[发明专利]一种基于平行光类比的主动光照重现方法

权利要求书

1.一种基于平行光类比的主动光照重现方法，其特征在于，所述方法通过主动光照重现模型减少对输入图像数量要求，以实现物理真实的光照成像条件恢复；所述主动光照重现模型通过如下步骤实现：

步骤一，对参考图像中的场景在不同光照条件下进行多次拍摄，得到图像集

步骤二，根据参考图像I^ref和图像集计算图像中的场景法线信息N、反射率信息R、以及光照信息L^ref；

步骤三，根据场景法线信息N和反射率信息R，计算当前图像I_t中的光照信息

步骤四，将当前光和参考光渲染到两个相同的具有漫反射材质的单位球上，得到两个实时光照重现导航球B^ref和B_t；其中：

401、实时地将参考光L^ref和当前光渲染到两个相同的漫反射材质的单位球上，得到实时光照重现导航球B_ref和B_t；

402、设定一个阈值T,将B^ref和B_t上像素值等于T的像素点选中，其中T表示图像中所有像素值的中值，在两个导航球上分别获得导航圆形C^ref和C_t；

步骤五，根据当前光和参考光对单位球的渲染差异，获得最终指导光源运动的位移方向向量m_t和位移距离向量λ_t；其中：

501、计算导航圆形C_ref和C_t的面积A_ref和A_t，A_ref和A_t能够体现光源到场景的距离，然后构造向量和向量其中θ和分别为球坐标系中的仰角和方位角；

502、计算其中sgn为符号函数，获取位移方向向量m_t；

503、λ_t满足如下公式：

其中，表示第t次迭代向量λ_t中3个值r，θ，中的一个，表示第t次迭代向量m_t中3个值r，θ，中的一个。μ是加速率系数，迭代的初始值λ₀需要人为设定；

步骤六，判断光源重现过程是否完成，若重现完成则终止；若未完成则重复迭代步骤三至步骤六。

2.根据权利要求1所述的一种基于平行光类比的主动光照重现方法，其特征在于，对参考图像中的场景在不同光照条件下进行多次拍摄，得到图像集的具体方法为：

在主动光源重现算法开始前，分别为场景提供K种不同的光照条件，并各自获取场景的图像，得到图像集在实际操作中已经证实，K值取12就能够满足重现条件。

3.根据权利要求1所述的一种基于平行光类比的主动光照重现方法，其特征在于，根据参考图像I^ref和图像集计算图像中的场景法线信息N、反射率信息R、以及光照信息L^ref的具体方法为：

利用参考图像和场景图像集共K+1张图像，根据平行光模型以及,求解场景的表面法线信息N和反射率信息R、以及参考光信息L^ref；平行光模型可表示为其中S＝NL，运算符号表示逐元素相乘公式中的I表示任意一张待计算图像，S和L分别表示图像I对应的阴影信息和光照参数，R和N分别表示场景法线信息和反射率信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于平行光类比的主动光照重现方法，其特征在于，根据场景法线信息N和反射率信息R，计算当前图像I_t中的光照信息的具体方法为：

(1)参考图像和当前图像中的场景结构信息变化很小，可以认为当前图像中的N和R与参考图像相同；

(2)利用场景的表面法线信息N和反射率信息R,根据公式可求得阴影信息S，其中运算符号表示逐元素相乘；然后再根据公式可求解求当前图像中的光照信息此处I_t表示当前时刻相机获取图像。

5.根据权利要求1所述的一种基于平行光类比的主动光照重现方法，其特征在于，判断光源重现过程是否完成的具体方法为：

根据公式：

计算光照重现效果评价参数g_t；其中A(reg(C_t)∩reg(C_ref))指导航圆形C_ref和C_t相交区域的面积，A(reg(C_t)∪reg(C_ref))指导航圆形C_ref和C_t合并区域的面积；当某一次迭代中的g_t大于设定的阈值η时，光照重现结束。