大分工業高等専門学校紀要

第 51 号(平成 26 年 11 月)

ノンフォトリアリスティックレンダリングのための逆バイラテラルフィルタによる墨絵風画像

平岡透1

1情報工学科

We introduce a non-photorealistic rendering technique for generating indian-ink drawing-like images fromphotographs. Indian-ink drawing-like images have a touch different from the traditional chinese-ink painting. In
this letter, indian-ink drawing-like images are generated with inverse bilateral filter and an idea of unsharp mask.
In order to evaluate the performance of our method for generating indian-ink drawing-like images, we conduct
experiments using some example images.

キーワード : ノンフォトリアリスティックレンダリング，墨絵，逆バイラテラルフィルタ，アンシャープマスク，非等方フィルタ

１．はじめに現在，写真画像を貼り絵や油絵，鉛筆画などのような画像に変換するノンフォトリアリスティックレンダリン
グの研究 1）2）3）が数多く行われている．同じく水墨画のノンフォトリアリスティックレンダリング法の研究もこれまでに数多く発表されている４）5）6）が，それらは中国の伝統的な水墨画を模倣したものである．本稿では，それらの水墨画とは異なるタッチの水墨画として，図-1 に示すような墨絵を模倣するノンフォトリアリスティックレンダリ
ング法を提案する．

図-2 レナの画像

墨絵は，主に筆でなぞった線によって構成され，筆のかすれもある．また，主に黒色などの単色で構成され，中間色の数が少なく，当然コントラストが高い．そのため，提案法は，まず筆でなぞったような線を表現するために，写真画像を非等方フィルタ 2）を用いて流れのある滑らかな画像に変換する．その後，逆バイラテラルフィルタ 7）とアンシャープマスクの考え方を組合せた反復処理によって墨絵風画像を生成する．提案法と類似した処理として，バイラテラルフィルタを数回かけた後にアンシャープマスクを数回かけることによってモアレ風画像を生成する
処理 8）（以下，従来法）が提案されている．しかし提案法
では，バイラテラルフィルタの代わりに逆バイラテラルフ
ィルタを用い，逆バイラテラルフィルタとアンシャープマスクを交互にかけることによって，従来法とは異なる効果を発生させる．提案法によって生成された墨絵風画像は，
図-１

墨絵の例

反復処理が進むにつれて輪郭線部からコントラストの高―28―

大分工業高等専門学校紀要

第 51 号(平成 26 年 11 月)ある．この反復処理では，逆バイラテラルフィルタによって画像の輪郭線部を強調し，一方で画像の輪郭線部以外では変化を最小限に止め，アンシャープマスクによって輪郭線部から二値画像に近づけていくことになる．このため，墨絵風画像では，輪郭線部に筆でなぞった線が生成され，筆でなぞった線にかすれも残る．
この反復処理の手順を以下に示す．
①

非等方フィルタの処理後の画像の座標を (i, j ) ，画素値を bi , j とする．

図-3 非等方フィルタ処理後の画像②( t 1)

画像の画素値 d i , jを式(1)の逆バイラテラルフィ

ルタを用いて計算する．
iw

い二値画像に収束し，筆でなぞった線が輪郭線部に生成さd i(,tj1)  d i(,tj) れ，筆のかすれも表現された画像になる．提案法の有効性jw

 s dk i  w l  j  w

を検証するために，図-2 に示すレナの画像を用いた実験を

iw

(t )
k ,l(t )k ,ljw

 s k(t,l)

 bi , j(1)k i  w l  j  w

行い，各種パラメータを変えた場合に生成される墨絵風画

s k( t,l)  e

像の変化を確認する．また，レナの画像以外のいくつかの (( i  k ) 2  ( j  l ) 2 )   ( d i(,t j)  d k( t, l) )風景画像にも提案法を適用して，生成される墨絵風画像のここで，t ( 0,1,2, ) は反復処理の回数である．反

見栄えを確認する．さらに，アンケート調査によって墨絵復処理の初期値は d i , j  bi , j とする．また， と (0)風画像の主観評価も行う．

は正定数， w はウィンドウサイズである．  は座
標 (i, j ) からの距離の影響を調節するパラメータであり，  の値が大きいほど座標 (i, j ) から離れてい２．方法る画素の影響を受けにくくなる．  は座標$(i,j)$の(t )画素値 d i , j との差の絶対値の影響を調整するパラ提案法は，大きく二つの処理で実行される．一つ目の処メータであり， の値が大きいほど画素値 d i , j との(t )理では，非等方フィルタを用いて写真画像を変換する．二差の絶対値の大きい画素の影響を受けにくくなる．

