[發明專利]一種基于深度的圖像霧效模擬方法

無效

• 申請號: 201310428888.4
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103500460A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 樊鑫;高仁杰;王祎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及計算機視覺領域，具體的涉及一種基于深度的圖像霧效模擬方法。

背景技術

近些年來，在計算機視覺領域，視覺效果與視覺特效的熱度不斷增加。視覺效果是色彩關系的組合構成，是視覺藝術的一種重要的表現形式。視覺特效是一種通過對原始圖像進行計算機生成圖像合成，從而得到超出原本表現力圖像的方法。視覺效果與視覺特效已經被廣泛應用于影視領域，游戲領域，動漫領域等多個領域。尤其在影視領域與游戲領域中，使用3D場景效果的興起便是視覺效果與視覺特效的標志之一。

在這之中，作為基本自然場景的霧效場景是影視游戲中不可或缺的組成部分。目前，霧效場景的生成主要集中在3D領域，對于影視游戲中3D霧效場景的生成大多基于物理的大氣散射模型，該物理模型理論簡單，適用性廣泛，在3D霧效場景模擬上取得了一定成果。

而2D霧效模擬即圖像霧效的模擬，也具有相當的重要性。一方面，在追求視覺效果與視覺特效的方向上，霧效的添加已經是一種常用的手段，其常用來淡化模糊圖像的對比度，增加圖片的美感。另一方面，在近些年來，霧霾災害愈發嚴重，對于霧霾災害的研究及相應的對策開發已經越來越被人們所重視。然而自然場景中的霧霾分布情況復雜，牽涉到了很多復雜的物理光學模型計算，對于研究的起步是重大的阻礙。因此，基于簡單模型的霧效場景的模擬圖像有利于研究的開展，并可作為后期的優化，對比對象。

但是對于2D霧效模擬即圖像霧效的模擬，目前并沒有太多的相關研究。在追求視覺效果與視覺特效的方向上，一些功能強大的商用軟件也并未嵌入直接的霧效模擬功能，而且這些軟件對用戶自身要求較高，且操作復雜，并不具備通用性。對于圖像與霧相關的計算機視覺領域的研究處理，目前大多集中于除霧方向。在霧效模擬方向上，一種基于暗原色通道先驗的霧效數字濾鏡方法（201210090996.0）和一種基于人工交互的彩色霧效生成方法（201310113858.8）均必須使用有霧圖像作為原始圖像，這大大局限了方法的適用范圍。

發明內容

本發明提供了一種基于深度的圖像霧效模擬方法，解決了現有技術的不足，該方法僅僅需要任意圖像及其對應的深度，在利用基本大氣散射模型的基礎上，結合引導濾波優化就能夠獲得良好的霧效模擬圖像，計算快速且使用空間小，具有良好的適用性和魯棒性。

本發明采用的技術方案：

一種基于深度的圖像霧效模擬方法，在利用基本大氣散射模型的基礎上，結合引導濾波優化對附帶深度的自然場景圖像進行處理，可快速生成其霧效模擬圖像。

一種基于深度的圖像霧效模擬方法，包括人工交互最大能見度透射率及大氣光顏色值，深度歸一化及優化，深度轉化透射率，深度霧效模擬四部分。具體步驟如下：

第一步，人工交互最大能見度透射率及大氣光顏色值

按照以下公式設置最大能見度透射率，大氣光顏色值：

t_max＝t_set????（1）

I_light＝(R_set,G_set,B_set)????（2）

其中t_max為最大能見度透射率，t_set為人工交互設定的透射率值，取值范圍0～1。I_light為大氣光顏色值（RGB值），R_set,G_set,B_set為人工交互設定的RGB值。最大能見度透射率決定霧效模擬的濃度，大氣光顏色值決定霧效色彩組成結構。

第二步，深度歸一化及優化

按照以下公式對深度進行歸一化：

D＝D/max(D)????（3）

其中D為深度矩陣。歸一化后利用引導濾波對深度優化，以修正其邊緣效應。

第三步，深度轉化透射率

根據大氣散射模型公式：

trans(x)＝e^-βd(x)????（4）

其中trans為透射率，e為自然常數，β為透射系數，d為距離。可知透射率與深度之間存在指數比例關系，推導透射率公式可得：

T＝(t_max)^D????（5）

其中T為透射率矩陣。

第四步，深度霧效模擬

將源圖像，透射率圖，大氣光代入以下大氣散射模型公式得到霧效模擬圖像：