[發明專利]一種基于偏振指導的圖像高光反射分離計算方法

有效

• 申請號: 202110076538.0
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112785491B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 陸峰;溫思嘉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 北京唯智勤實知識產權代理事務所(普通合伙) 11557
• 代理人: 陳佳

1.一種圖像高光反射分離計算方法，包括：

控制偏振彩色傳感器拍攝偏振彩色圖像，根據偏振彩色圖像的偏振信息以及顏色信息，計算出偏振色度圖像；

根據偏振信息的特性，利用偏振色度圖像作為指導，將色度差值在預設范圍內的漫反射分量的像素進行聚類，得到像素序列集合，其中，偏振信息的特性是偏振色度圖像在帶有高光信息的情況下，依然得到偏振彩色圖像的漫反射分量的顏色信息的特性，像素序列集合中的每個像素序列中的各個像素帶有色度滿足預設條件的漫反射分量，由于表面材質以及光照方向的不同，像素序列集合中的每個像素序列中的各個像素帶有不同程度的高光反射分量；

對像素序列集合中的每個像素序列中的各個像素使用魯棒性主成分分析算法，將像素序列中的每個像素的漫反射分量保留，同時去除像素序列中的每個像素的高光反射分量，最終將偏振色度圖像初步分離為漫反射分量以及高光反射分量，得到初始化分離結果，其中，初始化分離結果包括漫反射分量和高光反射分量，漫反射分量中存在具有不變性的高光反射分量；

將初始化分離結果作為約束，基于交替方向乘子法的迭代優化算法，進一步對偏振彩色圖像進行高光反射分離處理，得到高光反射分離結果，根據高光反射分離結果，生成漫反射圖像；

其中，偏振色度圖的計算方法為：

其中，I_chro表示偏振色度圖像，I_rawD表示近似漫反射分量，θ表示紅、綠、藍三個顏色通道，I_rawD，θ表示紅、綠、藍的近似漫反射分量，表示求偏振彩色圖像中像素紅、綠、藍三個顏色通道中最小值的全局平均值，p表示偏振彩色圖像中的每個像素，I_r(p)表示偏振彩色圖像中p像素的r通道值，r表示紅色通道值，I_g(p)表示偏振彩色圖像中p像素的g通道值，g表示綠色通道值，I_b(p)表示偏振彩色圖像中p像素的b通道值，b表示藍色通道值，N表示偏振彩色圖像中的像素的個數；

其中，近似高光反射分量以及近似漫反射分量，計算方法為：

其中，I_rawS表示近似高光反射分量，I_sv表示隨著偏振角度發生變化的高光反射分量，I_c表示偏振彩色圖像中不會隨著偏振角度發生變化的光照分量，I_rawD表示近似漫反射分量。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述控制偏振彩色傳感器拍攝偏振彩色圖像，根據偏振彩色圖像的偏振信息以及顏色信息，計算出偏振色度圖像，包括：

利用單芯片偏振彩色傳感器采集偏振彩色圖像；

對高光反射分量進行偏振分離，得到分離結果，其中，高光反射分量具有強偏振性；

通過分離結果，計算得到偏振色度圖像。

3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述根據偏振信息的特性，利用偏振色度圖像作為指導，將色度差值在預設范圍內的漫反射分量的像素進行聚類，得到像素序列集合，包括：

利用偏振色度圖像在未知光照信息的情況下，依然顯示出像素漫反射分量的顏色的特性，將偏振彩色圖像中色度差值在預設范圍內的漫反射分量的像素進行聚類，得到像素序列集合。

4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述對像素序列集合中的每個像素序列中的各個像素使用魯棒性主成分分析算法，將像素序列中的每個像素的漫反射分量保留，同時去除像素序列中的每個像素的高光反射分量，最終將偏振色度圖像初步分離為漫反射分量以及高光反射分量，得到初始化分離結果，包括：

將高光反射分量在像素序列集合中視為噪音，其中，像素序列集合中的每個像素序列中的各個像素帶有色度滿足預設條件的漫反射分量和不同程度值的高光反射分量；

利用魯棒性主成分分析算法，直接對每個像素序列進行噪音消除，從而初步得到分離的漫反射分量以及高光反射分量，得到初始化分離結果。

5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述將初始化分離結果作為約束，基于交替方向乘子法的迭代優化算法，進一步對偏振彩色圖像進行高光反射分離處理，得到高光反射分離結果，根據高光反射分離結果，生成漫反射圖像，包括：

基于迭代優化模型，將初始化分離結果作為約束，利用交替方向乘子法優化策略生成高光反射分離結果，進一步調整偏振彩色圖像的高光反射分離結果，得到漫反射圖像，其中，高光反射分量具有強度大于預定閾值的偏振性，但是有一些高光反射分量不會因為偏振角度的變化而變化，這使得初始化分離結果包括的漫反射分量中包括一定數量的高光反射分量。