专利名称：混合数字图像的方法
技术领域：
本发明涉及用于组合数字图像的方法，其中源图像与目标图像混合，源和目标图像提供源和目标像素彩色值以及源和目标的不透明数值，以及其中新的目标的彩色和不透明度数值可以按照一个混合方程组被计算，该方程组混合源和目标的像素彩色值以及各个不透明度数值。
而且，本发明涉及用于实行本发明的方法的计算机程序以及按照本发明的方法运行的可编程的视频图形装置。
在计算机图形学中，数字图像通常由像素的矩形阵列来代表。像素值可包括三种颜色数值用于红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)的数值。作为RGB方案的替代，例如，可以采用CMYK(青兰，绛红，黄色，关键)彩色空间。混合是一种组合“源图像”和“目标图像”的彩色数值以便创建新的目标的彩色的技术。源图像的透明度表示在最终的图像上能通过它看见下面的目标图像的程度。在把“源像素”的R，G，B彩色数值与先前计算的和存储在计算机存储器中的相应的“目标像素”的R，G，B数值组合时，通过混合可以实现源图像的透明度。源像素和目标像素具有相同的x，y屏幕坐标。不透明度数值αs是与源像素相关的，它可以被用来控制源像素彩色数值中有多少部分与目标像素的彩色数值相组合。如果源图像是完全不透明的，则源像素彩色数值将会覆盖目标图像的现有的彩色数值。反之，将会产生半透明的图像，它使得一部分现有的目标彩色能够透过源图像进行显示。源图像的透明度等级的范围从完全透明到不透明。在标准计算机系统中，αs具有在0和1之间的数值。如果αs＝0，相应的像素是透明的；如果αs＝1，像素是不透明的。源和目标RGB彩色数值单独按照标准混合方程被共同地组合在一起，该方程包括彩色数值和源的不透明度数值αs。在US 5 896 136中阐述了这样的标准混合方程Cd′＝Cd·(1-αs)+Csαs其中Cd’是最终的目标彩色数值，Cd是原先的目标彩色数值，以及Cs是源彩色数值。这个方程被分别地应用到这三个R，G，B数值的每个数值。
将不透明度数值分配给目标图像的像素是公知的。如果要实行接连的混合，就需要这样的目标不透明度数值αd。在第一混合步骤后，就在这种情形下使用新的目标图像作为源图像，把它与以后的第二混合步骤中的另一个(第三)图像相组合。一种典型的应用是计算机产生的、要被用来重叠在视频流上面的组合的数字图象。原则上，通过建立源和目标不透明度数值与各个源和目标图像之间的联系可以允许任意数目的接连的混合。除了上述的最终的目标彩色数值的计算以外，混合操作因此涉及到对源和目标不透明度数值组合起来，以便去产生新的目标的不透明度数值。Porter和Duff提出了适当的混合方程(T.Porter和T.Duff“Compositing DigitalImage(组合数字图像)”，SIGGRAPH proceedings，1984，pp.253-259)αd′＝αd·(1-αs)+αs其中αs’是新的目标图像的最终的不透明度。按照以上方程进行的混合通常称为“α(alpha)混合”。
以上的α混合技术的一个缺点是，它的目标不总是直观的和可预言的。而且，已知的技术的可应用性不利地受到限制，因为α混合使得不可能这样地修正目标的不透明度，即通过该修正可以使得最终的图像的透明度大于原先的目标图像的透明度。用已知的混合方程创建在预定的区域中是透明的复合图像，将是非常困难的任务。
因此，本发明的主要目的是提供改进的用于组合数字图像的技术。
另一个目的是对源和目标图像的混合提供用简单和直观的方式修正组合的图像的透明度的可能性。
按照本发明，揭示了一种用于组合以上规定的类型的数字图像的方法，其中通过一种这样的混合方程避免上述的问题和缺点，该混合方程混合源和目标的不透明度数值，以使得能够减小目标图像的不透明度，其中目标图像的不透明度数值的减小是由源图像的不透明度数值控制的。
按照本发明，有可能根据源图像的透明度增加目标图像的透明度。这个方法允许在混合操作中进行任意的用户控制的修正。这个基本概念是源像素可以与目标像素混合，以使得源图像不单被画在目标图像上，而且也能够至少部分地消溶先前画出的目标图像，由此，使得最后的图像比起原先的图像更透明。本发明的方法提供简单和直观的方法，以便去直接控制目标图像的不透明度。这在目标图像要被重叠在另一个图像(诸如视频流)上时，是有用的。在这种情形下，按照本发明的方法，源图像的不透明度可以控制能最终通过组合的数字图像看见的视频图像的数量。
按照本发明的组合数字图像的方法，可以把源和目标的不透明度数值进行混合，以使得目标图像的不透明度数值的减小正比于源图像的不透明度数值，从而去减小那些在其中源图像是不透明的区域中的最终的图像的不透明度，该方法是十分有用的。这样，目标图像可以被具有高的透明度数值的源像素消溶。像素级别的不透明度数值的技术规程可以使得根据源图像中不透明度的分布情况在目标图像上的透明的区域中“作画”。这可被理解为水彩画的数字实施。在实际的水彩画中，先前画出的图像可类似地根据在作画时使用的水的量被消溶。
