随着数字媒体技术的快速发展,人们可以容易的获取数字图像信息,同时也刺激了图像编辑技术的发展。尽管现今已经存在着许多图像编辑方法,但现有研究和专业的图像编辑软件(如Adobe Photoshop^c?)都没有明确提供一个方法实现单张图片上的内容自交换。在本文中,我们开发了一个直接执行图像区域交换的软件:PatchSwapper。该软件的核心技术是一个基于极坐标的像素点连接图模型的全新算法。该算法自动在用户指定的区域上寻找出一对最佳的相互交换区域的不规则边界以实现像素块无缝对调,完全避免了传统方法中由于交换之后边界附近颜色的不连续的问题。用户可以简单地确定一对候选区域或通过草图指定任意边界;然后,系统将自动且最佳地执行在选定区域上的交换。此算法对变换与非变换的图像块都能自动实现最优交换:对于非变换图像块,算法基于CPU多线程技术实现了全实时的编辑速度,此外,本文还提出一种基于局部+全局颜色内容相似性度量的推荐算法,来帮助用户轻松定位潜在的可交换区域。对于考虑了旋转与缩放变换的像素块,算法自动搜索出最佳变换组合以在源位置和目标位置上输出更为有趣的外观变化结果。为了完美解决交换块内部颜色与光照不相容的问题,在交换之后引入了Poisson图像融合技术进一步消除了细微瑕疵。在应用方面,PatchSwapper不仅可以交换单幅图像中任意形状的物体,还可以完成其他一些图片处理功能,例如图像组合和补全。使用PatchSwapper做了一系列的图像编辑实验后的结果表明,PatchSwapper能通过简单地交换图像块位置来获得较大的内容变化,无需输入额外图片。从数据角度来看,这也证明了本研究工作起始之处的猜测:即常见的图像往往包含着许多潜在的可交换区域。对于考虑了变换的图像块,该算法往往能输出结构协调内容更丰富的交换结果。最后PatchSwapper与目前最强的PatchTable等图像合成算法进行了比较,结果证明块交换技术可在消费级CPU上以更快的效率实现同等乃至更优质量的结果。