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1、延边大学本科毕业论文题目：基于算子的彩图转素描画算法研究学生姓名：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：副教授二O 二年五月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
2、，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。AbstractThis article introduced based on the operators color to prime painted algorithm, and five kinds of commonly used operator: Sobel operator, Roberts operator, Prewitt operator, Cann
3、y operator, LoG operator are described and the formula of the introduction, has given five operator is applied in image processing effect, so that people can be more intuitive to see five kinds of commonly used operator in image processing applications in contrast effect, and the gray-scale image ps
4、eudo color processing effect, gives a pencil drawings according to color image conversion algorithm.First select a color image RGB segmentation; and the obtained images of five kinds of commonly used edge detection, edge detection of the image after effect, get a new image; finally, the new image ma
5、trix 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 converted into a pencil drawings.Key words： MATLAB, algorithm, operator, pencil drawing.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
6、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52. 2. 1铅笔颜色752. 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
7、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114. 1. 1 Roberts 算子公式124. 1. 2 Roberts边缘检测算子在图像处理中的应用效果图124. 2 Prewitt 算子9 124. 2. 1 Prewitt 算子公式124. 2. 2 Prewitt算子在图像处理中的应用效果图134. 3 Sobel 算子134. 3. 1核心公式134. 3. 2相关介绍144. 3.3 Sobel算子在图像处理中的应用效果图154. 4 Canny边缘检测算子154. 4. 1 Canny 算法的发展154. 4. 2 Canny
8、算法的步骤154. 4. 3 参数164. 4. 4核心公式164. 4. 5 Canny算子在图像处理中的应用效果图174. 5 Laplacian of Gaussian 算法（拉普拉斯算子）10 184. 5. 1拉普拉斯算子定义184. 5. 2 推广18第五章：基于算子的算法开发195. 1 RGB图像分离成灰度图意义195. 2流程图195.3 RGB图像分离效果图205. 3. 1 RGB图像分离后进行Sobel算子应用效果图205. 3. 2 RGB图像分离后进行Prewitt算子应用效果图215. 3.3RGB图像分离后进行Roberts算子应用效果图215. 3.4RGB图
9、像分离后进行Canny算子应用效果图215. 4伪彩色处理的意义225. 5伪彩色处理效果图225. 6 MATLAB中改变矩阵中数字的方法225. 7多种图像边缘检测叠加效果235. 8改变矩阵中数字使边缘检测中的线条变为铅笔颜色23结论24参考文献25附录26谢辞33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4Roberts算子图像处理12图5Prewitt算子图像处理13图6Sobel图像处理15图7Canny算子图像处理17图8流程图19图9 RGB图像分离效果20图10 RGB图像分离Sobel算子效果20图11 RGB图像分离Prewitt算子效果21图12 R
10、GB图像分离Roberts算子效果21图13 RGB图像分离Canny算子效果21图14灰度图转伪彩色图效果22图15铅笔画前期效果图123图16铅笔画前期效果图223表格1圆珠笔颜色表7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) o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、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Penc订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
11、、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。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
12、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) o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、水彩画、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Penc订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
13、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。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。1.2.2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
14、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过零点都是图像灰度变化极大的地方
15、。因此可将这些导数值作为相应点的边界强度，通 过设置门限的方法，提取边界点集。1基于一阶导数的边缘检测梯度是图像对应二维函数的一阶导数:错误！未找到引用源。(1-1)可以用以下三种范数衡量梯度的幅值：错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。梯度方向为函数最大变化率方向：(1-2)(1-3)(1-4)错误！未找到引用源。(1-5)常用的边缘检测算子有Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、LoG算子和Canny算子，由于图像由离散的像素点组成，这些算子将用差分近似偏导数。以下分 别进行介绍。1) Roberts交叉算子Roberts算子是种利用局部差分算子寻找边缘的算子，两个卷积核分别为错误！未找到引用源。采用1范数衡量梯度的幅度： 错误！未找到引用源。Roberts算子对具有陡峭 的低噪声的图像效果较好。2) Sobel 算子Sobel算子的两个卷积计算核分别为-10 11 21-
