基于數字圖像處理的圖像風格轉換系統

魏潤國++胡東升++禹舜++郭思奎

摘 要 隨著數字圖像處理的發展，圖像風格轉換已成為當前圖像處理的焦點之一。文中介紹的系統是基于數字圖像處理的圖像風格轉換系統。系統是由MATLAB圖像處理工具箱和GUI圖形用戶界面組成的，該系統可以實現圖像風格的轉換，而且具有良好的視覺效果。系統有兩種工作模式，一種模式是直接處理圖片文件進行風格轉換，另一種模式是調用攝像頭實時拍照進行風格轉換。該系統可以完成素描風格轉換、油畫風格轉換、霧化風格轉換、浮雕風格轉換、黑白風格轉換、馬賽克效果、哈哈鏡效果、截取圖片細節等一系列的功能。同時，可以根據用戶的需求，利用MATLAB本身的圖像處理工具箱進行修改。

【關鍵詞】數字圖像處理 MATLABGUI系統 風格轉換

1 引言

近年來，智能手機的普遍使用使拍照變得更方便，而照片更能體現一個人的外在形象，一張優美的照片給人以感官的沖擊與享受。圖像風格轉換的話題經久不衰，將圖像加入不同的風格。目前，的技術有局限性，只能處理特定的場景和變換，同時，在圖像的處理過程中易出現圖像局部扭曲、風格溢出、圖像與風格無法匹配等問題。圖像處理技術中的圖像風格轉換可以通過對圖像進行背景的風格轉換以達到自己想要的效果，而該基于數字圖像處理的圖像風格轉換系統的主要目標是實現選取或拍攝照片后，與想要轉換的風格進行結合轉換后輸出。而該系統的創新為實現更豐富的圖像在內容上精確地轉換成參考風格提供可能，其中利用MATLAB進行數字圖像處理；通過圖像處理算法，完成顏色、線條、光線等的處理；該系統是基于MATLAB開發的GUI應用程序，主要用于圖像的風格轉換。操作過程中分為 兩個模式，一個輸入圖像； 另外一個是即時拍照，即時拍照讀取進行風格轉換的功能。

2 系統的設計

2.1 系統設計的出發點

隨著數字圖像處理技術的發展，應用領域也更加廣泛。設計本系統的出發點是基于GUI。用戶在使用的時候，并不需要了解所執行的操作執行的，而是根據界面上的功能就能得到用戶想要的風格。本系統為學習數字圖像處理技術提供了一個良好的平臺，對初學者而言更加明顯，數字圖像處理的基本知識剛被其接觸，對于其了解不夠深入，在計算機上進行編程仿真的難度很大。因此，本系統的設計可以給他們提供很大的幫助。

2.2 設計的總體方案

本系統利用 MATLAB中的 GUI平臺，設計了一個合理且可視化的操作界面，后界面中的功能進行回調函數的編寫，從而完成各個功能的設計，完成編寫后，形成了一個圖像處理系統。該系統具有的功能是人性化且實用的，而且還是一些操作簡單的功能。系統設計的總體方案如圖1所示。

3 風格算法介紹

3.1 素描風格算法介紹

素描風格算法的原理是是用函數檢測輸入圖像的邊緣，得到RGB向量空間的梯度，進而觀察其直方圖。從直方圖中可以看出大部分像素值都集中于靠近白色周圍，因此對它做一個灰度變換。

3.2 明亮風格算法介紹

明亮風格算法的基本原理是利用HIS模型增加色調來達到效果的實現。HSI模型的建立基于兩個方面：第一個，分量與圖像的彩色信息無關；第二個，H和S分量與人感受顏色的方式是緊密相聯的。

4 主要的模塊設計

4.1 文件模塊

選擇文件模塊，可以選擇不同格式的文件進行處理，選擇不同的轉換風格。具體代碼如下：

functionxuanze_Callback（hObject， eventdata， handles）

% hObject handle to xuanze （see GCBO）

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data （see GUIDATA）

global X；

global Y；

[filename， pathname] = uigetfile（...