进一步由一个用于确定最终的图像的最小不透明度的恒定的因子来控制目标图像的不透明度减小是有利的。这使得用户能够容易地控制最终的图像的最后的透明度。通过引入恒定的因子，本发明的方法变为在多方面可应用的，因为可以得到完全透明以及完全不透明的最后的图像。
在本发明的方法的实际的实施方案中，源和目标不透明度数值的混合按照以下方程执行αd′＝αd·(1-αs)+αsβ其中αs，αd和αd’分别是源图像、原先的目标图像和最终的目标图像的不透明度，以及β＜1是用于确定目标图像的最小不透明度的恒定的因子。这个方程是通过简单地引入控制最终的α’的最小值的附加的β因子，而从以上的“α混合”方程得出的。新的目标不透明度假设β的数值是在其中源图像是完全不透明的那些图像区域中的，即，αs＝1。对于某些应用，在像素级别上也规定β因子可能是实际的。在源图像的透明的区域中，保持原先的目标不透明度αd的一定的量值。以上的方程允许以非常简单的方式实施本发明的方法。在混合程序过程期间的计算工作是与已知的α混合技术或多或少是相同的。如果用户选择β＝1，则执行α混合。新的混合方程因此确保与已知的图像组合技术的兼容性。
如上所述，本发明的方法可被理解为实施数字水彩画作画。在作画的动作中使用的水的量利用β因子按照以上的方程而被重新产生。小的β值相应于加上更多的水，由此，下面的图像被部分地消溶。较大的β值相应于较小的量的水。对于β＝1，源图像被独占地画在先前的图像上面，而不消溶先前的图像。后者的图像组合方式所以更可以与油画相比。
适合于实行本发明的方法的计算机程序采用了这样一种混合算法，它可以减小被分配给目标图像的像素的不透明度数值，不透明度数值的减小由相应的源图像的不透明度数值来控制，由此，可以修正在源图像是不透明的这些区域中的最终的图像的不透明度。
对于这样的计算机程序的实际的实施方案，该混合算法按照以下方程运行αd′＝αd·(1-αs)+αsβ其中αs，αd和αd’分别是源图像、原先的目标图像和最终的目标图像的不透明度，以及β＜1是确定目标图像的最小不透明度的恒定的因子。
这样的计算机程序可以有利地在能够完成标准计算机图形学任务的任何通常的计算机硬件上实施。该计算机程序可被提供在适当的数据载体上，诸如CD-ROM或软盘上。替换地，它也可以由用户从互联网服务器上进行下载。
也有可能把本发明的计算机程序引入到专用图形硬件部件和视频装置，诸如个人计算机的视频卡，电视机，录像机，DVD放像机，或机顶盒。该方法可被利用于在视频流上面以半透明的方式显示组合的数字图像，诸如文本单元、标题或用户接口。
以下的附图公开了本发明的优选实施例。然而，应当看到，附图只是为了说明的用途，而不是为了限制本发明的范围。
在图上
图1显示按照本发明把组合的图像重叠在视频流上面；图2显示通过本发明的方法产生有纹理的的图形对象；图3显示带有用来按照本发明的方法运行的视频图形卡的计算机系统。
图1显示第一数字图像1和第二数字图像2，它们被混合并且被重叠在视频层3上。图像1包括部分透明的彩色字幕方块4。背景图像2包含深颜色的长方形方块5，它们是完全不透明的。图像1和2的其余的区域是完全透明的。首先，源图像1和目标图像2按照本发明的方法被混合。在那些其中源图像1具有某些不透明度的字幕方块4的区域中，目标图像2的不透明度由此被减小。结果，长方形方块5中的一些部分变成为透明的，这样，在最终的图像与视频层3的随后的混合步骤后，背景视频图像可以通过方块5而部分地被看到，也就是，在透明的字幕方块4被重叠在不透明的长方形方块5的上面的那些图像区域中。在最后的步骤中，添加上包括不透明的文本单元7的数字图像6。通常的α混合技术被利用于这个目的，这样，最后得到图像8。数字图像8包括图像1，2，3和6的所有的单元，它们在混合操作中被混合。在图像1，2和6中没有图形单元的那些区域中，背景视频图像3不被修正。视频图像与字幕方块4和深色背景方块5的像素彩色相混合。图像2的背景方块5只在那个与图1的字幕方块4重叠的长方形区域9中呈现为部分地透明的，因为在按照本发明的方法实行的第一混合操作期间不透明度被减小。
图2显示使用本发明的方法用于产生具有纹理的图形对象。首先，图像10和11按照本发明的方法被混合。源图像10包括两个完全不透明的图形目标12和13的外形。图像10的其余区域是透明的。目标图像11仅仅包含不透明的背景图案。按照本发明，源图像10和目标图像11的混合被执行，使得新的目标图像在两个图形单元12和13的区域中成为完全透明的。作为随后的步骤，最终的图形是与织物图像14进行α混合的。在最后的图像15中，按照由图像10的图形单元12和13提供的掩膜，图14的纹理可以通过图像11的背景图案被看到。因此，图像15包括两个织物的图形单元16和17；图像的其余部分相应于图像11的不透明的背景图案。
