艺术图像美学评分系统的设计与实现

徐焕旻

（四川大学计算机学院，成都 610065）

0 引言

对于每一件艺术作品，除了它的艺术家赋予它的风格特征和创造力，它自身也需要有符合大众美学的视觉效果和普遍性的社会意义。针对图像的大众美学[1]，主要可以从两个方面来看待。首先是主观美，站在每个人的主观视角上对图像进行审美，它的审美结果一般都遵循着人们自身的喜好特点和价值观，不同的人拥有不同的主观意识，对同一种图像的审美结果可能会大相近庭，无法进行量化。另一种则是客观美，显而易见，区别于主观美，客观美的评价标准基于大众化的审美，代表了大多数人群的审美标准，然后对标准用数字性的严谨的表达方式进行量化，精确地传递审美信息。让计算机对图像的客观美进行分析和评分，是非常具有意义的事情。

当今社会，人们对于色彩学的研究与运用已进行了很长一段时间，从最初原始色彩学的运用到现在色彩学研究与实践的数字色彩语言[2]整合，这之间还经历了很长时间的色彩概念形成和色彩标准体系的建立，如今色彩学可以运用在社会的各行各业。而且在数字图片操作项目中色彩学有着很多杰出的成果，比如：Adobe Photoshop CS软件、美图秀秀、图像绘画程序等。但是目前网络上，还没有成熟的针对图像评分的系统出现，大部分对图像评分算法的探讨和设计，也是主要针对图像的质量，评估图像的失真程度，而不是针对图像的美感。

本文主要介绍一个基于Web的艺术图像美学评分系统，我们通过对色彩学的研究和学习以及对于大众审美标准的调查和统计，开创性地制定了一套针对图像色彩的美学评价标准，取出色彩的三个主要属性：明度、纯度和色调，并用严谨的数学方式将它们进行量化，从而达到艺术图像美学评分的效果。最后我们设计和开发了一个简洁高效的围绕评分算法的网站，让大众有机会利用计算机和客观标准体验不一样的艺术鉴赏方法。

1 相关技术

1.1 艺术图像美学评分算法

我们利用基本美学原理，将色彩作为影响视觉审美感受的重点参考因素，并基于蒙赛尔色彩体系[3]将画面色彩作为评价对象。蒙赛尔色彩体系用色调、明度和色度这三个因素来判别颜色，可以从各个方位定义几乎所有的色彩。

在本算法设计中，采用RGB色彩空间来模拟蒙赛尔色彩体系，并利用一系列方法模拟出评分标准：

首先，蒙赛尔体系中的明度由RGB值转化为灰度值后进行代替，其中利用到色彩心理学公式：Gray=0.299*R+0.587*G+0.114*B。Gray就代表最后计算得出的灰度值，R,G,B分别为RGB值中的红、绿、蓝三色像素点值，得出的灰度值范围是0-255。因为最终需要设计评分，将Gray值在原先基础上除以25.5，就可以得到以10分为满分，0-10的最终灰度评分。再参考视觉艺术审美标准，按照一定比例给出高中低三种明度的具体得分，最后加权相加，得到图像明度的最后得分。

其次，蒙赛尔体系中的纯度则根据每个像素点的RGB值的取值范围来判断，为了提取图像的纯度信息，将图像的纯度划分成复色、间色和原色这三个区段。原色是指红色即RGB值为（255,0,0）、黄色即RGB值为（255,255,0）和蓝色即 RGB 值为（0,0,255）这三种颜色，也就是三原色，这三种颜色的纯度是最高的。间色则是由三原色中的任何两种颜色调和而成的颜色。最后复色是由三种原色即红绿蓝调和而成的颜色。再根据一定比例给出复色、间色和原色的具体得分，最后得到图像纯度的最终得分。

最后，蒙赛尔体系中的色相则必须将RGB值与十进制值进行转化之后进行进一步的判断。在提取画面色相信息时，将其划分为六个区段，即红色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色；另外，还根据艺术审美标准，定义了黑白灰辅助评分区段。并和上面一样，设计比例，得出图像色相的最终得分。

计算出画面的纯度、明度和色相就可以提取出画面的色彩特征。

1.2 Java语言和 J2EE

J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition）[4]是一种利用Java 2平台来简化诸多与多级企业解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构，其基础就是核心Java平台。J2EE不仅巩固了Java标准版中的许多优点，还结合了Java中Web开发的所有方面，如JSP（Java Server Pages）、Servlet、JDBC（Java Data Base Connectivity）等。

本系统网络平台完全基于J2EE进行开发，利用其特点完成了网站的异步消息通讯、目录服务、数据库访问、Web服务等功能。J2EE的不同层次给系统提供了所需要的不同的支持，从而大大降低了最终系统的开发量，并提高了系统的质量。

2 系统设计

2.1 系统目标

本文设计系统希望能够提供给用户一个简便高效的艺术图像审美评价平台，意在使用户可以利用计算机体验客观量化的艺术图像审美评价。目标是完成所有系统设计，并将系统实现，提供给用户使用所有完整的功能。

