بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله یک روش جدید رنگ آمیزی تصاویر خاکستری ارائه شده است. این روش در دو مرحله، با استفاده از تجزیه درخت چهارتایی تصویر، و ترکیب وزن دار رنگهای مرجع بر اساس میزان فاصله، تصویر را رنگ آمیزی میکند. در این روش ابتدا تصویر با استفاده از تجزیه درخت چهارتایی، به نواحی همگن و غیر همگن تجزیه شده سپس در مرحله اول نواحی همگن و در مرحله دوم نواحی غیر همگن و نواحی مجاور لبهها رنگ آمیزی میشود. تجزیه تصویر به نواحی همگن و غیر همگن و رنگ آمیزی آنها در دو مرحله مجزا، سرعت انتشار رنگ را بالا برده و همچنین میزان رنگ مرجع مورد نیاز که توسط کاربر در نواحی مختلف تصویر اشاره میشود را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد. نتایج بدست آمده از آزمایشها، قابلیت روش پیشنهادی را از جنبه هزینه محاسباتی و کیفیت تصویر نسبت به روشهای مورد مقایسه نشان میدهد.
- 1 مقدمه
فرآیند اضاف ه کرد ن رن گ ب ه تصوی ر خاکستری یا فیلم سیاه و سفید را رنگ آمیزی گویند. این عمل به منظور افزایش جاذب ه بصر ی تصوی ر و همپنین درک بهتر بیننده از جزئیات تصویر صورت میگیرد . در سالهای اولیه رنگ آمیزی تصاویر خاکستری توسط انسان خبره و به صورت دستی صورت می-گرفت، که کاری زمان بر و طاقت فرسا بود. برای رفع این مشکل در سال 1970 مارکل روشی ارائه کرد که در آن از کامپیوتر برای رنگ آمیزی فیلمهای سیاه و سفید استفاده شد . در سالهای اخیر با پیشرفت فناوریهای مبتنی بر کامپیوتر روشهای پیشرفته و موثری برای رنگآمیزی تصویر ارائه شده است. این روشها در دو دسته انتقال رنگ و انتشار رنگ تقسیم بندی میشوند.
در روش انتقال رنگ، از یک تصویر مرجع رنگی به منظور رنگ آمیزی تصویر هدف خاکستری استفاده میشود. در این روش با توجه به ویژگیهای توزیع روشنایی و خصوصیات بافت تصویر، نواحی مشابه در تصویر مرجع و تصویر هدف مشخص میشود و مولفههای رنگ تصویر مرجع به تصویر هدف انتقال داده شده و بدین صورت تصویر رنگآمیزی میشود. این روش برای رنگ آمیزی تصاویر مناظر طبیعی و تصاویر علمی که دارای بافت زیاد و رنگ کم هستند مناسب است. ولش در این زمینه روشی ارائه داد که در صورت تطبیق روشنایی و اطلاعات آماری همسایگی پیکسل تصویر هدف با همسایگی پیکسل تصویر مرجع مولفههای رنگ آن به پیکس ل تصوی ر هد ف انتقا ل داد ه میشود .
[2]چن روشی ارائه داد که درآن ابتدا اشیاء موجود در تصویر جدا شده و تصویر بخش بندی میشود سپس هر بخش جداگانه با الگوریتم ولش رنگ آمیزی شده و در نهایت بخشهای مختلف تصویر در کنار هم قرار گرفته و تصویر نهایی ایجاد میشود. این روش درتصاویر دارای اشیاء با لبه های پیچیده و حساس عملکرد خوبی دارد.[13] در دسته دوم، روشهای انتشار رنگ، نیازی به تصویر مرجع نیست . کارب ر ب ا استفاد ه ا ز اطلاعا ت قبل ی د ر نواحی مختلف ی ا ز تصویر ، رن گ مناس ب ر ا اشار ه کرده و تعدادی از پیکسلهای تصویر را رنگ آمیزی میکند.
