|
С октября 1998 по декабрь 1999 г. в лаборатории был выполнен проект
"Multiresolution texture compression and synthesis" по контракту с Intel Corp.
Проект начался с улучшения популярного алгоритма сжатия изображений
“zero-tree” на основе вейвлет-преобразования. Однако вскоре работа
сконцентрировалась вокруг двух основных задач:
-
разработка метода сжатия текстур, дающего быстрый доступ к
произвольно выбранному пикселу в сжатом файле
-
cоздание технологии быстрой генерации текстур с заданными свойствами
и для произвольного уровня разрешения.
Параллельно была создана система для оценки качества сжатых изображений.
Сжатие текстур
Задача сжатия текстур с быстрым доступом к пикселам была решена при
помощи разработанного участниками группы алгоритма, независимо
сжимающего маленькие (8*8 пикселов) блоки изображения. Идея
заключалось в локально-палитровом представлении изображения с
использованием 8 цветов. Далее, индексы пикселов сжимались в три раза,
а локальная палитра в два раза.
Для сжатия индексов использовалось разложение блока на четыре
независимых участка ("кластера"), в каждом из которых использовалось
только 2 или 4 цвета. В сочетании с оригинальным форматом хранения
самих палитр (набора векторов в цветовом пространстве) это обеспечило
общий коэффициент сжатия в 8 или 12 раз, в зависимости от формата
локальных палитр.
Известный формат S3TC с аналогичной функциональностью обеспечивает
лишь 6-кратное сжатие при том же уровне качества. По результатам
работы был сделан доклад на конференции ACM "Multimedia 2000" в
Лос-Анджелесе.
-
Leonid Levkovich-Maslyuk, Pavel G. Kalyuzhny, Alexander Zhirkov. "Texture Compression with Adaptive Block Partitions". ACM Multimedia 2000, Los-Angelos.
-
A. Pereberin "Hierarchical Approach for Texture Compression". GraphiCon'1999.
-
S. Titov "Perceptually Based Image Comparison Method", Graphicon'2000.
Генерация текстур
Для генерации текстур было разработано два алгоритма. Здесь описан
первый из них, основанный на каскадном процессе - каждый пиксел грубой
версии изображения расщепляется на пикселы более тонкой версии, с
заданным распределением весов и учетом информации о цветах соседних
пикселов. Такое расщепление строится в предположении о локальной
самоподобности изображения, а именно подобности распределения энергии
в блоке размером 3х3 пиксела распределению энергии в центральном
пикселе (см. рисунок). Коэффициент подобия в цветовом пространстве
выбирается нестационарным, поскольку если использовать коэффициент
подобности <=0.5, то при бесконечном итерационном применении
алгоритма, изображение сходится к гладкой функции, а слишком большой
коэффициент, напротив, приводит к порождению хаоса. Поэтому, в
процессе используются случайные нормально распределенные коэффициенты
самоподобия, а также вводится аддитивный стационарный шум.
Варьируя параметры процесса, можно получить текстуры с различными
статистическими свойствами. При применении к реальному исходному
изображению эти алгоритмы позволяют синтезировать его "увеличенную
версию". При этом текстурированные участки примерно сохраняют свой
вид, а контура и перепады размываются пропорционально "увеличению",
т.е. выглядят так, как если бы на них смотрели под микроскопом. На
рисунке снизу слева приведены исходные фрагменты текстур, а справа –
результаты применения трех итераций описанного метода.
Команда разработчиков
Ведущим исследователем по проекту был Леонид Левкович-Маслюк,
в группе работали тогдашние студенты Александр Жирков,
Павел Калюжный, Сергей Титов и аспирант Антон Переберин.
- Леонид Левкович-Маслюк (старший научный сотрудник, Институт
прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН)
(levkovl@spp.keldysh.ru)
- Александр Жирков:
вейвлет-сжатие изображений, кластерное сжатие текстур, генерация
текстур на основе рекурсивного фрактально-каскадного
подразбиения
(zh@graphics.cs.msu.su)
- Павел Калюжный:
ксластерное сжатие текстур
- Сергей Титов:
cравнение исходных и сжатых изображений при помощи «персептивной
метрики» в цветовом LUV-пространстве.
- Антон Переберин:
вейвлет-преобразования, многмасштабная генерация текстур с
использованием структурных элементов изображений
|