[发明专利]基于色调映射和图像平滑的三维物体模型纹理映射算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维物体模型建模算法，尤其涉及一种基于色调映射和图像平滑的三维物体模型纹理映射算法。

背景技术

三维物体模型建模技术是指将客观世界中的物体通过三维建模的方式得到虚拟的重建，是计算机视觉，计算机图形学领域的重要研究内容之一，在医用设备、数字娱乐、电子商务等领域都有着广泛的应用价值。其中，如何使重建的三维模型具有实际物体的纹理真实感，是目前三维物体模型建模中的关键技术之一。

在三维物体模型的纹理映射算法中，经过对现有技术的文献检索发现，在1983年，Burt等人在《ACM Transactions on Graphics》(美国计算机学会图形学汇刊)第4期第2卷第217到第236页发表的论文“A Multiresolution Spline with Application to Image Mosaics”（图像拼接中的多分辨率接缝技术）中首先提出利用图像平滑的思想来处理图像拼接技术中产生的额外接缝问题。在此基础上，Baumberg等人于2002年在《British Machine Vision Conference》（英国机器视觉大会）第三卷第5页到第14页发表的论文“Blending Images for Texturing 3D Models”（三维模型纹理映射中的图像平滑）中提出了一个在3DSOM（三维物体建模软件）中使用的改进的图像平滑方法。但该方法只能在严格控制的光照条件下使用，应用范围有限。此外，在2007年，Lempitsky等人在《IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition》（IEEE国际计算机视觉与模式识别会议）第1页到第6页发表的论文“Seamless Mosaicing of Image-Based Texture Maps”（基于图像的纹理映射技术中的无缝拼接算法）中通过构建出关于纹理边界的特殊能量函数，利用马尔可夫随机场能量最优化的框架解决纹理边界缩减问题，在其所构造的能量函数中，同时还提出了一种接缝补平法，通过对纹理图像梯度空间的分析，建立了一个比较理想的梯度域模型，从而对图像纹理进行一定的补偿，来弥补边界处的接缝，但此项工作在重建实景物体时并没有考虑到不同图像之间可能存在明显的色调差异，使得纹理映射结果中的接缝难以有效消除。

发明内容

本发明的目的针对上述问题，提供一种基于色调映射和图像平滑的三维物体模型纹理映射算法。本发明的算法首先通过多个区域的色调映射使得纹理映射后产生的额外的色调差别减小，然后通过图像平滑的方法消除色差。该方法可以有效消除在三维物体模型建模中由于纹理映射所引入的接缝问题，从而使得到的三维模型具有真实物体的纹理特征。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于色调映射和图像平滑的三维物体模型纹理映射算法，将一组彩色二维图像的色彩信息映射到无颜色的三维物体模型，形成物体的彩色三维模型，特征是：

具体步骤如下：

A：利用RGB-D摄像头（带深度信息彩色摄像头）获取实际物体的三维模型以及对应该物体的一系列二维彩色图像，并建立三维模型网格和二维图像像素点之间的对应关系，即纹理映射关系。

所述的纹理映射关系由下式得到：

P(V_i)=Color(p_Lj)

其中，P(V_i)是纹理映射关系建立后三维模型中三角网格V_i对应的颜色，p_Lj是第L个二维彩色图片中的第j个像素对应的位置，而Color(p_Lj)是象素p_Lj的颜色。

B：对于两个相邻的二维彩色图像（即彩色图像在映射到三维模型上以后，在三维模型上有共同边界），首先在这两张彩色图像在相邻边界上各自选取M个代表性子区域，然后将这些来自两个图像的子区域按照位置相近关系两两配对形成M个区域对。对于每个区域对，用色调映射的方法计算出一个色调映射函数。这样，相邻彩色图像之间产生M个色调映射函数。

所述的色调映射函数由下式计算：