化妝、造型、服裝？那都是多久遠(yuǎn)的事兒了。美顏、p圖、特效，變美不過(guò)分分鐘。隨著科技的發(fā)展，人類(lèi)在追求美的同時(shí)也要求速度美、質(zhì)感美、和諧美，從手機(jī)快速美顏到美圖秀秀編輯再到Photoshop處理，對(duì)美的執(zhí)著可見(jiàn)一斑。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圖像編輯技術(shù)在個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域越來(lái)越受人們的歡迎，而傳統(tǒng)的圖像編輯技術(shù)被新的圖像編輯處理技術(shù)取代為大勢(shì)所趨。在國(guó)內(nèi)外圖像編輯技術(shù)推陳出新的浪潮下，溫州大學(xué)的趙漢理副教授帶領(lǐng)研究生團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了“基于特征空間的圖像編輯技術(shù)研究”研究項(xiàng)目，獲得了浙江省自然科學(xué)基金資助，于2018年順利完成了結(jié)題驗(yàn)收。這是趙漢理第2次獲得浙江省自然科學(xué)基金的資助。

　　趙漢理，博士，溫州大學(xué)數(shù)理與電子信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)系副教授，碩士生導(dǎo)師，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)仿真學(xué)會(huì)數(shù)字娛樂(lè)仿真專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員。近日，在接受記者采訪(fǎng)的時(shí)候，趙博士感概地說(shuō)：“浙江省自然科學(xué)基金為青年科研人員提供了一個(gè)重要的支持舞臺(tái)，尤其是對(duì)于一些科研資源和平臺(tái)都十分有限的地區(qū)或者高校。我就是其中的受益者?！壁w漢理的主要研究方向?yàn)閳D像編輯與合成、深度學(xué)習(xí)、GPU高性能并行計(jì)算、三維虛擬人動(dòng)畫(huà)、移動(dòng)圖形圖像技術(shù)等，分別于2011年和2015年兩次獲得浙江省自然科學(xué)基金的資助，從剛走上工作崗位的“青椒”一路不斷成長(zhǎng)為“好導(dǎo)師”。

趙漢理研究團(tuán)隊(duì)

　　交互式圖像顏色編輯技術(shù)，有效防止“顏色滲透”

　　傳統(tǒng)的圖像顏色編輯方法要求用戶(hù)先標(biāo)定出所要編輯的圖像區(qū)域，然后改變?cè)搮^(qū)域內(nèi)的像素顏色，該方法不僅會(huì)產(chǎn)生區(qū)域邊界的不自然過(guò)渡效果，還限制了用戶(hù)的編輯自由度。近年來(lái)，基于著色線(xiàn)條的交互式圖像顏色編輯方法較好地克服了這些問(wèn)題。用戶(hù)只要在所要編輯的圖像區(qū)域中自由地勾勒出若干條線(xiàn)條，該線(xiàn)條的顏色就可以按一定的算法規(guī)則傳播到周?chē)曈X(jué)特征相似的區(qū)域。但是，如果不同的區(qū)域所勾勒的線(xiàn)條顏色不同，某一區(qū)域內(nèi)的線(xiàn)條的顏色會(huì)擴(kuò)散到周?chē)渌膮^(qū)域中而出現(xiàn)所謂的“顏色滲透”現(xiàn)象。并且，現(xiàn)有的圖像顏色編輯方法都是基于CPU串行算法實(shí)現(xiàn)的，編輯效率比較低下，從而極大地影響了用戶(hù)的交互體驗(yàn)。

　　趙漢理科研團(tuán)隊(duì)不斷地探索新的交互式圖像顏色編輯技術(shù)，在處理過(guò)程中將圖像RGB顏色空間擴(kuò)展為高維度的視覺(jué)特征空間（包括顏色、紋理、像素坐標(biāo)等信息），較好地克服了現(xiàn)有方法所存在的缺點(diǎn)，并且取得了一定的研究進(jìn)展。首先，對(duì)圖像中每個(gè)像素的紋理特征進(jìn)行量化表示，在顏色優(yōu)化函數(shù)中增加紋理特征項(xiàng)，使線(xiàn)條顏色能有效地傳播到周?chē)y理相似區(qū)域而不會(huì)滲透到區(qū)域邊界以外的其他圖像區(qū)域。其次，在顏色優(yōu)化函數(shù)中增加二維圖像空間坐標(biāo)項(xiàng)，使得線(xiàn)條顏色不僅能夠傳播到線(xiàn)條所在區(qū)域，還能夠傳播到與該區(qū)域不相鄰但紋理特征相似的其他圖像區(qū)域。交互式顏色編輯效果對(duì)比如下圖所示，對(duì)比效果1和對(duì)比效果2為其他方法的計(jì)算結(jié)果，可以看出趙漢理科研團(tuán)隊(duì)的新方法能夠獲得與原彩色圖相接近的顏色分布。

　　此前，有研究人員提出了基于深度學(xué)習(xí)的自動(dòng)著色方法，不需要用戶(hù)的線(xiàn)條編輯即可完成對(duì)灰度圖的著色。一方面，該類(lèi)自動(dòng)方法無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化顏色編輯需要；另一方面，自動(dòng)著色方法也沒(méi)有解決區(qū)域邊界的“顏色滲透”問(wèn)題。如下圖所示，趙漢理科研團(tuán)隊(duì)的新方法能夠較好地阻止不同區(qū)域之間的顏色擴(kuò)散。

　　GPU高性能并行計(jì)算，改善用戶(hù)交互體驗(yàn)

　　眾所周知，由于運(yùn)行功率和發(fā)熱量等因素的約束，當(dāng)前電腦CPU很難在主頻上有較大的提高，因此CPU主要是往雙核、四核乃至更多處理核心的方向發(fā)展。顯卡GPU原先只能做專(zhuān)門(mén)的圖形運(yùn)算，如今發(fā)展到能夠做通用的并行算術(shù)邏輯運(yùn)算。相比于僅擁有數(shù)個(gè)處理核心的CPU，顯卡GPU則擁有數(shù)千個(gè)并行處理核心，其發(fā)展速度已經(jīng)遠(yuǎn)快于CPU發(fā)展的摩爾定律，適合于數(shù)據(jù)密集型的并行計(jì)算。為了減少圖像顏色編輯軟件的響應(yīng)時(shí)間，改善用戶(hù)的交互體驗(yàn)，將顯卡GPU作為CPU的并行協(xié)處理器，使得原先需要數(shù)十秒鐘才能計(jì)算完成的顏色優(yōu)化算法加速到一秒鐘之內(nèi)即可完成。因此，近實(shí)時(shí)的算法處理效率極大地便利了用戶(hù)的編輯交互。如下圖所示，用戶(hù)可以很方便地通過(guò)添加著色線(xiàn)條、擦除線(xiàn)條、修改線(xiàn)條顏色等編輯操作即時(shí)地生成各種不同的顏色效果。

　　 現(xiàn)今，圖像編輯處理技術(shù)在動(dòng)漫和影視特效制作領(lǐng)域有著更為廣泛和重要的作用。我們常說(shuō)的后期處理 在很大程度上能夠彌補(bǔ)拍攝的不足或增強(qiáng)視覺(jué)特效，圖像編輯就是重要的一環(huán)，這對(duì)于浙江大力發(fā)展動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)和影視特效制作將起到很好的推動(dòng)作用。

（浙江省科技信息研究院今日科技 劉曉燕；通訊員 林思達(dá)  周麗敏  徐達(dá)文）