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基于能量优化的图像与视频纹理替换技术研究

颜星  
【摘要】: 纹理替换技术是图像/视频处理和计算机图形学领域的一个交叉研究方向,其解决的主要问题是在保持指定区域的阴影信息和纹理的几何扭曲、褶皱的基础之上,以新的纹理替换该区域原有的纹理。 纹理替换技术有着较为广泛的应用,比如照片编辑,电影和电视节目的制作,艺术和工业设计,家居装潢设计,游戏制作,虚拟现实等领域。可以满足人们在只有一个场景的情况下营造出不同氛围和不同纹理效果的要求,从而节省制作成本,丰富场景的内容。 本文提出了一种新颖的基于能量优化的纹理替换算法,使得用户可以对图像和视频进行纹理替换,得到真实自然的视觉效果。本文的主要贡献有: 1、提出了一种有效的图像纹理替换框架:使用本征图像(Intrinsic Image)来提取目标区域的阴影和明暗信息,并且反映了环境光对于替换效果的影响;使用从阴影获得法向(Normal From Shading)算法恢复物体近似的表面形状,保持替换区域原有纹理的扭曲效果;最后使用基于能量优化的纹理映射算法将新的纹理映射到目标区域; 2、提出了一种有效的视频纹理替换方法:将已有的本征图像技术扩展到视频领域,获得本征视频(Intrinsic Video),并应用于视频纹理替换,真实的还原了目标区域的阴影和照明信息。通过物体跟踪算法、光流算法、能量优化算法等技术,可以求解正确目标区域的纹理坐标,防止纹理漂移等现象,从而使得用户可以交互地对视频进行纹理替换; 3、提出了基于网格约束的纹理替换算法:将三角网格和四边形网格应用于纹理替换技术中,利用三角网格或四边形网格来引导纹理替换的过程,使得用户可以自由的控制纹理的方向和尺度,可以保持原有的透视效果,真实度更高。将三角形网格应用于视频纹理替换领域,可以有效地解决视频帧之间遮挡区域的纹理坐标求解问题,使得纹理漂移现象减弱。


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