[發明專利]一種基于光參數估計的圖像高光補償方法

在審

• 申請號: 201910247022.0
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109978793A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 喬玉晶;張思遠;趙宇航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于光參數估計的圖像高光補償方法，包括如下步驟：

(1)根據朗伯模型對拍攝對象進行局部光照方向估計：

(1a)通過對物體表面點法矢量和光源方向法矢量的計算，對反射圖方程進行微分和求矩，估計出光源方向的方位角τ；

(1b)分析物體表面與光源的位置關系，估計出光源方向的傾角δ；

(2)通過光強與像素的關系對光照強度進行估計；

(3)依照光參數估計值修正光源位置：

通過估計出的光照參數識別出高光區域并作進一步均光處理；

(4)重新拍攝出物體光照均勻的圖片:

根據估計出的光照參數，重新設置光源位置，拍攝均勻光照的物體圖片。

2.根據權利要求1所述的一種基于光參數估計的圖像高光補償方法，其特征在于：所述步驟(1a)具體如下：

采用朗伯模型作為參照，設物體表面點法矢量的方位角為α＝α(x,y)，傾角為β＝β(x,y)，可得灰度反射圖方程：

其中n＝[n_x,n_y,n_z]＝[cosαsinβ,sinαsinβ,cosβ]，為物體表面的點單位法矢量，s＝[s_x,s_y,s_z]＝[cosτsinδ,sinτsinδ,cosδ]，為光源方向的單位法矢量，p和q分別為被拍攝物體區域沿x和y軸的斜率。

取Ω為球坐標空間，對灰度反射圖方程進行多次不同方向的求導，有：

其中，表示不同方向的微分；表示微分方向因子，可以由圖像中每個點的鄰域計算獲得，為可知量；表示點(x_i,y_i)處的光照估計值，整理如下：

R則由(4)式推出：

其中R_xy{}為鏡面反射中所有點計算出的均值，則光源方向的方位角為：

3.根據權利要求1所述的一種基于光參數估計的圖像高光補償方法，其特征在于：所述步驟(1b)具體如下：

由物體表面點法矢量的方位角α和傾角β相互獨立，則二者的聯合概率密度為：

P_αβ＝f_α·f_β (6)

其中f_α，f_β分別為α、β的概率密度函數，實際采集的灰度反射圖的方程如(7)所示：

E(α,β)＝max{0,cos(α-τ)sinβsinδ+cosβcosδ} (7)

然后分別求灰度反射圖方程的一階和二階中心矩，有：

由式(8)可知，都只是δ的函數，令則f(δ)單調遞減，故δ可由式(8)估計出。

4.根據權利要求1所述的一種基于光參數估計的圖像高光補償方法，其特征在于：所述步驟(2)具體如下：

基于朗伯模型的成像模型如下：

F(x,y)＝R(x,y)×L(x,y) (9)

其中F(x,y)表示一幅指定圖像，R(x,y)表示所要拍攝的物體的反射率與表面點法向量的乘積，L(x,y)表示光源強度。可將(9)式變形為：

即光源處的光照強度L由(10)式得出。

5.根據權利要求1所述的一種基于光參數估計的圖像高光補償方法，其特征在于：所述步驟(3)具體如下：

將所述(5)、(8)、(10)式所估計出的方位角τ、傾角δ和光照強度L作為解決高光圖像的三個影響因子，其中由方位角τ和傾角δ確定光源位置，使得物體感光更均勻，光源的發光強度為L時，高光現象得到很好的改善。

將待測物體的高光區域分九個方向進行光照方向估計，然后將光照方向的估計值作為修正的光源位置，并且將光照強度估計值生成點集，舍棄粗大誤差，較大數值點集視為高光區域，將此區域的光照強度進行削弱并做均值處理；較小數值點集視為弱光區域，將此區域的光照強度進行增強并做均值處理，這樣就得到了光照均勻的待測物體圖片。