山东建筑大学蓝幕绿幕图像自动抠图与背景更换的实现.docx

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山东建筑大学蓝幕绿幕图像自动抠图与背景更换的实现

课程设计说明书

题目；蓝幕/绿幕图像自动抠图与背景更换的实现课程：

数字图像处理课程设计

院（部）：

信息与电气工程学院

专业：

电子信息工程班级：

电信17学生姓名：

学号：

2017081030

指导教师：

张运楚、杨红娟、张君捧

完成日期：

2020.6.18

摘要

蓝幕/绿幕技术又叫做色度键技术，简单地说，它是通过在同一色彩的蓝色或绿色背景上拍摄物体，然后通过背景色彩特殊的色调信息加以区分前景和背景，从而达到自动去除背景保留前景的目的，广泛用于广播电视的动态背景合成以及电影和摄影创作中。

关键词：

色度键技术；蓝幕/绿幕技术；图像处理；

一、设计要求

1．根据设计要求分析蓝幕/绿幕图像中去除背景的关键问题，掌握基于彩色图像分割的自动抠图和背景更换方法，说明设计原理和步骤。

画出流程图，编写

实现程序，并进行调试，完成系统软件设计。

2．基本教学要求：

每人一台计算机，计算机安装matlab、visio等软件。

二、设计步骤

1．理论依据

颜色模型、彩色分割技术。

2．方案设计

选择合适的颜色，采集蓝幕或绿幕背景像素样本点，对背景进行统计建模，然后完成背景和人物任务的分割。

然后用指定的图像更换蓝幕或绿幕背景。

画出流程图，并对各部分功能进行说明。

建议使用Visio等软件绘制框图。

3．程序设计

根据设计要求及系统流程图，进行程序设计，编写实现程序，使用Matlab等软件。

4．程序调试

对编写的软件程序，以测试图像为例进行调试，根据结果，完善程序功能。

并以自选视频图像进行验证。

三、设计内容

3.1打开要处理的图片内容

[filename,pathname]=uigetfile（{'*.jpg';'*.png';'*.tif'},'选择图片'）;

file1=[pathname,filename];

globalF;

F=file1;

x=imread（file1）;

axes（handles.axes1）;

imshow（F）;%打开要抠的图

3.2对图片进行抠图

globalF;

globalgcolor;

I=imread（F）;

figure,imshow（I）;

Id=double（I）;

%交互获取样本，移动鼠标单击左键在图像蓝色背景上选点形成封闭多边形，

%然后单击鼠标右键，弹出菜单，选择“CreateMask”

mask=roipoly（I）;

%得到彩色图像的RGB三个颜色分量

redplane=I（:

:

1）;

greenplane=I（:

:

2）;

blueplane=I（:

:

3）;

%得到所有样本像素的RGB三个颜色分量

xR=redplane（mask）;

xG=greenplane（mask）;

xB=blueplane（mask）;

%ConcatenateR,G,Bcomponentarraysalongcolumndimensionformsampledatamatrix

X=cat（2,xR,xG,xB）;

X=double（X）;

%得到样本像素的数量K

[K,n]=size（X）;%el

%计算样本像素的均值向量M和协方差矩阵C

%Computeanunbiasedestimateofmean.Misarowvectorhere.

M=sum（X,1）/K;

%SubtractthemeanfromeachrowofX.

X=X-repmat（M,K,1）;

%ComputeanunbiasedestimateofcovariancematrixC.

%NotethattheproductisX'*XbecausethevectorsarerowsofX.

C=（X'*X）/（K-1）;

%DeterminethethresholdusingcovariancematrixC.

%TEisusedforEuclideandistance

d=diag（C）;

sd=sqrt（d）;

TE=3*max（sd）;

%避免阈值过小

ifTE<150

TE=150;

end

%采用上述参数，采用欧氏距离对彩色图像分割，“扣取”前景目标

%获取图像的高、宽

[Height,Width,Q]=size（I）;

%初始化分割结果变量

%二值图像，背景像素值=0，前景像素=1

gmask=false（Height,Width）;

%彩色图像，背景像素RGB各分量值=127，前景像素与源输入图像同

gcolor=uint8（127*ones（Height,Width,3））;

sqTE=TE*TE;

%

forx=1:

Height

fory=1:

Width

sqdist=（Id（x,y,1）-M

（1））^2+（Id（x,y,2）-M

（2））^2+（Id（x,y,3）-M（3））^2;

if（sqdist>sqTE）

%该像素为前景

gmask（x,y）=1;

gcolor（x,y,:

）=I（x,y,:

）;

end

end

end

%显示处理结果

axes（handles.axes1）;

imshow（gcolor）;%抠图

3.3打开背景图

[filename,pathname]=uigetfile（{'*.jpg';'*.png';'*.tif'},'选择图片'）;

file2=[pathname,filename];

globalS;

S=file2;

x=imread（file2）;

axes（handles.axes2）;

imshow（S）;%打开背景图

3.4更换背景

globalF;

globalS;

globalgcolor;

INEW=imread（S）;

[Height,Width,Q]=size（gcolor）;

forx=1:

Height

fory=1:

Width

if~（gcolor（x,y,1）==127&&gcolor（x,y,2）==127&&gcolor（x,y,3）==127）

INEW（x,y,:

）=gcolor（x,y,:

）;

end

end

end

axes（handles.axes2）;

imshow（INEW）;%换背景

四、总结致谢

这一次做的蓝幕/绿幕图像自动抠图与背景更换的实现。

原理看似简单，但过程让我深

深感受到再简单的图像处理，理论与实际也会有一定的差入。

在参考书设计原理的基础上经过了个人的改进,让功能更完善,特别是程序的调试,花的时间最多，也是最难的一一个地方。

通过本次设计，培养了创新意识和综合素质，更好地掌握了数字图像处理设计，提高个人基本能力、实验及设计能力和独立工作能力，基本知识更加牢固，会编程调试、会查资料在设计的过程和设计说明书的撰写过程.中，老师给予了我热心的帮助和大力的支持，给我提了诸多的宝贵意见，拓宽了我的思路。

在此我向张运楚、杨红娟、张君捧老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!

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参考文献

五、参考文献

[1][美]JeffFoster.影视绿幕技术完全手册[M].北京：

人民邮电出版社,2012..

[2]郭鹏.演播室蓝幕拟实抠像背景的制作[J].电视字幕.特技与动画,2004,（5）.

[3][美]马奎斯著；章毓晋译.实用MATLAB图像和视频处理[M].北京：

清华大学出版社.2013.

[4]罗娇.一种自动抠像技术的研究与实现[D].西南大学,2013.

[5]冈萨雷斯．数字图像处理（MATLAB）中文版[M]．北京：

电子工业出版社,2007.

[6]Castleman,K.R.[美]著,朱志刚等译．数字图像处理[M]．北京:

电子工业出版社,2002．

[7]朱虹．数字图像处理基础[M]．北京：

科学出版社,2005.

[8]刘志敏,扬杰,施鹏飞．数学形态学的图像分割算法[D]．计算机工程与科学,1998,20（4）:

21．

[9]章毓晋．图像分割．北京:

科学出版社,2001．

[10]王树伟,杨鸲．Matlab6.5辅助图像处理[M]．电子工业出版社,2003.

[11]“好莱坞大片特效幕后揭秘,蓝幕绿布打造奇幻世界”

[12]管宇.图像和视频的便捷抠图技术研究[D].浙江大学理学院,2008.

[13]刘小辉.自然背景下的抠图技术研究[D].哈尔滨工业大学,2007.

[1]