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
目录
摘要 (3)
1设计的目的 (4)
2设计要求 (4)
3设计内容 (4)
3.1选择图片 (5)
3.2打开背景图 (5)
3.3采用欧氏距离对彩色图像分割 (7)
3.4换背景 (8)
4 总结致谢 (9)
5 参考文献 (10)
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];
global F;
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
global F;
global gcolor;
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“Create Mask”
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);
% Concatenate R, G ,B component arrays along column dimension form sample data matrix 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
% Compute an unbiased estimate of mean. M is a row vector here.
M = sum(X, 1)/K;
% Subtract the mean from each row of X.
X = X - repmat(M,K,1);
% Compute an unbiased estimate of covariance matrix C.
% Note that the product is X'*X because the vectors are rows of X.
C = (X'*X)/(K - 1);
% Determine the threshold using covariance matrix C.
% TE is used for Euclidean distance
d = diag(C);
sd = sqrt(d);
TE = 3 * max(sd);
%避免阈值过小
if TE < 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;
%
for x = 1: Height
for y = 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];
global S;
S=file2;
x=imread(file2);
axes(handles.axes2);
imshow(S); %打开背景图
3.4更换背景
global F;
global S;
global gcolor;
INEW=imread(S);
[Height,Width,Q]=size(gcolor);
for x=1:Height
for y=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!.
参考文献
五、参考文献
[1][美]Jeff Foster. 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．Matlab 6.5 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”
/c/cn/news/2013-03/01/news_1237.html
[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]。