[发明专利]一种基于单幅自然图像重建积云三维形状的方法

权利要求书

1.一种基于单幅自然图像重建积云三维形状的方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤(1)、明暗约束，利用云体表面明暗信息，并结合明暗恢复形状算法将云像素划分为几个高度区域；

步骤(2)、边界约束，利用积云的轮廓估计形状信息，利用自遮挡估计表面细节信息；

步骤(3)、深度计算，利用二阶球面谐波函数进行光照建模，并通过多尺度优化方法估计积云深度；

步骤(4)、粒子采样及绘制，在积云网格模型的内部进行采样，生成云的粒子模型，并对其进行绘制。

2.根据权利要求1所述基于单幅自然图像重建积云三维形状的方法，其特征在于：所述步骤(1)中明暗约束的具体内容如下：

步骤(A1)、根据云像素亮度及像素在图像中的坐标位置，采用K-means聚类方法对云像素进行聚类分区；

步骤(A2)、对于分区后的云块区域，计算各区域的平均亮度值，与明暗恢复形状算法结合获得积云的明暗约束。

3.根据权利要求1所述基于单幅自然图像重建积云三维形状的方法，其特征在于：所述步骤(2)边界约束的步骤具体如下：

步骤(B1)、对于积云轮廓，利用云和天空背景在图像中的颜色差异，结合阈值方法将图像像素分为积云像素和背景像素，然后检测云像素的轮廓边界；

步骤(B2)、对于自遮挡信息，利用canny边缘检测算法对云像素进行自遮挡边缘检测，同时删除误差区域并指定自遮挡边界的法向量方向。

4.根据权利要求1所述基于单幅自然图像重建积云三维形状的方法，其特征在于：所述步骤(3)中深度计算的步骤如下：

步骤(C1)、将积云光照模型简化为二阶球面谐波函数，对彩色自然图像施加光照约束；

步骤(C2)、对于由明暗约束和边界约束构成的目标函数，利用多尺度优化方法迭代求解最优解，保留积云表面更多细节，进而获得云体深度信息。

5.根据权利要求1所述基于单幅自然图像重建积云三维形状的方法，其特征在于：所述步骤(4)中粒子采样及绘制的步骤如下：

步骤(D1)、利用步骤(3)得到的积云深度图构建前表面的三维网格，采用拉普拉斯网格编辑方法对网格进行优化并生成积云后表面；

步骤(D2)、将网格模型离散化后投影到图像平面上，自适应采样积云表面粒子和内部粒子；

步骤(D3)、利用体绘制方法，并采用多次前向散射模型对积云的粒子模型进行绘制。