つ目の処理では，一つ目の処理で得られた画像を逆バイラ③

テラルフィルタとアンシャープマスクの考え方を組合せ( t 1)

画像の画素値 f i , jをアンシャープマスクの考え方を用いた式(2)で計算する．

た反復処理を用いて墨絵風画像に変換する．

f i ,(tj1)  2d i(,tj)  d i(,tj1)(1) 非等方フィルタ④

一つ目の処理で用いる非等方フィルタは，バイラテラル⑤フィルタ 9）の空間的重みを画素値の勾配に基づいて非等(2)d i(,tj1)  f i ,(tj1) として，式(1)と式(2)を T 回繰り返す．
g i , j  255  f i ,(Tj ) として得られた画像が墨絵風画像となる．

方にして勾配と垂直方向に平滑化するもので，エッジを保存して縞模様を強調する．非等方フィルタの詳細は，文献$2)$を参照されたい．図-2 のレナの画像を非等方フィルタ

３．実験を用いて変換した画像が図-3 である．図-3 のレナの髪や帽子の羽毛飾りを見ると，流れのある滑らかな画像に変換されていることがわかる．

まず，図-2のレナの画像に提案法を適用し，各種パラメータを変えた場合に生成される墨絵風画像の変化を確認する．その後，レナの画像以外のいくつかの画像にも提案法を適用して，生成される墨絵風画像を確認する．さらに，(2) 墨絵風画像の生成アンケート調査によって墨絵風画像の主観評価も行う．

墨絵風画像は，逆バイラテラルフィルタとアンシャープマスクの考え方を組合せた反復処理によって生成される．
逆バイラテラルフィルタとは，バイラテラルフィルタでぼ(1) レナの画像での実験
512×512画素の大きさで256階調のレナの画像に提案法かされた画像を元に戻すものである．この処理は，画像鮮を適用した．

鋭化と似ているが，鮮鋭化は画像を強調するのに対して，最終の反復処理の回数 T を変えることによって生成さ前の鮮鋭な画像に戻す逆問題として定式化される点が異れる墨絵風画像の変化を調べた．このとき，   0.01 ，なる．アンシャープマスクとは，画像鮮鋭化を行うもので  0.01 ， w  20 とした．この結果を図-4に示す．図-4―29―

大分工業高等専門学校紀要

第 51 号(平成 26 年 11 月)

 による墨絵風画像の変化（   0.01 ，   [0.1,0.01,0.001] ）図-4 反復回数による墨絵風画像の変化（ T  [3,6,9,12] ）図-6

 による墨絵風画像の変化（   0.1 ，   [0.1,0.01,0.001] ）図-5

 による墨絵風画像の変化
0.
001（，   [0.1,0.01,0.001] ）図-7の左上の画像が T  3 ，右上の画像が T  6 ，左下の画像
が T  9 ，右下の画像が T  12 の場合である．図-4より，ある．図-5から図-7の左上の画像が   0.1 ，右上の画像

T の値が大きくなるにつれて，輪郭線を保存しながら筆のが   0.01 ，下の画像が   0.001 の場合である．図-5かかすれも現れ，二値画像に近づいていくことがわかる．

ら図-7より，  と  の値が大きいほど，より細い筆を使 と  の値を変えることによって生成される墨絵風画像の変化を調べた．このとき， T  10 ， w  20 とした．
この結果を図-5から図-7に示す．図-5の画像が   0.1 ，ったような墨絵風画像が生成されることがわかる．また，

 の値が小さいほど，少ない反復処理の回数 T で二値画像に収束することがわかる．

図-6の画像が   0.01 ，図-7の画像が   0.001 の場合で―30―

大分工業高等専門学校紀要

第 51 号(平成 26 年 11 月)

図-10 提案法処理前後の画像（杵築城）

観光名所の風景画像は，宇佐神宮，原尻の滝，杵築城の3枚である．ここで，3.1節の実験と同様にして， w の値を20で固定して，  の値を0.1，0.01，0.001，  の値を0.1，0.01，0.001， T の値を1から15まで変えて，そのなかで最図-8 提案法処理前後の画像（宇佐神宮）

