1、 延 边 大 学（ 本 科 毕 业 论 文本 科 毕 业 设 计题 目 ： 基 于 算 子 的 彩 图 转 素 描 画 算 法 研 究学 生 姓 名 ： 谭 鑫学 院 ： 经 济 管 理 学 院专 业 ： 信 息 管 理 与 信 息 系 统班 级 ： 2008 级指 导 教 师 ： 崔 基 哲 副 教 授学校代码： 10184学 号： 2084030399延边大学本科毕业论文二 一 二 年 五 月 延边大学本科毕业论文摘 要本文介绍了基于算子的彩图转素描画的算法研究，并对五种常用算子:sobel 算子、roberts 算子、prewitt 算子、Canny 算子、LoG 算子进行了描述和公式的
2、介绍，给出了五种算子应用在图像处理中的效果图，使人们能够更直观的看出五种常用算子在图像处理的应用中的对比效果，并对灰度图像进行了伪彩色效果处理，给出了一种根据彩色图像转换铅笔画效果的算法。首先选取一张彩色图片进行图像 RGB 分割；然后将得到的图像进行五种常用算子的边缘检测，将边缘检测后的图像进行效果叠加，得到一个新图像；最后，将新图像矩阵中的数字改变为铅笔颜色所代表的数字，得到铅笔画效果。试验结果表明，通过本文的方法可以使彩色图像转换成铅笔画效果。关键词：MATLAB、算法、算子、铅笔画。延边大学本科毕业论文AbstractThis article introduced based on t
3、he operators color to prime painted algorithm, and five kinds of commonly used operator: Sobel operator, Roberts operator, Prewitt operator, Canny operator, LoG operator are described and the formula of the introduction, has given five operator is applied in image processing effect, so that people c
4、an be more intuitive to see five kinds of commonly used operator in image processing applications in contrast effect, and the gray-scale image pseudo color processing effect, gives a pencil drawings according to color image conversion algorithm.First select a color image RGB segmentation; and the ob
5、tained images of five kinds of commonly used edge detection, edge detection of the image after effect, get a new image; finally, the new image matrix digitally altered to pencil represents the number of colors, from pencil drawings.The test results show that, this method can make the color image is
6、converted into a pencil drawings.Key words: MATLAB, algorithm, operator, pencil drawing.延边大学本科毕业论文目 录引 言 .1第一章： 彩图转铅笔画算法理论背景 .21.1 多种图形图像处理方法生成铅笔画 .21.2 通过 USM 锐化也可生成铅笔画6 .21.2.1 USM 锐化处理 .21.2.2 用线积分卷积（LIC）产生铅笔画的纹理 .21.2.3 算子理论 .21.2.4 边缘检测算子 .2第二章:铅笔画在图像处理中的应用 .52.1 铅笔画概述 .52.2 在 MATLAB 实现铅笔画效果的条件
7、 .52.2.1 铅笔颜色7 .52.2.2 铅笔画（素描）特点 .52.2.3 调整图片线条颜色 .62.2.4 达到铅笔画效果 .6第三章:圆珠笔画在图像处理中的应用 .73.1 圆珠笔画概述 .73.2 在 MATLAB 实现圆珠笔画效果的条件 .73.2.1 圆珠笔颜色 .73.2.2 圆珠笔画特点 .73.2.3 调整图片线条颜色 .83.2.4 达到圆珠笔画效果 .9第四章：算子理论及其在图像锐化中的应用 .10算子的总结性介绍 .10边缘检测算子 .104.1 Roberts 边缘检测算子 .124.1.1 Roberts 算子公式 .124.1.2 Roberts 边缘检测算子
8、在图像处理中的应用效果图 .13延边大学本科毕业论文4.2 Prewitt 算子9 .134.2.1 Prewitt 算子公式 .134.2.2 Prewitt 算子在图像处理中的应用效果图 .144.3 Sobel 算子 .144.3.1 核心公式 .144.3.2 相关介绍 .154.3.3 Sobel 算子在图像处理中的应用效果图 .164.4 Canny 边缘检测算子 .164.4.1 Canny 算法的发展 .164.4.2 Canny 算法的步骤 .164.4.3 参数 .174.4.4 核心公式 .184.4.5 Canny 算子在图像处理中的应用效果图 .194.5 Lapla
