[发明专利]一种基于光参数估计的图像高光补偿方法

权利要求书

1.一种基于光参数估计的图像高光补偿方法，包括如下步骤：

(1)根据朗伯模型对拍摄对象进行局部光照方向估计：

(1a)通过对物体表面点法矢量和光源方向法矢量的计算，对反射图方程进行微分和求矩，估计出光源方向的方位角τ；

(1b)分析物体表面与光源的位置关系，估计出光源方向的倾角δ；

(2)通过光强与像素的关系对光照强度进行估计；

(3)依照光参数估计值修正光源位置：

通过估计出的光照参数识别出高光区域并作进一步均光处理；

(4)重新拍摄出物体光照均匀的图片:

根据估计出的光照参数，重新设置光源位置，拍摄均匀光照的物体图片。

2.根据权利要求1所述的一种基于光参数估计的图像高光补偿方法，其特征在于：所述步骤(1a)具体如下：

采用朗伯模型作为参照，设物体表面点法矢量的方位角为α＝α(x,y)，倾角为β＝β(x,y)，可得灰度反射图方程：

其中n＝[n_x,n_y,n_z]＝[cosαsinβ,sinαsinβ,cosβ]，为物体表面的点单位法矢量，s＝[s_x,s_y,s_z]＝[cosτsinδ,sinτsinδ,cosδ]，为光源方向的单位法矢量，p和q分别为被拍摄物体区域沿x和y轴的斜率。

取Ω为球坐标空间，对灰度反射图方程进行多次不同方向的求导，有：

其中，表示不同方向的微分；表示微分方向因子，可以由图像中每个点的邻域计算获得，为可知量；表示点(x_i,y_i)处的光照估计值，整理如下：

R则由(4)式推出：

其中R_xy{}为镜面反射中所有点计算出的均值，则光源方向的方位角为：

3.根据权利要求1所述的一种基于光参数估计的图像高光补偿方法，其特征在于：所述步骤(1b)具体如下：

由物体表面点法矢量的方位角α和倾角β相互独立，则二者的联合概率密度为：

P_αβ＝f_α·f_β (6)

其中f_α，f_β分别为α、β的概率密度函数，实际采集的灰度反射图的方程如(7)所示：

E(α,β)＝max{0,cos(α-τ)sinβsinδ+cosβcosδ} (7)

然后分别求灰度反射图方程的一阶和二阶中心矩，有：

由式(8)可知，都只是δ的函数，令则f(δ)单调递减，故δ可由式(8)估计出。

4.根据权利要求1所述的一种基于光参数估计的图像高光补偿方法，其特征在于：所述步骤(2)具体如下：

基于朗伯模型的成像模型如下：

F(x,y)＝R(x,y)×L(x,y) (9)

其中F(x,y)表示一幅指定图像，R(x,y)表示所要拍摄的物体的反射率与表面点法向量的乘积，L(x,y)表示光源强度。可将(9)式变形为：

即光源处的光照强度L由(10)式得出。

5.根据权利要求1所述的一种基于光参数估计的图像高光补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)具体如下：

将所述(5)、(8)、(10)式所估计出的方位角τ、倾角δ和光照强度L作为解决高光图像的三个影响因子，其中由方位角τ和倾角δ确定光源位置，使得物体感光更均匀，光源的发光强度为L时，高光现象得到很好的改善。

将待测物体的高光区域分九个方向进行光照方向估计，然后将光照方向的估计值作为修正的光源位置，并且将光照强度估计值生成点集，舍弃粗大误差，较大数值点集视为高光区域，将此区域的光照强度进行削弱并做均值处理；较小数值点集视为弱光区域，将此区域的光照强度进行增强并做均值处理，这样就得到了光照均匀的待测物体图片。