本 代價低，而且具有很好的通用性。
【附圖說明】
[0041] 圖1為本發明的流程圖；
[0042] 圖2為本發明獲取圓柱變體扭曲圖的坐標變換示意圖；
[0043] 圖3為本發明獲取圓維變體扭曲圖的坐標變換不意圖；
[0044] 圖4為不同參數（圓柱半徑R和扭曲圖中扇形展開角度Deg)取值下的圓柱變體 扭曲圖求取結果；其中，圖a的參數值為R = 50和Deg = 220,圖b的參數值為R = 200和 Deg = 220,圖c的參數值為R = 400和Deg = 220,圖d的參數值為R = 200和Deg = 200， 圖d的參數值為R = 200和Deg = 220,圖f的參數值為R = 200和Deg = 240 ;
[0045] 圖5為不同參數（圓錐半徑R和錐角0 )取值下的圓錐變體扭曲圖求取結果；其 中，圖a的參數值為R = 50和0 = 10,圖b的參數值為R = 50和0 = 20,圖c的參數值 為R = 50和0 = 30,圖d的參數值為R = 30和0 = 30,圖e的參數值為R = 80和0 =30,圖f的參數值為R = 200和0 = 30 ;
[0046] 圖6為實施例1的各步驟的處理效果圖；其中，圖a為原始輸入圖像，圖b為所求 取的圓柱變體扭曲圖，圖c為本發明方法的在圓柱形反光柱上的投影效果圖；
[0047] 圖7為實施例2的各步驟的處理效果圖；其中，圖a為原始輸入圖像，圖b為所求 取的圓錐變體扭曲圖，圖c為本發明方法的在圓錐形反光媒介上的投影效果圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0049] 實施例1 :
[0050] 本實施例是針對圓柱變體扭曲圖的獲取，如圖1所示，從原輸入圖像獲取其對應 的圓柱變體扭曲圖按如下三個步驟進行：
[0051] 步驟A :初始化圓柱變體扭曲圖的大小；
[0052] 對原輸入圖像（圖6a)進行圓柱變體扭曲圖的求取，該圖大小為800X500,即M、 N的取值分別為500和800。設置圓柱形反光柱的半徑R為300,則此圖像所對應的圓柱變 體扭曲圖的大小將初始化為（2X (R+M)) X (2X (R+M)) = 1600X1600。
[0053] 通過坐標變換獲得扭曲圖中各像素點與原輸入圖像上各像素點的對應關系是如 圖1所示的扭曲圖求取流程中的第二步，也是最為關鍵的一步，具體坐標變換示意圖，如圖 2所示，包括以下步驟：
[0054] 步驟B1 :本實例中圓柱變體扭曲圖上扇形的展開角度Deg設置為220,則采用極坐 標方式所表示的圓柱變體扭曲圖上任意一點坐標（i，j)的取值范圍按下式確定：
[0055]
[0056] 其中，圓柱反光柱的半徑R和扭曲圖展開角度Deg的