{ '*jpg；*.jpeg；*.jpe'，'JPEG-文件（*jpg；*.jpeg；*.jpe）'；

'*.tif；*.tiff'，'標記圖像文件格式（*.tif，*.tiff）'；...

'*.gif'，'CompurseveGIF（*.gif）'；...

'*.png'，'便攜式網絡圖形（*.png）'；...

'*.bmp；*.dib；*.rle'，'便攜式網絡圖形（*.bmp，*.dib，*.rle）'；...

'*.jng'，'JPEG-網絡圖形（*.jng）'；...

'*.pbm'，'Portable 位圖（*.pbm）'；...

'*.wbmp'，'WAP 位圖（*.wbmp）'；...

'*.ico'，'Windows圖標（*.ico）'；...

'*.emf'，'增強圖元文件（*.emf）'；...

'*.wmf'，'Windows圖元文件（*.wmf）'；...

'*.tga'，'TrueVisionTarga（*.tga）'；...

'*.pcx；*.pcc'，'ZSoftPaintbrush（*.pcx，*.pcc）'；...

'*.*'，'All Files（*.*）'}，...

'選擇文件'）；

pathfile=fullfile（pathname， filename）； %獲得圖片路徑endprint

set（handles.lujing，'String'，pathfile）；

X=imread（pathfile）；

Y=imread（pathfile）；

guidata（hObject，handles）；

4.2 操作模塊

操作模塊主要有主界面的顯示，及其子模塊構成。系統主界面有四個按鈕，分別是進入、制作團隊、修改建議、退出四個按鈕。點擊主界面的進入按鈕，會彈出模式選擇界面，會提示你選擇兩種模式，一種是選擇圖片進行處理模式，另一種是即時拍照進行處理模式。其中選擇圖片進行處理模式如圖2所示，即時拍照進行處理模式如圖3所示。

4.3 風格轉換模塊

根據不同的轉換算法，利用MATLAB中的回調函數進行編輯，最后利用GUI界面對其進行包裝，以便更好地操作。

以下是不同風格的處理結果，如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

5 結論

通過上面幾種圖像風格功能的介紹，可以看出該系統不僅有強大包容性，而且有著強大的算法作為后盾以保證圖片在處理過程中的最大不失真。從人性化的角度來看，該系統不僅可以實現圖像風格的自動轉換，而且還可以手動操作對圖像進行操作和處理，以彌補系統不能對圖像本身進行人格化處理的不足。該系統還具有一定的特效能力，如馬賽克效果、切圖、哈哈鏡效果、添加文字等功能，該功能考慮到人們日常生活的樂趣，可根據使用者的心理自由變換。該系統操作簡便，符合大多數人的操作習慣，可處理的圖片格式多樣，有利于該系統在人群中的傳播和推廣。

參考文獻

[1]郭思夢，張培玲.基于Matlab GUI的語音信號去噪處理[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2017（05）：147-148.

[2]喻曉，夏澎.基于Qt的便攜式心電監護儀GUI應用軟件設計[J].計算機系統應用，2017，26（05）：221-226.

[3]李寶方，邢玉清.基于MATLAB GUI的數字圖像處理仿真系統設計[J].計算機與數字工程，2014，42（11）：2177-2180.

[4]薛媛.基于Matlab的數字水印系統的GUI設計[J].電子設計工程，2014，22（15）：101-104.

[5]李磊.基于MATLAB GUI的數字圖像處理系統設計[D].成都理工大學，2012.

[6]岡薩雷斯，阮秋琦譯.數字圖像處理（Matlab版）（第二版）（本科教學版）[M].北京：電子工業出版社，2014.

[7]楊紅儒.彩色圖像融合技術研究[D].山東大學，2006.

作者單位

西藏大學工學院電子信息系 西藏自治區拉薩市 850000endprint