Методы совмещения изображений в системе создания коллажей

Methods of image blending in the collage creation system

Alexander Kolesnikov

Student, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Russia, Krasnoyarsk

Аннотация. Рассматриваются методы совмещения изображений в системе создания коллажей. Особое внимание посвящено бесшовному сшиванию изображений. Целью статьи является определение методов, которые целесообразно использовать в данной системе.

Abstract. The methods of image blending for the collages creation system are considered. Very attention is devoted to seamless stitching of images. The purpose of the article is to determine the methods that are appropriate to use in this system.

Ключевые слова: коллаж; совмещение изображений; альфа блендинг; пирамидальный блендинг; блендинг Пуассона.

Keywords: collage; image blending; alpha blending; pyramid blending; Poisson blending.

В последние годы, люди всё чаще используют приложения для формирования коллажей из различных фотографий. При разработке системы автоматизированного создания коллажей, которая позволит формировать коллажи на основе выборок изображений по некоторым условиям (теги изображений, дата съемки и т.п.), целесообразно сосредоточить внимание на методах совмещения изображений. Если не учитывать особенности этих методов, можно получить результат, который не удовлетворит поставленным требованиям. Правильное использование методов совмещения изображений позволит добиться наиболее эффектных результатов при формировании коллажа.

Самый простой способ совместить изображения – склеить их по шаблону. Шаблон определяет расположение выбранных изображений относительно друг друга. Таким образом, получится шаблонный коллаж (рисунок 1а). Также, можно использовать совмещение с накладыванием изображений друг на друга. Работа этого метода происходит иным образом - изображения накладываются на полотно одно за другим произвольным образом. При этом, некоторые изображения, которые были добавлены позже, могут закрывать области других изображений. Это позволяет экономить место, скрывая области, не вызывающие интереса. Пример коллажа, с наложенными изображениями показан на рисунке 1б.

Осуществить плавные переходы между изображениями помогут методы бесшовного сшивания изображений (блендинга). Существует множество таких методов, но самый простой из них с точки зрения реализации – альфа блендинг. Он заключается в совмещении двух изображений, у которых пропорционально изменяется альфа значение. Это изменение описывается формулой S_dest = α · S₁ + (1 - α) · S₂ [1].

Рисунок 1. Шаблонный коллаж и коллаж с наложенными изображениями

Помимо этого, для блендинга можно использовать пирамиды изображений – наборы изображений с разным разрешением. Существует два типа пирамид: пирамида Гаусса и пирамида Лапласа. В пирамиде Гаусса, каждое последующее изображение формируется путем размытия предыдущего изображения, а затем удаления четных строк и столбцов из него. Изображение пирамиды Лапласа – это разность между изображением пирамиды Гаусса того же уровня и увеличенного изображения на уровень выше.

В методе пирамидального блендинга, для начала нужно найти пирамиды Гаусса и Лапласа для каждого изображения. После этого, на каждом уровне пирамид Лапласа, происходит наложение изображений по маске. На последнем этапе, полученные изображения последовательно расширяются и складываются с изображениями соответствующего уровня. Результатом последнего сложения является выходное изображение [2]. В силу того, что при расширении изображений, невозможно получить исходное (до сжатия) изображение, результатом такой работы является более размытое изображение, в отличии от исходных.

На рисунке 2 представлены исходные изображения (сверху), а также результаты работы альфа блендинга (слева снизу) и пирамидального блендинга (справа снизу).

Рисунок 2. Результаты работы альфа блендинга и пирамидального блендинга

Более эффектный метод – блендинг Пуассона. Он основывается на восстановлении значения функции по ее градиенту. В область Ω изображения S накладывается изображение g, где ∂Ω – граница области Ω. Задача состоит в том, чтобы вычислить значение для каждого пикселя p в области Ω [3]. Это возможно сделать с помощью формулы 1, которая основана на уравнении Пуассона. Здесь N_p – множество соседних для p пикселей, не включая границы, |N_p| – количество элементов множества N_p (|N_p| ≤ 4), q – соседний для p пиксель (q ∈ N_p), f_p – искомое значение пикселя в области Ω, f_q – значение пикселя q, f^*_q – значение пикселя q (при условии, что он на границе ∂Ω), (g_p - g_q) – разность соседних пикселей (градиент).

                                                                                                (1)

Таким образом, получается система из M уравнений, где M – количество пикселей, накладываемых на изображение S. В результате решения этой системы, мы получим выходное изображение (рисунок 3). В зависимости от того, каким образом рассчитывать градиент для изображения g, можно получить различные результаты.

Рисунок 3. Результат работы блендинга Пуассона

В результате проведенного анализа, было выявлено, что в зависимости от желаемого результата, требуется применять различные методы совмещения изображений. Склеивание по шаблону, а также наложение изображений целесообразно использовать, если исходные изображения не должны видоизменяться. Методы совмещения при помощи альфа значения, а также пирамид, имеют схожие результаты, но разумнее использовать альфа блендинг, так как в другом случае, выходные изображения являются более размытыми. Блендинг Пуассона целесообразно использовать для совмещения изображений таким образом, чтобы результирующее изображение имело один оттенок, например, при замене лиц.