[发明专利]基于线性光源的真实物体材质反射属性建模方法

权利要求书

1.一种基于线性光源的真实物体材质反射属性建模方法，其特征在于步骤如下：

(1)基于线性光源的数据采集设备对数据采集和处理；

所述的线性光源的数据采集设备包括：

乐高机器人，作为数据采集设备的控制系统和自动平移系统；

工业相机，作为图像数据捕获系统；

计算机，作为数据采集设备的数据处理系统；

线性光源，作为数据采集设备的光源系统；

线性光源发出线性光照射在被采集的平面物体上，控制系统带动自动平移系统向前移动，同时工业相机对被采集的平面进行图像采集，计算机对采集的图像数据进行后续数据处理，得到像素值轨迹曲线Image_u，v(x)并存储，其中x表示当前的图像数据索引，x的范围为[1，n]，n为图像个数，u和v表示当前像素点在图像中的位置；

(2)利用步骤(1)中的线性光源作为光源系统，进行数据采集，根据采集的数据，生成线性光源反射表；

(3)双向反射分布函数BRDF属性建模；

根据步骤(1)得到的像素值轨迹曲线和步骤(2)中生成的反射表，得到Ward光照模型的ρ_d、然后再得到α，最后得到ρ_s，其中ρ_d漫反射参数，ρ_s镜面反射参数，α为材质粗糙系数；

所述步骤(2)中生成线性光源反射表的方法为：

(a)假设Ward模型中漫反射参数ρ_d＝1，对于漫反射部分利用线性光源进行光源线性化积分，绘制出漫反射表D(x)；

(b)假设Ward模型中镜面反射参数ρ_s＝1，对于镜面反射部分利用线性光源进行光源线性化积分，绘制出镜面反射表S_α(x)，其中α为材质粗糙系数，其取值范围是0-0.3；

(c)对于每一个当前的图像数据索引x，求数学期望μ和方差σ；

(d)对步骤(a)和(b)中生成的两个反射表进行优化，优化公式如下：

S_α′(x)＝0    0＜α′＜0.005，α′为优化后的材质粗糙系数。 

2.根据权利要求1所述的基于线性光源的真实物体材质反射属性建模方法，其特征在于所述步骤(3)漫反射参数ρ_d得到如下：

ρ_d的值如下式：

ρ_standard为已知漫反射参数，L_standard为已知漫反射参数ρ_standard的反射峰值，L_d为计算机数据处理后得到的像素值轨迹曲线的漫反射峰值。

3.根据权利要求1所述的基于线性光源的真实物体材质反射属性建模方法，其特征在于所述步骤(3)的材质粗糙系数α的得到方法为：当线性光源运行到镜面反射方向x_m处时，该x_m处的镜面反射峰值产生，根据统计学知识，求出该x_m处镜面反射轨迹曲线上像素值的数学期望μ和方差σ，以及所有像素值之和S，即根据如下三式求得：

其中x_m是镜面反射峰值所在的位置，x_d是漫反射峰值所在位置，Image(x)是采集的第x幅图像数据，取相对于x_m对称的区域内的像素值，即从x_m＝2x_m-x_d到x_d，因为相机对该区域的投影变换的影响，不同的像素对应不同的宽度，所以对于所有的值均需要被缩放，缩放系数为下式：

当得到这些统计样本数据之后，从之前绘制出的线性光源的反射表中，查表得到与统计样本计算出的σ相对应的反射表中的σ，又因为线性光源反射表中σ和α是一一对应的，那么就可以求出α，且唯一。

4.根据权利要求1所述的基于线性光源的真实物体材质反射属性建模方法，其特征在于 所述步骤(3)镜面反射参数ρ_s的公式：

其中：ρ′_standard为已知镜面漫反射参数，L′_standard为已知镜面漫反射参数ρ′_standard的反射峰值，Ls为计算机数据处理后得到的像素值轨迹曲线的镜面反射峰值。