も図1の墨絵の風合いに似た結果を与えるパラメータの値として，  0.01 ，   0.01 ，T  10 ， w  20 とした．
この3枚の観光名所の風景画像と提案法によって生成された墨絵風画像をそれぞれ図-8から図-10に示す．図-8から図-10の上または左の画像が原画像であり，下または右の画像が墨絵風画像である．図-8から図-10より，筆でなぞった線と筆のかすれのある良好な墨絵風画像が生成されていることがわかる．
(3) アンケート調査
30名の被験者に対して，提案法によって生成された図-8から図-10の墨絵風画像と図-1の墨絵を比較して，"大変似ている"，"似ている"，"どちらともいえない"，"似ていない"，"まったく似ていない"という5段階で評価してもらう
アンケート調査を行った．30名の被験者の内，男が24名，女が6名であり，学生（18歳から20歳）が26名，教職員が4名（30代が2名，40代が1名，60代が1名）であった．被験者には，全体的な印象や筆の運びと墨のかすれの具合などを比較して回答させた．
アンケート調査の結果，"大変似ている"が3名，"似ている"が10名，"どちらともいえない"が11名，"似ていない"が5名，"まったく似ていない"が1名という回答が得られた．

図-9 提案法処理前後の画像（原尻の滝）"大変似ている"を5点，"似ている"を2.5点，"どちらともいえない"を0点，"似ていない"を-2.5点，"まったく似ていない"を-5点として得点を計算すると平均が0.75点になるの(2) 他の画像での実験
大分県内の観光名所の風景画像（800×480画素または480×800画素，256階調）に対して，提案法を適用した．

で，提案法によって生成された墨絵風画像は人が描いた墨絵をある程度表現できていると評価する．

―31―

大分工業高等専門学校紀要

第 51 号(平成 26 年 11 月)

４．まとめComputer Craphics & Applications, Vol.10, No.3, pp.74-81,
1999.

墨絵風画像を生成するノンフォトリアスティックレン

5) D-L. Way and R. Z-C. Shin: The Synthesisi of Rock Textures

ダリングの方法を提案し，レナの画像といくつかの風景画

in Chinese Landscape Painting, Computer Graphics Forum,

像を用いた実験を通して，提案法の有効性を検証した．まVol.20, No.3, pp.123-131, 2001.

た，提案法で使用する各種パラメータを変えた場合に生成

6) 佐藤陽悦，藤本忠博，村岡一信，千葉則茂：ポリゴンされる墨絵風画像の変化と反復処理の回数によって生成ベース幾何モデルの水墨画調レンダリング法，情報処される墨絵風画像の発生の過程を確認した．さらに，アン

理学会技術報告，グラフィックスとCAD，Vol.35，pp.

ケート調査によって墨絵風画像の主観評価も行った．

37-42，2001．

今後の課題は，より多くの画像で実験を行い，提案法に7) 于子涵，周渓陽，常セン，小野直樹，井上光平，原健

改良を加えることである．また，写真画像に応じた最適な二，浦浜喜一：逆バイラテラルフィルタによる画像のパラメータの自動設定の方法を考えることも今後の課題

ぼけの修復，画像の認識・理解シンポジウム，IS2-44，である．

2012．
8) 平岡透，浦浜喜一：バイラテラルフィルタによるモアレ風画像の生成，映像情報メディア学会誌，Vol.67，No.1，

参考文献
1) 牧野大輔，井上光平，原健二，浦浜喜一：紙の厚みとテクスチャを考慮した貼り絵風画像の生成，映像情報

pp.J74-J77，2013．
9) C. Tomasi and R. Manduchi: Bilateral Filtering for Gray andメディア学会誌，Vol.60，No.7，pp.1072-1076，2006．

Color Images, Proc. ICCV, pp. 839-846, 1998.

2) 井上光平，浦浜喜一：非等方フィルタによる鉛筆画風
画像と油彩画風画像の生成，映像情報メディア学会誌，Vol.58，No.10，pp.1470-1475，2004．
3) 井上光平，浦浜喜一：3D物体の鉛筆画風画像の生成，
映像情報メディア学会誌，Vol.60，No.10，pp.1648-1651，2006．
4) J. Lee: Simulating Oriental Black-Ink Painting, IEEE―32―(2014.9.30受付)