پیکسلهای باقیمانده به صورت خودکار با روشهای گوناگونی رنگ آمیزی میشوند. در این دسته از روشهای رنگ آمیزی، لوین بر اساس این فرضیه ساده که پیکسلهای همسایه که دارای روشنایی یکسانی هستند باید رنگ یکسانی هم داشته باشند یک تابع هزینه درجه دوم تعریف و مسئله رنگ آمیزی را به یک مسئله بهینه سازی تبدیل میکند.[3] یتزیو روشی معرفی کرد که رنگهای اشاره شده در تصویر در امتداد کوتاهترین مسیر هندسی حرکت کرده و با عامل ضعیف شدهای که بر اساس طول مسیر تعریف میشود به پیکسل های بدون رنگ میرسند . در نهایت پیکسل های بدون رنگ با ترکیب وزندار رنگهای مرجع که بر اساس فاکتورهای ضعیف کننده، وزندار شدهاند رنگ آمیزی میشوند.[6] در این زمینه، لاگودزینسکی با استفاده از تبدیل فاصله و تغییرات روشنایی در تصویر، تابع وزنی برای ترکیب وزندار رنگ های مرجع و تعیین رنگ پیکسل های بیرنگ ارائه کرد.[9]
در روش های موجود میزان رنگ اشاره شده و مکان آن در کیفیت رنگ آمیزی بسیار موثر است. ما به دنبال روشی هستیم که این وابستگی به میزان و مکان رنگ اشاره شده و همچنین زمان رنگ آمیزی را کاهش دهیم. در این مقاله روشی ارائه می-شود که طی دو مرحله تصویر را رنگ آمیزی میکند. در این روش، با استفاده از تجزیه درخت چهارتایی - - QTD ، تصویر به نواحی همگن وغیر همگن تقسیم میشود. سپس، در مرحله نخست نواحی همگن با توجه به قیدهای تعریف شده، به سرعت رنگ آمیزی میشود.
در مرحله دوم، نواحی باقی مانده که شامل نواح ی ب ا باف ت زیا د و نواحی اطرا ف لبههای اشیاء میباشد با استفاده از مفهوم ترکیب وزندار رنگها ی مرج ع ب ا توج ه به میزان فاصله هندسی پیکسل تا رنگهای اشاره شده، رنگ آمیزی میشود. ادامه مقاله اینگونه سازماندهی میشود که در بخش دوم، الگوریتم پیشنهادی ارائه میشود. در بخش سوم، نتایج آزمایشها و مقایسه آنها با روش های موجود آورده می شود و در نهایت در بخش چهارم نتیجه گیری ارائه میشود.
- 2 الگوریتم پیشنهادی
در این مقاله از فضای رنگ YUV استفاده شده است که Yمولفه روشنایی و U و Vمولفه های رنگ تصویر هستند. روند کلی الگوریتم د ر چار ت زی ر نشان داده شد ه اس ت ک ه د ر ادام ه به تفصیل هر بلوک شرح داده می شود. در مرحله اول رنگ به سرعت و با محاسبات کم انتشار پیدا می-کند. در مرحله دوم، تصویر حاصل از مرحله اول به عنوان ورودی استفاده می شود و پیکسل های باقی مانده با استفاده از روش ترکیب رنگ[14]، رنگ آمیزی می شوند.
در این روش از فاصله هندسی برای تعیین وزن مشارکت رنگ های مرجع، در رنگ پیکسل استفاده میشود. به منظور محاسبه فاصله هندسی پیکس ل ت ا خطوط دارای رنگ مرجع، از الگوریتم جستجوی کوتاهترین مسیر دیکسترا استفاده می شود که در اینجا اشاره مختصری به آن می شود. برای بدست آوردن فاصله اینگونه عمل می شود که تصویر را یک گراف و هر پیکسل تصویر، یک گره گراف در نظر گرفته می شود . فاصله پیکسل تا پیکسل مجاور یال گراف است . در گراف تصویر، اندازه یال - فاصله دو پیکسل مجاور - dl ، اختلاف شدت روشنایی دو پیکسل در نظر گرفته می شود.
