[發明專利]一種基于平行光類比的主動光照重現方法

有效

• 申請號: 202011090155.0
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112381917B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 馮偉;張乾;萬亮;王英銘
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T15/50
• 分類號: G06T15/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓帥

本發明公開了一種基于平行光類比的主動光照重現方法，以實現對光照差異魯棒的物理真實的相機空間位姿恢復光照，該方法通過主動光照重現模型實現如下步驟：在開始光照重現任務前，對參考圖像中觀測的場景在不同光照條件下進行多次拍攝，得到一個場景圖像集；利用場景圖像集和參考圖像計算得出場景的表面結構和反射率，以及參考圖像中的光照信息；由此可以計算得到當前圖像中的光照信息；將當前光和參考光渲染到兩個相同的具有漫反射材質的單位球上，并根據當前光和參考光對單位球的渲染差異，計算獲得光源運動的指導信息；最終根據運動指導信息控制光源運動實現光照條件重現；本發明能夠保證光照重定位的實時進行。

技術領域

本發明屬于人工智能、計算機視覺領域，涉及主動視覺技術，具體為一種基于平行光類比的主動光照重現方法。

背景技術

成像光照重現，旨在物理真實地將成像時的光照條件恢復到與拍攝參考圖像時一致。在表面材質信息獲取，歷史文化遺產預防性保護，微小變化檢測等計算機視覺領域的問題中，都扮演著重要的角色。

雖然目前對于光照重現問題的解決方法有很多種，但是他們基本都是基于合成(或者說虛擬)光源重現，也就是說將參考圖像作為輸入，以此為根據被動地虛擬合成目標光照條件。這種光照重現方法側重于保證當前圖像的視覺效果和參考圖像一致，并不具備物理真實性，這會對光照重現造成不可避免的誤差。并且，目前效果較好的虛擬合成光照重現技術需結合深度學習方法，因此通常需要至少數百張在多種光照條件下圖像作為訓練數據，此外這些方法也需要使用復雜的光照模型和大量的計算量來保證光照重現的準確度。綜上，現有虛擬光照重現方法無論從精度還是速度上都存在不足。

發明內容

本發明提供了一種基于平行光類比的主動光照重現方法，利用少量多光照條件的場景圖像和參考圖像計算參考圖像中的光照以及當前光照之間的差異，以此指導主動光源的位置調整，大幅減少了現有光照重現算法對輸入圖像數量的要求，同時有效減少了光照重現過程的時間花費，并且保證了光照重現的物理真實性。作為一種數據獲取手段，可以有效提高針對高值場景(如文物等)的微小變化檢測的精確度。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于平行光類比的主動光照重現方法，所述方法通過主動光照重現模型減少對輸入圖像數量要求，所述主動光照重現模型包括以下步驟：

步驟一，對參考圖像中的場景在不同光照條件下進行多次拍攝，得到圖像集

步驟二，根據參考圖像I^ref和圖像集計算圖像中的場景法線信息N、反射率信息R、以及光照信息L^ref。

步驟三，根據場景法線信息N和反射率信息R，計算當前圖像I_t中的光照信息

步驟四，將當前光和參考光渲染到兩個相同的具有漫反射材質的單位球上，得到兩個實時光照重現導航球B_ref和B_t。

步驟五，根據當前光和參考光對單位球的渲染差異，以及L^ref之間的距離，獲得最終指導光源運動的位移方向向量m_t和位移距離向量λ_t。

步驟六，判斷光源重現過程是否完成；若重現完成則終止；若未完成則重復迭代步驟一至步驟六。

本發明提供的技術方案的有益效果是：

1、本發明在光照重現過程中，利用主動視覺技術，根據參考光和當前光的差異來指導光源位姿的調整，而非被動地對光照進行虛擬合成，可以大幅減少算法對輸入圖像的數量要求，減少了準備工作的時間。主動光照重現還可以保證重現結果的物理真實性，提高了光照重現結果的準確度。

2.本發明使用的光照模型為平行光模型，反射模型為漫反射模型，簡單的計算模型大幅減少了光照重現的計算量，可以滿足主動光源調整進行實時導航的速度要求。