一种面向游戏动漫软件的卡通渲染图像增强方法与流程

本技术涉及图像处理，尤其涉及一种面向游戏动漫软件的卡通渲染图像增强方法。

背景技术：

1、卡通渲染作为游戏与动漫软件的核心视觉风格，依赖大面积低纹理色块与高对比度轮廓线条构建鲜明的非真实感画面。然而，受网络传输压缩或屏幕截图等环节影响，输入图像普遍存在平坦色块区域的颗粒噪声、色斑与局部颜色漂移，以及边缘过渡区的轮廓锯齿、线条断裂与抖动等退化现象，严重削弱了视觉一致性与艺术表现力。

2、现有技术普遍将自然图像增强方法直接应用于卡通图像，导致两大关键缺陷：其一，模型无法区分色块与轮廓的语义边界，常将平坦区域的噪声误判为纹理而过度增强，同时将锐利轮廓平滑为模糊边缘，丧失卡通风格的硬边特征；其二，采用全局统一的平滑或锐化策略，缺乏对色块区与边缘区的空间显式建模，致使噪声抑制与轮廓保持无法协同优化，单一操作在一处区域有效时，往往在另一区域引发新伪影，难以实现区域自适应的保真增强。

技术实现思路

1、本技术提供一种面向游戏动漫软件的卡通渲染图像增强方法，以解决现有方案存在的上述问题。

2、本技术提供了一种面向游戏动漫软件的卡通渲染图像增强方法，方法包括：

3、构建预设低质量卡通渲染图像与预设高质量卡通渲染图像之间的监督样本对；

4、从预设低质量卡通渲染图像中生成平坦色块区域掩膜和边缘过渡区域掩膜，估计噪声水平图和边缘重要性图；根据噪声水平图和边缘重要性图执行先验联合引导的保边去噪预处理，得到预处理卡通渲染图像；

5、构建轻量化编码解码结构的卡通渲染增强网络，并在多尺度跳跃连接中引入多先验联合调制模块；利用多先验联合调制模块从预处理卡通渲染图像中提取编码器特征图，将平坦色块区域掩膜、噪声水平图和边缘重要性图转化为与编码器特征图尺寸一致的空间调制参数，对编码器特征图执行逐像素、逐通道仿射调制，获得调制编码器特征图；利用调制编码器特征图、噪声水平图、边缘重要性图，生成最终残差图；将最终残差图与预处理卡通渲染图像逐像素逐通道相加，得到预测增强图像；

6、利用预测增强图像和预设高质量卡通渲染图像，计算鲁棒重建损失、边缘保持损失；根据平坦色块区域掩膜和候选色块区域集合计算平坦色块均匀损失；基于鲁棒重建损失、边缘保持损失和平坦色块均匀损失，得到边缘保持复合损失函数；基于边缘保持复合损失函数，获得训练好的卡通渲染增强网络。

7、在本技术的一种实现方式中，构建预设低质量卡通渲染图像与预设高质量卡通渲染图像之间的监督样本对，具体包括：

8、获取预设低质量卡通渲染图像和对应的预设高质量卡通渲染图像；

9、对预设低质量卡通渲染图像和预设高质量卡通渲染图像执行统一预处理，将红绿蓝颜色通道的像素值归一化至0到1范围，并在训练阶段执行随机裁剪、水平翻转和预设程度亮度扰动。

10、在本技术的一种实现方式中，从预设低质量卡通渲染图像中生成平坦色块区域掩膜和边缘过渡区域掩膜，估计噪声水平图和边缘重要性图，具体包括：

11、将预设低质量卡通渲染图像从红绿蓝颜色空间转换至亮度色度空间，得到低质量亮度通道、低质量蓝色色度通道和低质量红色色度通道；

12、对预设低质量卡通渲染图像执行颜色聚类量化，根据聚类结果确定各像素的颜色量化标签图；

13、对颜色量化标签图执行四连通区域分析，将颜色类别相同且在上、下、左、右方向相邻的像素合并为同一连通区域，得到候选色块区域集合；

14、对每个候选色块区域统计内部亮度一致性，得到区域亮度方差；

15、根据区域亮度方差生成平坦色块区域掩膜；

16、根据平坦色块区域掩膜生成边缘过渡区域掩膜；

17、以低质量亮度通道和平坦色块区域掩膜为输入，在每个像素坐标周围建立局部噪声统计窗口；在局部噪声统计窗口内，选取平坦色块区域掩膜值为1的像素参与亮度均值计算，得到局部平坦亮度均值；根据局部平坦亮度均值计算初始噪声估计值；

