[发明专利]基于多个圆球的光源估测方法和装置、智能电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术，更具体地，涉及基于多个圆球的光源估测方法、基于多个圆球的光源估测装置、以及电子设备。

背景技术

计算机视觉的基本任务之一，就是从摄像机获取的图像信息出发，计算三维空间中物体的几何信息，并由此重建和识别物体。而空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数。摄像机标定方法，是在摄像机前放已知形状和尺寸的物体，该物体称之为标定物，对摄像机拍摄的标定物图像进行处理，利用数学方法，求取摄像机模型的内部参数和外部参数。

空间点X可以通过摄像机P投影到图像平面的图像点Y＝PV,这种投影关系称为摄像机的正向投影。反向投影是针对图像平面的基本几何元素而言的，图像平面点Y的反投影是指在摄像机P的作用下具有像点Y的所有空间点的集合，在几何上，图像点Y的反投影是从摄像机光心发出并通过图像点Y的一条射线。

增强现实技术是在虚拟现实技术的基础上发展起来的。虚拟现实技术已经在多个行业领域得到研究和使用，相关的虚拟现实头戴产品也纷纷出现，丰富了人们的生活。虚拟现实技术的弊端是仿真场景和客观存在环境的完全分离。使用者容易感觉到仿真物体的纹理和光线的虚假。

增强现实可以将电子声音、仿真图像、虚拟光线等保持各自的表现形式，并将这些内容添加到虚拟现实中，提高虚拟物的真实感。为了将现实世界的光线渲染到虚拟环境中，依据现实世界的光情况调节虚拟物的亮度明暗变化和投影阴影变化，需要对光源进行估测。

现有的三维多光源估测方法需要对场景里的物体进行平面和曲面的划分，算法比较复杂。也有利用朗伯体球估计光源的方法，但首先要划分不同光源照射的作用区域，光源线通常很模糊，难找准确，实验条件苛刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的基于多个圆球的光源估测方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于多个圆球的光源估测方法，所述多个圆球包括至少一个镜面反射球和至少一个朗伯体球，所述方法包括以下步骤：

从摄像机对所述多个圆球拍照得到的图像中检测出镜面反射球表面上的光斑，得到光斑中心点在图像平面中的坐标；

根据光斑中心点在图像平面中的坐标和摄像机的参数对光斑中心点进行反向投影得到一条射线；利用镜面反射原理，根据所述射线的方向和光斑中心点的法向方向计算自发光光源的方向；

对所述图像中的朗伯体球进行亮度检测，得到朗伯体球的可视部分的球面点的亮度；

对朗伯体球的可视部分的球面点分别构建光照方程，对朗伯体球的可视部分的球面点的光照方程构成的超定方程组求解，得到环境光的强度和自发光光源的强度。

可选地，检测出的光斑的个数为m；所述光照方程为：

其中，k_a为环境光漫反射系数，k_d是朗伯体球的表面漫反射系数，I是球面点的亮度，I_a是环境光强度，I_d,i是第i个自发光光源的强度，n为球面点的单位法向量，L_i是第i个自发光光源的单位向量。

可选地，所述圆球为三个并且排布为三角形；

利用所述三个圆球作为标定物，采用秩一约束下的基于圆球投影的标定方法用一幅含有所述三个圆球的图像对摄像机进行标定，以获得摄像机的参数。

可选地，根据所述图像中的圆球的边缘投影椭圆曲线和圆球的半径，确定圆球球心的空间坐标和球面点的空间坐标。

可选地，根据圆球球心的空间坐标和球面点的空间坐标，确定球面点的法向量。

可选地，具有所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行根据权利要求1-5任一项所述的方法。

可选地，所述智能电子设备为虚拟现实设备。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于多个圆球的光源估测装置，所述多个圆球包括至少一个镜面反射球和至少一个朗伯体球，所述装置包括以下模块：

第一检测模块，用于从摄像机对所述多个圆球拍照得到的图像中检测出镜面反射球表面上的光斑，得到光斑中心点在图像平面中的坐标；

第一光源计算模块，用于根据光斑中心点在图像平面中的坐标和摄像机的参数对光斑中心点进行反向投影得到一条射线；利用镜面反射原理，根据所述射线的方向和光斑中心点的法向方向计算自发光光源的方向；