[发明专利]基于自由视角光照传输矩阵的重光照方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图像处理技术领域，特别涉及一种基于自由视角光照传输矩阵的重光照方法及系统。

背景技术

随着数字采集及处理技术的飞速发展，静态图像和动态视频已成为日常生活和科学研究中广泛存在的一种媒体格式。而在数据采集过程中，光照条件对场景的成像质量和效果有着至关重要的影响，而拍摄视角的变化，也会带来不同的效果。而由于许多理想光照条件在现实环境中是难以实现或实现成本过高的，因此需要真实感的重光照方法，能够将我们感兴趣的目标物体，渲染至任意光照条件，并支持任意视角的场景显示；且真实场景的光照特性往往也是复杂且难以利用解析光照模型进行描述的，因此需要一种新的光照特性表达方式，对物体表面各向异性的光照特性进行记录及表示。

根据物体光照特性表达方式的差异，现有的重光照方法主要包括基于解析光照模型及光照传输矩阵两类。

基于解析光照模型的重光照方法，主要通过在多种可控光照条件下，对物体进行拍摄，并结合参数化光照模型，恢复物体表面的几何及反射属性信息，从而根据光照模型在新的光照条件下对物体进行重光照操作，并渲染至自由视角进行显示。由于需要使用参数化光照模型进行求解(如漫反射光照模型，球谐函数，双线性模型，张量样条等)，此类方法往往只能对有限类别的理想材质表面(如朗伯表面)进行准确、简洁的表示及处理；在对真实世界中广泛存在的真实物体进行描述时，真实度往往不够理想，且利用解析光照模型进行渲染的计算复杂度也较高。

基于图像的重光照方法，是将多种密集可控光照条件下采集的物体图像作为基向量，表示物体表面接受各种情况的入射光对光照进行传输发射反射光照的过程，即利用这些基向量组成光照传输矩阵对物体光照特性进行描述；通过对基向量进行线性组合，实现目标物体的重光照操作。由于在这一过程中，无需利用解析光照模型进行参数求解，而是直接将采集图像作为基向量进行组合，因此重光照效果的真实性较高。但相应的代价是，此种方法需要对目标物体在密集光照条件下进行采集，采集成本及复杂度较高，且由于三维几何信息的缺失，此类方法很难实现自由视角的渲染，且目前已有的光照传输矩阵，只能对固定视角观察得到的物体表面反射特性进行表示，不能对视角各向异性的光照特性进行记录。

现有技术存在的缺点是，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是，如何提供一种高效的，能够对各向异性的光照特性进行表示的，支持自由视角观察的场景重光照方法。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷，提出了一种基于自由视角光照传输矩阵的重光照方法及系统。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种基于自由视角光照传输矩阵的重光照方法，包括以下步骤：在预设的可控变化光照条件下，利用摄像阵列在预设的多个曝光程度下分别采集目标物体对应的多组多视角视频图像；根据获得的所述多组多视角视频图像获得所述目标物体的反照率信息和在起始时刻的三维模型和表面法向；根据所述表面法向、光照方向和观察方向三者间的相对位置对多视角变光照的目标信息进行融合，以生成支持各向异性光照特性表示的所述目标物体的自由视角光照传输矩阵；根据所述表面法向和所述自由视角光照传输矩阵对所述目标物体进行重光照操作，以生成重光照目标物体模型；和结合依赖视角的模型渲染算法，实现自由视角的动态场景重光照。

本发明另一方面还提出了一种基于自由视角光照传输矩阵的重光照装置，包括：可控光源，用于产生预设的可控变化光照条件；摄像阵列，用于在预设的可控变化光照条件下，在预设的多个曝光程度下分别采集目标物体对应的多组多视角视频图像；和重光照装置，用于根据获得的所述多组多视角视频图像获得所述目标物体的反照率信息和在起始时刻的三维模型和表面法向，并根据所述表面法向、光照方向和观察方向三者间的相对位置对多视角变光照的目标信息进行融合，以生成支持各向异性光照特性表示的所述目标物体的自由视角光照传输矩阵，接着根据所述表面法向和所述自由视角光照传输矩阵对所述目标物体进行重光照操作，以生成重光照目标物体模型，以及结合依赖视角的模型渲染算法，实现自由视角的动态场景重光照。

本发明针对各向异性的光照特性提出了一种实用的表示方法，并且支持自由视角的重光照效果观察。另外，本发明原理简单、明确，且易于实现。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：