18、对初始噪声估计值执行低质量亮度通道引导的联合双边插值，得到噪声水平图；将噪声水平图归一化至0到1范围；

19、对低质量亮度通道执行sobel梯度计算，得到像素坐标处的水平梯度和垂直梯度

20、根据水平梯度和垂直梯度构建局部结构张量，并根据局部结构张量计算线条方向一致性度量；

21、将边缘过渡区域掩膜、归一化亮度梯度幅值和线条方向一致性度量融合，得到边缘重要性图；

22、对边缘重要性图执行轻微平滑和数值截断，得到稳定的边缘重要性图。

23、在本技术的一种实现方式中，根据噪声水平图和边缘重要性图执行先验联合引导的保边去噪预处理，得到预处理卡通渲染图像，具体包括：

24、根据噪声水平图和边缘重要性图生成自适应正则化参数图；

25、以低质量亮度通道作为引导输入和待滤波输入，对低质量亮度通道执行自适应引导滤波，得到预处理亮度通道；

26、对低质量蓝色色度通道和低质量红色色度通道执行双边滤波，得到预处理蓝色色度通道和预处理红色色度通道；

27、将预处理亮度通道、预处理蓝色色度通道和预处理红色色度通道合并，并从亮度色度空间转换回红绿蓝颜色空间，得到预处理卡通渲染图像。

28、在本技术的一种实现方式中，利用多先验联合调制模块从预处理卡通渲染图像中提取编码器特征图，将平坦色块区域掩膜、噪声水平图和边缘重要性图转化为与编码器特征图尺寸一致的空间调制参数，对编码器特征图执行逐像素、逐通道仿射调制，获得调制编码器特征图，具体包括：

29、利用多先验联合调制模块将预处理卡通渲染图像输入编码器，通过卷积和下采样逐级提取多尺度编码器特征图；

30、将平坦色块区域掩膜、噪声水平图和边缘重要性图分别缩放至第个尺度的空间尺寸；

31、将第个尺度的联合空间先验特征输入第个尺度的先验调制子网络，生成第个尺度的空间自适应缩放参数和第个尺度的空间自适应偏移参数；

32、使用空间自适应缩放参数和空间自适应偏移参数对第个尺度的编码器特征图执行逐像素、逐通道仿射调制，得到第个尺度的调制编码器特征图。

33、在本技术的一种实现方式中，利用调制编码器特征图、噪声水平图、边缘重要性图，生成最终残差图；将最终残差图与预处理卡通渲染图像逐像素逐通道相加，得到预测增强图像，具体包括：

34、将各尺度的调制编码器特征图输入解码器，生成候选残差图和残差门控图；

35、根据噪声水平图和边缘重要性图生成先验残差约束图；

36、将候选残差图、残差门控图和先验残差约束图逐像素融合，得到最终残差图；

37、将最终残差图与预处理卡通渲染图像逐像素逐通道相加，并将相加结果截断至0到1范围，得到预测增强图像。

38、在本技术的一种实现方式中，利用预测增强图像和预设高质量卡通渲染图像，计算鲁棒重建损失、边缘保持损失；根据平坦色块区域掩膜和候选色块区域集合计算平坦色块均匀损失；基于鲁棒重建损失、边缘保持损失和平坦色块均匀损失，得到边缘保持复合损失函数；基于边缘保持复合损失函数，获得训练好的卡通渲染增强网络，具体包括：

39、计算预测增强图像与预设高质量卡通渲染图像之间的鲁棒重建损失；

40、分别对预测增强图像和预设高质量卡通渲染图像执行sobel梯度计算，得到预测增强图像梯度和高质量卡通渲染图像梯度；根据预测增强图像梯度和高质量卡通渲染图像梯度，计算边缘保持损失；

41、根据平坦色块区域掩膜和候选色块区域集合计算平坦色块均匀损失；

42、将鲁棒重建损失、边缘保持损失和平坦色块均匀损失加权求和，得到边缘保持复合损失函数；

43、基于复合损失函数，采用adam自适应矩估计优化器更新卡通渲染增强网络的可训练参数集合，获得训练好的卡通渲染增强网络。

44、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：

45、通过构建平坦色块区域掩膜与边缘过渡区域掩膜，并联合估计噪声水平图与边缘重要性图，本方法实现了对卡通图像中语义区域的显式空间建模。该机制使系统能够精准区分低纹理色块与高对比度轮廓的边界，避免了传统自然图像增强方法将噪声误判为纹理、或将锐利边缘过度平滑的缺陷。在预处理阶段，基于上述先验图的联合引导保边去噪操作，可针对性抑制色块区域的颗粒噪声与色斑，同时保留轮廓的硬边特征，解决了区域语义混淆导致的风格失真问题。

46、在增强网络的多尺度跳跃连接中引入多先验联合调制模块，实现了对编码器特征图的逐像素、逐通道仿射调制。该结构将平坦色块区域掩膜、噪声水平图与边缘重要性图直接转化为空间调制参数，使特征增强过程具备区域自适应能力。在色块区域，调制参数抑制噪声扰动；在边缘过渡区，调制参数强化轮廓连续性与锐度。该机制突破了全局统一增强策略的局限，使噪声抑制与轮廓保持在空间维度上协同优化，降低了单一操作在邻近区域引发的伪影耦合效应。

47、通过构建包含鲁棒重建损失、边缘保持损失与平坦色块均匀损失的复合损失函数，本方法在训练阶段实现了对增强结果的多维度约束。鲁棒重建损失保障整体视觉保真度，边缘保持损失强制轮廓结构完整性，平坦色块均匀损失则约束色块内颜色一致性。三者联合优化，使网络在学习过程中自动聚焦于卡通渲染的核心艺术特征，避免过度拟合噪声或模糊关键线条。该损失设计对应技术方案中的掩膜与图先验，确保最终输出图像在保留原风格语义的同时，实现结构清晰、色彩均匀、边缘锐利的增强效果。