图3显示用来实现本发明的方法的计算机系统。它包括中央处理单元18，后者通过系统总线19与计算机系统的其他单元通信。随机存取存储器20被附加到总线19上。存储器20存储实际上在计算机系统上执行的计算机程序，诸如操作系统和应用程序。在程序执行期间，处理单元18从存储器单元20读出指令、命令和数据。为了便于数据和可执行的程序代码的长期贮存，大容量贮存装置(诸如硬盘驱动21)被连接到总线19。键盘22和鼠标23允许计算机系统的用户输入信息和交互地控制计算机系统。附加到系统总线19上的还有视频图形适配器24，它的连接器单元25可以与系统总线19的相应的插槽适配。视频图形适配器24包括用于在图形适配器24的其他单元和该计算机系统的部件之间进行通信的接口单元26。而且，图形加速器单元27和图形存储器单元28被附加到图形适配器。这些单元是通过适当的数据连接29而互联的。存储器单元28包括只读存储器以及随机采取存储器，并且被相应地使用来存储本发明的计算机程序以及要被组合的部分的数字图像。图像加速器27是用于执行本发明的混合操作的微处理器或微控制器。图形适配器24还包括视频信号产生器30，它被连接到计算机监视器，后者可以是CRT或LCD显示装置。视频信号产生器30产生视频信号，用于提供由视频图形适配器24的各个单元组合成的最终的数字图像的二维显示。
因此，虽然已经显示和描述本发明的几个实施例，但应当看到，可以由此作出许多改变和修正，而不背离附属权利要求中规定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.用于组合数字图像的方法，其中把源图像(1)与目标图像(2)进行混合，所述源和目标图像提供源和目标像素彩色数值以及源和目标不透明度数值，以及其中新的目标彩色和不透明度数值按照一组混合方程而被计算，该混合方程用于混合源和目标像素彩色数值以及各自的不透明度数值，其特征在于，所述混合方程借助一种使目标图像的不透明度减小的方式来混合源和目标不透明度数值，其中目标图像(2)的不透明度数值的减小由源图像(1)的不透明度数值来控制。
2.如权利要求1中要求的方法，其特征在于，目标图像(2)的不透明度数值的减小与于源图像(1)的不透明度数值成正比，从而，减小在其中源图像是不透光的那些区域(9)中最终的图像(8)的不透明度。
3.如权利要求1中要求的方法，其特征在于，目标图像(2)的不透明度数值的减小，可以附加地被用于确定最终的图像(8)的最小不透明度的恒定的因子控制。
4.如权利要求1中要求的方法，其特征在于，源和目标不透明度数值的混合按照以下方程执行αd′＝αd·(1-αs)+αsβ其中αs，αd和αd’分别是源图像、原先的目标图像和最终的目标图像的不透明度，以及β＜1是确定目标图像的最小不透明度的恒定的因子。
5.执行如权利要求1中要求的方法的计算机程序，它通过把源和目标像素彩色数值以及各自的不透明度数值进行混合而组合源和目标数字图像，其特征在于，采用一个可减小被分配给目标图像的像素的不透明度数值的混合算法，不透明度数值的减小由源图像的相应的不透明度数值来控制，从而，修正在其中源图像是不透光的那些区域中最终的图像的不透明度。
6.如权利要求5中要求的计算机程序，其特征在于，混合算法按照以下方程运行αd′＝αd·(1-αs)+αsβ其中αs，αd和αd’分别是源图像、原先的目标图像和最终的目标图像的不透明度，以及β＜1是确定目标图像的最小不透明度的恒定的因子。
7.诸如用于计算机系统的视频图形适配器、电视机、录像机、DVD放像机、或机顶盒、带有程序控制的处理单元的视频图形学装置，其特征在于，图形学装置具有按照如权利要求1中要求的方法运行的可编程的程序。
全文摘要
本发明涉及组合数字图像的方法。源图像与目标图像(1，2)的像素彩色数值以及不透明度数值按照一组混合方程而被组合。本发明提出涉及源和目标不透明度数值的混合方程，使得，目标图像的不透明度数值被减小，其中目标图像(2)的不透明度数值的减小由源图像(1)的不透明度数值控制。本发明的混合方法模仿水彩画。在实际的水彩画中，先前画出的(目标)图像可以被在先前的图像上面作画时所使用的水部分地消溶。同样地，本发明提出了目标图像(2)的不透明度的减小正比于源图像(1)的不透明度，由此，可以减小在其中源图像(1)是不透明的那些区域(9)中最终的图像(8)的不透明度。
文档编号G06T3/00GK1461457SQ02801149
公开日2003年12月10日 申请日期2002年3月27日 优先权日2001年4月9日
发明者M·范斯伦特, P·F·P·梅杰斯 申请人:皇家菲利浦电子有限公司