2.2 系统总体架构

图1 系统总体架构

系统总体架构如图1所示，在系统网站建设中，我们将系统网站结构分为三层。

表现层主要负责数据展示和信息的交互，主要是Web Server。Web Server负责接收用户请求，根据请求类型将请求转发给应用服务器，然后将应用服务器处理的结果返回给用户。其具体包括和用户交互的前端页面，展现艺术图像审美评分系统的所有功能，提供给用户选择按钮。同时也提供数据展示，系统地展示算法处理后的评分结果。

应用层封装了各应用子系统的业务逻辑。业务层与用户交互的功能运行在J2EE应用服务器中。业务层和数据层之间通过中间支撑层进行交换数据。其实现网站应用功能，并提供标准的开发接口，使得各模块，各应用之间可以相互支持。

数据层实现网站发布、服务、认证数据的存储和管理。

3 系统实现

系统总体功能流程图如图2所示，主要包括图片上传模块和艺术图像审美评分模块。

系统类图如图3所示，其中Picture类负责接收上传的艺术图像和图像名称。ImageEvaluator类负责实现艺术图像审美评分的算法，其中getLightness、get⁃Shades、getPurity方法分别可以获得明度，色相和纯度的评分，而getTotal方法可以通过计算得出各部分总分。AutoScoreServlet类主要用于实现Servlet接口，前端网页交互和数据传输。

图2 总体流程图

图3 系统类图

3.1 图片上传模块

用户点击页面中的选择按钮，在计算机中选择需要上传的图片，点击确认，系统判断上传图片是否符合规格，不符合则报错重新上传，如果符合，系统将图片上传至服务器，同时记录好图片名称，并跳转到下一界面。

在Servlet 3.0[5]中，文件上传不需要第三方开源组件，Servlet已经为其提供了原始支持，我们使用Servlet3.0中的API实现文件上传。需要注意的是，编写图片上传代码前，我们需要使用注解@MultipartCon⁃fig来将这部分Servlet标识为支持文件上传。

3.2 艺术图像美学评分算法模块

本模块主要功能是根据上传图片，获取图片RGB信息，分别使用明度，纯度和色相评分算法计算出得分，呈现给用户。

其中明度评分按照色彩心理学公式得出灰度值，将灰度值调整为0-10，由灰度值可以对明度信息进行量化。参考色彩学原理相关资料，划分成5个区间，10是纯白，7-9是高明度，4-6是中等明度，1-3是低明度，最后0是纯黑。根据艺术图像审美规则和群众调研，我们发现最优图像各明度比例应该为：低明度所占比例为25%，中等明度所占比例为50%，高明度所占比例为25%，黑白像素点之和所占比例要求为5%以内。

而画面纯度表示的是画面色彩的相对丰富程度。三原色红黄蓝的纯度是最高的。三原色两两之间调和为间色，纯度位于其中，三种原色相和的复色纯度最低。调和的颜色越多，其画面的纯度就越低，颜色也就更加丰富。通过对色彩学原理的深入学习，为了提取画面的纯度信息，将画面的纯度划分成复色、间色和原色这三个区段，同时确定了一个纯度最佳值标准：在整个图像画面中，原色占比10%，间色占比40%，复色占比50%。

最后，色相对于画面色彩来说，其特征是最为重要的。红色区段、黄色区段、绿色区段、青色区段、蓝色区段和紫色区段这六大评分区段加上黑白灰辅助评分区段，构成了整个色相评分得标准。想要得到良好的画面色彩效果，我们希望图像的主题颜色不超过三种，其余颜色占很少的部分。根据这种规律，我们做了一个主观上的限定，规定画面中占比最大的三种颜色为1号色，2号色，3号色，其中1号色占比50%，2号色占比25%，3号色占比25%，其余颜色占比约为10%。

在获取明度数据时，我们遍历图像中所有的像素点，根据像素点的灰度值进行分类统计，就可得出高中低明度和黑白像素的数量；获取纯度数据时，我们同样遍历所有像素点，根据像素点的RGB值，分析出其属于原色间色还是复色；获取色相数据时，我们将图中最多的三种颜色提取出来用于评分，其他颜色同样记录下来用于展示。分别得到明度、纯度、色相的最佳比例后，根据图像画面信息实际上所占整体画面的比例与最佳值的差异，遵循一定比例值，得到最后的每一项的得分，并得到总体得分的公式：

图4 模块类图

该模块类图如图4所示，其中CalculateImgShades，CalculateImgPurity，CalculateImgLightness三个类分别代表计算图片色相、纯度和明度的类，计算出输入图片的色相，纯度和明度所需信息并求出具体得分，然后，由ImageEvaluator类调用其他三个类，得到最终得分。

4 结语

本文设计并实现了基于Web的艺术图像美学评分系统，用户可以选择具有一定艺术特征和审美价值的素材，利用系统提供的算法，对艺术图像进行量化评分。使用计算机对图像进行客观量化的评分，是艺术发展的必经之路。艺术不仅需要积累和沉淀，也需要利用现代技术对其进行改造，这样才能促进艺术健康发展。本文实现的系统只是一个尝试和开端，我们会在算法的适用性、评分的合理性、系统的功能等方面做出更多的改进和努力，也希望有越来越多的研究学者对这一方面做进一步的研究。