[發(fā)明專利]一種基于平行光類比的主動(dòng)光照重現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011090155.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN112381917B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮偉;張乾;萬(wàn)亮;王英銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T15/50
• 分類號(hào): G06T15/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 韓帥

1.一種基于平行光類比的主動(dòng)光照重現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法通過(guò)主動(dòng)光照重現(xiàn)模型減少對(duì)輸入圖像數(shù)量要求，以實(shí)現(xiàn)物理真實(shí)的光照成像條件恢復(fù)；所述主動(dòng)光照重現(xiàn)模型通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一，對(duì)參考圖像中的場(chǎng)景在不同光照條件下進(jìn)行多次拍攝，得到圖像集

步驟二，根據(jù)參考圖像I^ref和圖像集計(jì)算圖像中的場(chǎng)景法線信息N、反射率信息R、以及光照信息L^ref；

步驟三，根據(jù)場(chǎng)景法線信息N和反射率信息R，計(jì)算當(dāng)前圖像I_t中的光照信息

步驟四，將當(dāng)前光和參考光渲染到兩個(gè)相同的具有漫反射材質(zhì)的單位球上，得到兩個(gè)實(shí)時(shí)光照重現(xiàn)導(dǎo)航球B^ref和B_t；其中：

401、實(shí)時(shí)地將參考光L^ref和當(dāng)前光渲染到兩個(gè)相同的漫反射材質(zhì)的單位球上，得到實(shí)時(shí)光照重現(xiàn)導(dǎo)航球B_ref和B_t；

402、設(shè)定一個(gè)閾值T,將B^ref和B_t上像素值等于T的像素點(diǎn)選中，其中T表示圖像中所有像素值的中值，在兩個(gè)導(dǎo)航球上分別獲得導(dǎo)航圓形C^ref和C_t；

步驟五，根據(jù)當(dāng)前光和參考光對(duì)單位球的渲染差異，獲得最終指導(dǎo)光源運(yùn)動(dòng)的位移方向向量m_t和位移距離向量λ_t；其中：

501、計(jì)算導(dǎo)航圓形C_ref和C_t的面積A_ref和A_t，A_ref和A_t能夠體現(xiàn)光源到場(chǎng)景的距離，然后構(gòu)造向量和向量其中θ和分別為球坐標(biāo)系中的仰角和方位角；

502、計(jì)算其中sgn為符號(hào)函數(shù)，獲取位移方向向量m_t；

503、λ_t滿足如下公式：

其中，表示第t次迭代向量λ_t中3個(gè)值r，θ，中的一個(gè)，表示第t次迭代向量m_t中3個(gè)值r，θ，中的一個(gè)。μ是加速率系數(shù)，迭代的初始值λ₀需要人為設(shè)定；

步驟六，判斷光源重現(xiàn)過(guò)程是否完成，若重現(xiàn)完成則終止；若未完成則重復(fù)迭代步驟三至步驟六。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平行光類比的主動(dòng)光照重現(xiàn)方法，其特征在于，對(duì)參考圖像中的場(chǎng)景在不同光照條件下進(jìn)行多次拍攝，得到圖像集的具體方法為：

在主動(dòng)光源重現(xiàn)算法開始前，分別為場(chǎng)景提供K種不同的光照條件，并各自獲取場(chǎng)景的圖像，得到圖像集在實(shí)際操作中已經(jīng)證實(shí)，K值取12就能夠滿足重現(xiàn)條件。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平行光類比的主動(dòng)光照重現(xiàn)方法，其特征在于，根據(jù)參考圖像I^ref和圖像集計(jì)算圖像中的場(chǎng)景法線信息N、反射率信息R、以及光照信息L^ref的具體方法為：

利用參考圖像和場(chǎng)景圖像集共K+1張圖像，根據(jù)平行光模型以及,求解場(chǎng)景的表面法線信息N和反射率信息R、以及參考光信息L^ref；平行光模型可表示為其中S＝NL，運(yùn)算符號(hào)表示逐元素相乘公式中的I表示任意一張待計(jì)算圖像，S和L分別表示圖像I對(duì)應(yīng)的陰影信息和光照參數(shù)，R和N分別表示場(chǎng)景法線信息和反射率信息。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平行光類比的主動(dòng)光照重現(xiàn)方法，其特征在于，根據(jù)場(chǎng)景法線信息N和反射率信息R，計(jì)算當(dāng)前圖像I_t中的光照信息的具體方法為：

(1)參考圖像和當(dāng)前圖像中的場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息變化很小，可以認(rèn)為當(dāng)前圖像中的N和R與參考圖像相同；

(2)利用場(chǎng)景的表面法線信息N和反射率信息R,根據(jù)公式可求得陰影信息S，其中運(yùn)算符號(hào)表示逐元素相乘；然后再根據(jù)公式可求解求當(dāng)前圖像中的光照信息此處I_t表示當(dāng)前時(shí)刻相機(jī)獲取圖像。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平行光類比的主動(dòng)光照重現(xiàn)方法，其特征在于，判斷光源重現(xiàn)過(guò)程是否完成的具體方法為：

根據(jù)公式：

計(jì)算光照重現(xiàn)效果評(píng)價(jià)參數(shù)g_t；其中A(reg(C_t)∩reg(C_ref))指導(dǎo)航圓形C_ref和C_t相交區(qū)域的面積，A(reg(C_t)∪reg(C_ref))指導(dǎo)航圓形C_ref和C_t合并區(qū)域的面積；當(dāng)某一次迭代中的g_t大于設(shè)定的閾值η時(shí)，光照重現(xiàn)結(jié)束。