Автоматическое составление коллажей: актуальные направления исследований Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Информатика и информационно-управляющие системы

© Якимов Л. С., 2009

УДК 004.932.2

Е. Л. Ярославцева

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

АВТОМАТИЧЕСКОЕ СОСТАВЛЕНИЕ КОЛЛАЖЕЙ: АКТУАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Представлены актуальные направления исследований и развития в области программных систем автоматического составления коллажей: оптимальное размещение сегментов коллажа, бесшовная стыковка изображений, составление коллажей из видеопоследовательностей с интеллектуальным отбором по содержимому кадров.

Автоматическое составление коллажей цифровых изображений является актуальной задачей в силу ряда причин. Так, благодаря самой специфике техники создания коллажа, позволяющей объединить несколько сюжетов, полученные изображения являются выигрышными и востребованными в широком спектре задач от создания обложек домашних фотоальбомов до коммерческих рекламных проектов. Однако кроме эффектности и широты применения следует отметить и достаточно высокую научность данной задачи, поскольку оптимальное размещение сегментов коллажа является ничем иным, как одной из подзадач задачи рационального раскроя и упаковки, подходы к решению которой совершенствуются уже много лет [2].

На сегодняшний день выделяются три актуальных направления исследования и в области программных систем автоматического составления коллажей:

1. Совершенствование алгоритмов оптимального размещения сегментов коллажа.

2. Бесшовная стыковка сегментов коллажа друг с другом.

3. Составление коллажей из видеопоследовательностей с интеллектуальным отбором по содержимому кадров.

Первое направление связано с внедрением эвристических и метаэвристических методов для оптимального размещения сегментов коллажа с целью создания изображений с заданными размерами. Оптимизация размещения сегментов коллажа заключается в минимизации площади пустых областей и областей перекрытия сегментами друг друга. Таким образом, являясь одним из вариантов задачи рационального раскроя и упаков-

ки, задача оптимального размещения сегментов коллажа ставит ряд не рассмотренных ранее в данной области вопросов. К ним относятся вопросы сбалансированности между оптимизацией размещения сегментов, оптимизацией областей их перекрытия и оптимизацией размеров самих сегментов, поскольку задача автоматического составления коллажа подразумевает возможность и необходимость варьирования всех трех данных факторов. В данном направлении наиболее прогрессивными являются «жадные» алгоритмы (GRASP - greedy randomized adaptive search procedure), методы эволюционных вычислений и «муравьиные» алгоритмы (ACO - ant colony optimization) [2].

Техника коллажа позволяет осуществить комбинацию ряда фотоизображений, совместить несколько разных сюжетов в одном изображении. Однако для создания целостности картины необходимо осуществить плавные переходы от одного сегмента коллажа к другому. Для решения данной задачи используется метод, получивший название «бесшовная стыковка» (seamless blending) [3]. Данное направление исследований напрямую относится к задачам цифровой обработки изображений. Для алгоритмической реализации метода бесшовной стыковки необходимо выполнить три шага:

1) размещать и стыковать изображения по цветовым характеристикам;

2) создавать псевдослучайные взаимопроникающие границы у соседних сегментов;

3) применять эффект градиентного размытия и полупрозрачности к граничным областям.

Указанная на первом шаге необходимость размещения рядом друг с другом сегментов кол-

Решетневские чтения

лажа со схожими цветовыми показателями накладывает дополнительные условия на задачу оптимизации размещения сегментов коллажа. Для создания наиболее естественных границ соседних сегментов рассматривается применение кривых Безье с псевдослучайными коэффициентами из заданного диапазона [1]. Это является следствием главной задачи для развития на данном направлении: реализация наиболее естественных, плавных переходов между изображениями для создания целостного, «бесшовного» изображения.

Количество цифровых видеоизображений в настоящее время растет огромными темпами, в основном благодаря большому количеству ставших доступными устройств цифровой видеосъемки (фотокамеры, сотовые телефоны, web-камеры и другие устройства). Цифровой коллаж является компактным и очень наглядным способом представления видеоизображения, что позволяет ему быть отличным решением проблемы беглого просмотра (browsing) видеоизображений, особенно актуальной при работе в Интернете (web browsing) [4]. Автоматическое составление коллажа из видеопоследовательности в самом простом случае может осуществляться путем случайного отбора кадров из видеоряда, однако этот способ не дает высокой вероятности получения представительных кадров: возможно получение одинаковых кадров, «пустых» кадров (черных или белых «пауз» между сценами), смазанных кадров. Для решения этой проблемы используется интеллектуальный отбор кадров по содержимому, который позволяет не только исключить получение вырожденных кадров, но, более того, осуществить поиск интересующих объектов на кадрах видеопоследовательности, например, человеческих лиц. Для решения задач интеллектуального

отбора кадров по содержимому в зависимости от поставленной задачи могут использоваться разнообразные методы: от простого текстурного анализа (для удаления «пустых» кадров) до применения систем искусственного интеллекта (для поиска объектов, лиц и пр.). Главной же задачей при реализации интеллектуального отбора является максимальная оптимизация скорости выполнения всех методов анализа для получения приемлемого времени обработки видеоряда и автоматического создания коллажа. В настоящее время проводится разработка программной системы, реализующей указанные актуальные направления развития техники автоматического составления цифрового коллажа.

Библиографический список

1. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. М. : Техносфера, 2005.

2. Скобцов, Ю. К вопросу о применении мета-эвристик в решении задач рационального раскроя и упаковки / Ю. Скобцов. М. : Наука и техника, 2000.

3. Egorova, M. Collage for Cover of PhotoBook / M. Egorova, I. Safonov, N. Korobkov // GraphiCon 2008. М. : Изд-во МГУ, 2007. С. 181-183.

4. Xueliang, L. Video Collage / L. Xueliang , M. Tao // EUSIPC0-2007. Poland, 2007. P. 461-462.

E. L. Yaroslavceva

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

AUTOMATIC COLLAGE COMPOSITION: ACTUAL CONCEPTS

Some actual concepts and trends of developing in the field of automatic collage composition software systems are discussed: optimum allocation of collage segments, seamless blending ofpictures and technique of automatic collage composition from video sequences with intelligent content-based frame selection.

© ApocraB^Ba E. .H., 2009