[發(fā)明專利]一種圖像散景效果的生成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010279057.1
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN101968880A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳佳澤;鄭昌文;胡曉惠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院軟件研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 馮藝東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機圖形學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種具有照片級真實感的散景效果模擬方法，該技術(shù)能夠模擬由相機鏡頭的孔徑光闌和漸暈光闌所引起的散景效果。

背景技術(shù)

在攝影學(xué)中，散景(bokeh)效果是一種焦外高亮部分(包括點狀光源)在照片上逐漸模糊的現(xiàn)象，又稱為焦外成像。散景效果常在具有淺景深的相機鏡頭中出現(xiàn)，如大孔徑鏡頭、微距鏡頭或長焦鏡頭。不同的鏡頭會在照片的前景或背景中產(chǎn)生不同的散景效果，這些效果因鏡頭光學(xué)特性的不同而具有各種不同模糊圈形狀和光強分布。這些照相鏡頭通過生成散景效果以增強照片離焦模糊區(qū)域的藝術(shù)效果。許多鏡頭廠商(如尼康、佳能等)專門設(shè)計了一些鏡頭，以幫助攝影師更加容易的拍攝散景效果。利用這些鏡頭，攝影師能夠在他們的藝術(shù)作品中加入各種散景效果，以強調(diào)照片中的特殊部分，吸引觀眾的注意力，或者增強照片的藝術(shù)感。在計算機合成的圖像中，加入散景效果能夠增強圖像的真實感、改善深度視覺和用戶理解。

近年來，計算機圖形學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)不少關(guān)于光學(xué)成像效果繪制的研究成果，如眩光、景深、散景等。眩光效果是一類與衍射相關(guān)的波動光學(xué)現(xiàn)象，針對這類效果的繪制算法主要以波動光學(xué)的衍射理論為基礎(chǔ)，結(jié)合相機或人眼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的衍射效應(yīng)，繪制出光芒四射的眩光效果。景深效果是一種與鏡頭孔徑大小、焦距和物距有關(guān)的幾何光學(xué)現(xiàn)象，針對這類效果的繪制算法以幾何光學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合針孔相機模型或薄透鏡模型，繪制出具有背景或前景模糊的效果。散景效果與景深類似，但其形成的光學(xué)原理更加復(fù)雜，不僅與鏡頭孔徑大小、焦距和物距有關(guān)，還與相機鏡頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要包括相機鏡頭內(nèi)的孔徑光闌和漸暈光闌。目前，繪制散景效果的方法可分為兩類：第一類是基于圖像的繪制方法，這類方法使用圖像后過濾技術(shù)(如基于空間卷積的收集法和基于彌散圈的散射法)，對由標準繪制算法繪制的圖像(也可以是實際相機拍攝的圖像)進行處理，以繪制出散景效果。這類方法的優(yōu)點是無需建立三維場景，避免了繁瑣的建模過程，節(jié)省大量的時間，繪制速度較快。通過與層組合技術(shù)和硬件加速技術(shù))結(jié)合，基于圖像的繪制方法可以實現(xiàn)散景效果的實時渲染。但是這類方法使用了針孔相機模型或具有有限孔徑的單透鏡模型，不能精確模擬相機鏡頭的成像過程，也不能繪制出由孔徑形狀和漸暈共同作用的散景效果。第二類是基于分布式光線追蹤的繪制方法，這類方法首先建立三維場景，然后利用分布式光線追蹤技術(shù)對三維場景進行采樣，以繪制出散景效果。這類方法可以繪制出較為精確的散景效果，但由于采用的是針孔相機模型，因此同樣不能精確模擬相機鏡頭的成像過程，也不能繪制出由孔徑形狀和漸暈共同作用的散景效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有方法的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像散景效果的生成方法。本發(fā)明以分布式光線追蹤方法和精確的相機鏡頭模型為基礎(chǔ)生成圖形，是一種基于幾何光學(xué)理論的散景效果的生成方法。該方法以序列光線追蹤方法建立精確的相機鏡頭模型，以模擬不同形狀的孔徑光闌和漸暈對散景效果的影響；并利用幾何光學(xué)理論和序列光線追蹤法精確計算出出射光瞳的位置和大小，以提高光線追蹤效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種圖像散景效果的生成方法，其步驟為：

1)根據(jù)相機鏡頭中光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)信息，利用光線追蹤方法計算出出射光瞳的位置和出射光瞳的孔徑；

2)將計算出的出射光瞳的位置和孔徑加入到該相機鏡頭的結(jié)構(gòu)信息中；

3)順序并逐個取出該相機鏡頭中光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)信息，計算相機光線與當前所取元件的交點、以及經(jīng)該元件后的光線方向，得到能夠通過該相機鏡頭的出射光線；

4)光線追蹤繪制模塊利用步驟3)所得的出射光線生成該相機所拍圖像的散景效果。

進一步的，所述光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)信息包括：光學(xué)元件的半徑、厚度、折射率、孔徑。

進一步的，所述出射光瞳的位置和出射光瞳的孔徑的計算方法為：

1)設(shè)點P₀的初始化值為該相機鏡頭的像平面中心、點P_min的初始化值為該相機鏡頭的后透鏡中心、點P_max的初始化值為該后透鏡邊緣上一點，光線R_min初始化為從點P₀到點P_min，光線R_max初始化為從點P₀到點P_max，光線R初始化為光線R_max；