[发明专利]一种基于稀疏表示的光传输成分分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算摄像学技术领域，特别涉及一种基于稀疏表示的光传输成分分析方法。 

背景技术

麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)发明了以每秒万亿帧的速度采集的相机，称为光速相机，因为在该相机的采集下，每帧的时间内，光仅传播0.3毫米的距离。该光速相机有三个主要组成部分，一是飞秒激光光源，该光源产生稳定的飞秒长度激光脉冲，二是条纹相机，能够以皮秒的时间分辨率记录非常微弱的光信号，但是该条纹相机只能采集1维空间信息，因为另外一维是时间信息，三是旋转镜光学系统，该系统与飞秒激光光源和条纹相机同步，并具有利用旋转的镜子将场景中不同的“line”投射到条纹相机的镜头上，从而实现空间信息和超高速时间信息的采集。此外为了提高采集信号的信噪比，对同一“line”需要进行多次重复采集。因此，目前该系统针对超高速可重复运动的场景进行采集，如光在场景中的传播过程。由于该相机的采集速度之高，若用其采集子弹飞行的过程，将需要至少3年的时间，因为相对于光速，子弹运动的速度是极慢的。 

此外，Wu等人在2012年国际计算机视觉与模式识别会议(CVPR)上发表了基于上述光速相机的光传输信号分解的文章。该文章通过实验模型假设反射 传输作用为时域上的高斯脉冲，而亚表面散射作用为时域上的半高斯半指数衰减函数。但是该文章中提出的模型并未考虑去除相机的时域模糊作用，且仅通过梯度域变化寻找脉冲起始和结束点来进行插值得到分解结果。 

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于稀疏表示的光传输成分分析方法。 

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于稀疏表示的光传输成分分析方法，其包括如下步骤： 

S1：提取光传输基本构成模式的先验知识； 

S2：基于光速相机的光线飞行时间采集能力，构建表示光传输作用的基； 

S3：在考虑光速相机时空域采集精度的情况下，建立具有稀疏约束的成像模型方程以求解光传输的基本构成模式，从而用于场景分析与理解。 

本发明基于稀疏表示的光传输成分分析方法的成像模型去除了相机的时域模糊作用，得到了光传输的基本构成模式，提高了深度边缘与阴影边缘的检测的准确性。 

本发明的附加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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1(a)、(b)为本发明场景中某一点的两次理想时域-辐射值函数；(c)、 (d)分别为仿真实际采集的时域-辐射值函数，图1(c)也即图1(a)与时域模糊核的卷积，图1(d)也即图1(b)与时域模糊核的卷积； 

图2为本发明基于稀疏表示的光传输成分分析方法中构建的基矩阵的结构示意图； 

图3真实采集系统的时域模糊核模型； 

图4(a)为仿真相机采集到的时域-辐射度函数(加噪声)，(b)对应的理想时域-辐射度函数； 

图5为以图4(a)为输入的重构结果比较示意图。 

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 

本发明提出了一种基于稀疏表示的光传输成分分析方法，其包括如下步骤： 

S1：提取光传输基本构成模式的先验知识； 

S2：基于光速相机的光线飞行时间采集能力，构建表示光传输作用的基； 

S3：在考虑光速相机时空域采集精度的情况下，建立具有稀疏约束的成像模型方程以求解光传输的基本构成模式，从而用于场景分析与理解。 

在本发明的一种优选实施方式中，该基于稀疏表示的光传输成分分析方法的具体步骤为： 

第一步：提取光传输基本构成模式的先验知识。在本实施方式中，由于光 传输作用包括基本的反射作用及亚表面散射作用，其时域-辐射度函数具有特定表征模式，光传输的理想时域-辐射度函数包括反射作用函数与亚表面散射作用函数，其中， 

反射作用函数为发生于某一时刻t0的冲击函数： 

f1＝delta(t-t0)， 

亚表面散射作用函数为起始于某一时刻t0的指数衰减函数：