9、cian of Gaussian 算法(拉普拉斯算子)10 .194.5.1 拉普拉斯算子定义 .194.5.2 推广 .20第五章：基于算子的算法开发 .215.1 RGB 图像分离成灰度图意义 .215.2 流程图 .215.3 RGB 图像分离效果图 .225.3.1 RGB 图像分离后进行 Sobel 算子应用效果图 .225.3.2 RGB 图像分离后进行 Prewitt 算子应用效果图 .235.3.3 RGB 图像分离后进行 Roberts 算子应用效果图 .235.3.4 RGB 图像分离后进行 Canny 算子应用效果图 .235.4 伪彩色处理的意义 .245.5 伪彩色处
10、理效果图 .245.6 MATLAB 中改变矩阵中数字的方法 .245.7 多种图像边缘检测叠加效果 .255.8 改变矩阵中数字使边缘检测中的线条变为铅笔颜色 .25结 论 .26参考文献 .27延边大学本科毕业论文附 录 .28谢 辞 .35延边大学本科毕业论文图表目录图 1 铅笔颜色 .5图 2 铅笔画效果图 .6图 3 圆珠笔画效果图 .9图 4 Roberts 算子图像处理 .13图 5 Prewitt 算子图像处理 .14图 6 Sobel 图像处理 .16图 7 Canny 算子图像处理 .19图 8 流程图 .21图 9 RGB 图像分离效果 .22图 10 RGB 图像分离
11、Sobel 算子效果 .22图 11 RGB 图像分离 Prewitt 算子效果 .23图 12 RGB 图像分离 Roberts 算子效果 .23图 13 RGB 图像分离 Canny 算子效果 .23图 14 灰度图转伪彩色图效果 .24图 15 铅笔画前期效果图 1 .25图 16 铅笔画前期效果图 2 .25表格 1 圆珠笔颜色表 .7延边大学本科毕业论文1引 言自 20 世纪 80 年代以来,非真实感图形学成为计算机图形学的一个非常重要的研究领域,国外许多研究人员撰写了大量的论文,国际会议开始设立专题专门讨论非真实感图形学(NPR)。迄今为止,已经有许多模拟传统艺术风格的技术被开发出
12、来,如钢笔画、油画、水彩画、铅笔画等。目前，已经有多种技术用来实现铅笔画的效果。一种早起的 2D 绘图系统 Pencil Sketch 是使用鼠标和一个虚拟桌面，让用户设定参数，如铅笔的硬度、使用铅笔时的压力、条纹的方向等，这种技术不能做到自动化，限制了其应用。Sousa 等使用电子显微镜扫描真实的铅笔画开发了一个铅笔画的产生模型。在这个模型中，当用户指定一些参数后，能把一张 2D 图片转换成一张铅笔画，在其开发的另一个模型中，通过指定参数值也可以把 3D 场景直接渲染成铅笔画。Takagi 和 Fujishiro 提出了一种彩色铅笔画的模型。本文运用 MATLAB 软件对图片进行图像分割、边
13、缘检测、效果叠加等图像处理工具，综合运用图像处理工具得到铅笔画效果，使图像的铅笔画效果更加真实。延边大学本科毕业论文2第一章： 彩图转铅笔画算法理论背景1.1 多种图形图像处理方法生成铅笔画自 20 世纪 80 年代以来,非真实感图形学成为计算机图形学的一个非常重要的研究领域,国外许多研究人员撰写了大量的论文,国际会议开始设立专题专门讨论非真实感图形学(NPR)。迄今为止,已经有许多模拟传统艺术风格的技术被开发出来,如钢笔画、油画 1、水彩画 2、铅笔画等。目前，已经有几种技术用来实现铅笔画的效果。一种早起的 2D 绘图系统 Pencil Sketch3是使用鼠标和一个虚拟桌面，让用户设定参数
14、，如铅笔的硬度、使用铅笔时的压力、条纹的方向等，这种技术不能做到自动化，限制了其应用。Sousa 等使用电子显微镜扫描真实的铅笔画开发了一个铅笔画的产生模型。在这个模型中，当用户指定一些参数后，能把一张 2D 图片转换成一张铅笔画，在其开发的另一个模型中，通过指定参数值也可以把 3D 场景直接渲染成铅笔画 4。Takagi 和 Fujishiro 提出了一种彩色铅笔画的模型 5。1.2 通过 USM 锐化也可生成铅笔画61.2.1 USM 锐化处理USM 处理的基本原理是先通过高斯滤波得到原始图像的一个平滑版本,然后在此基础上用原始图像减掉平滑的部分,达到对原始图像进行高通滤波的作用。1.2.
15、2 用线积分卷积（LIC）产生铅笔画的纹理进行色彩缩放处理，必须得到原图的白噪声图，白噪声图是一种以某种随机方式生成的黑白噪声图片，获取白噪声图以后进行图像分割，使其达到生成画所需的图形，确定局部纹理方向，使生成的铅笔画更加逼真，进行 LIC 处理，将图像分割后的图形进行叠加运算和透明处理，使其达到铅笔画的效果。1.2.3 算子理论边缘检测在图像处理与计算机视觉中占有特殊的位置,它是底层视觉处理中最重要的环节之一,也是实现基于边界的图像分割的基础。在图像中，边界表明一个特征区域的终结和另一个特征区域的开始，边界所分开区域的内部特征或属性是一致的，而不同区域内部的特征或属性是不同的，边缘的检测正是利用物体和背景在某种图像特性上的差异来实现的。这种差异包括灰度、颜色或者纹理特征。边缘检测实际上就是检测图像特性发生变化的位置。1.2.4 边缘检测算子函数导数反映图像灰度变化的显著程度，一阶导数的局部极大值和二阶导数的
