[发明专利]一种基于球谐光照的RGBD图像环境光编辑方法和系统

权利要求书

1.一种基于球谐光照的RGBD图像环境光编辑方法，其特征在于，包括：

步骤1、对输入的RGBD图像进行预处理，得到无阴影的反射率图、无阴影的明暗图、阴影图；

步骤2、将所述无阴影的明暗图分解为光照细节图、球谐光照图；

步骤3、通过交互编辑得到调节后的球谐光照图；

步骤4、根据所述球谐光照图、所述调节后的球谐光照图对所述阴影图进行调整，得到调节后的阴影图；

步骤5、根据所述无阴影的反射率图、所述调节后的球谐光照图、所述调节后的阴影图合成得到环境光编辑后的RGB图像并输出；

所述步骤1包括以下子步骤：

步骤1.1、将原始RGB图像转化成灰度图，并利用基于相对全变分模型的纹理结构提取方法对灰度图进行滤波，得到纹理去除后的图像；

步骤1.2、利用RGBD-Fusion方法结合纹理去除后的图像对原始深度图进行优化，得到精细深度图；

步骤1.3、利用单张RGBD图像的阴影移除方法结合精细深度图对原始RGB图像的阴影进行移除，得到阴影图、无阴影图像；

步骤1.4、利用基于结构纹理分离与表面法线的本征图像分解方法对无阴影图像进行分解，得到无阴影的反射率图、无阴影的明暗图。

2.根据权利要求1所述的基于球谐光照的RGBD图像环境光编辑方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1、利用所述精细深度图计算出法线图，并归一化；

步骤2.2、所述法线图按照行主序的顺序构造成大小为N×3的法向量矩阵，其中N为法线图像素个数；

步骤2.3、利用度数为2的实数域球谐基函数计算出所述法向量矩阵对应的球谐基矩阵，所述球谐基矩阵大小为N×9；

步骤2.4、将所述无阴影的明暗图按照行主序的顺序构造成长度为N的列向量；

步骤2.5、利用最小二乘的方法获得球谐系数向量：

h＝(A^TA)^-1A^TS

其中，h为长度为9的球谐系数向量，A为球谐基矩阵，S为无阴影的明暗图的列向量；

步骤2.6、利用所述球谐系数向量获得球谐光照图、光照细节图，计算方法为：

L＝A·h

其中，L、D分别为所述球谐光照图、所述光照细节图，∈＝10^-6。

3.根据权利要求2所述的基于球谐光照的RGBD图像环境光编辑方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1、将所述球谐光照图对应的球谐系数向量在立方体上渲染并展开，得到环境光分布图；

步骤3.2、在所述环境光分布图上使用笔刷进行绘制，以调整光照的强度和分布，得到编辑后的环境光分布图；

步骤3.3、获得编辑后的环境光分布图的球谐系数向量，根据球谐系数向量进行重新渲染，得到调节后的球谐光照图。

4.根据权利要求3所述的基于球谐光照的RGBD图像环境光编辑方法，其特征在于，所述步骤3.3中，通过以下步骤获得编辑后的环境光分布图的球谐系数：

步骤3.3.1、利用所述精细深度图计算出法线图，并归一化；

步骤3.3.2、所述法线图按照行主序的顺序构造成大小为N×3的法向量矩阵，其中N为法线图像素个数；

步骤3.3.3、利用度数为2的实数域球谐基函数计算出所述法向量矩阵对应的球谐基矩阵，所述球谐基矩阵大小为N×9；

步骤3.3.4、将所述编辑后的环境光分布图按照行主序的顺序构造成长度为N的列向量；

步骤3.3.5、利用最小二乘的方法获得球谐参数向量：

h＝(A_TA)^-1A_TS′

其中，h为长度为9的球谐系数向量，A为球谐基矩阵，S′为编辑后的环境光分布图向量。