[发明专利]一种基于平行光类比的主动光照重现方法

说明书

本发明公开了一种基于平行光类比的主动光照重现方法，以实现对光照差异鲁棒的物理真实的相机空间位姿恢复光照，该方法通过主动光照重现模型实现如下步骤：在开始光照重现任务前，对参考图像中观测的场景在不同光照条件下进行多次拍摄，得到一个场景图像集；利用场景图像集和参考图像计算得出场景的表面结构和反射率，以及参考图像中的光照信息；由此可以计算得到当前图像中的光照信息；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，并根据当前光和参考光对单位球的渲染差异，计算获得光源运动的指导信息；最终根据运动指导信息控制光源运动实现光照条件重现；本发明能够保证光照重定位的实时进行。

技术领域

本发明属于人工智能、计算机视觉领域，涉及主动视觉技术，具体为一种基于平行光类比的主动光照重现方法。

背景技术

成像光照重现，旨在物理真实地将成像时的光照条件恢复到与拍摄参考图像时一致。在表面材质信息获取，历史文化遗产预防性保护，微小变化检测等计算机视觉领域的问题中，都扮演着重要的角色。

虽然目前对于光照重现问题的解决方法有很多种，但是他们基本都是基于合成(或者说虚拟)光源重现，也就是说将参考图像作为输入，以此为根据被动地虚拟合成目标光照条件。这种光照重现方法侧重于保证当前图像的视觉效果和参考图像一致，并不具备物理真实性，这会对光照重现造成不可避免的误差。并且，目前效果较好的虚拟合成光照重现技术需结合深度学习方法，因此通常需要至少数百张在多种光照条件下图像作为训练数据，此外这些方法也需要使用复杂的光照模型和大量的计算量来保证光照重现的准确度。综上，现有虚拟光照重现方法无论从精度还是速度上都存在不足。

发明内容

本发明提供了一种基于平行光类比的主动光照重现方法，利用少量多光照条件的场景图像和参考图像计算参考图像中的光照以及当前光照之间的差异，以此指导主动光源的位置调整，大幅减少了现有光照重现算法对输入图像数量的要求，同时有效减少了光照重现过程的时间花费，并且保证了光照重现的物理真实性。作为一种数据获取手段，可以有效提高针对高值场景(如文物等)的微小变化检测的精确度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于平行光类比的主动光照重现方法，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，所述主动光照重现模型包括以下步骤：

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。

步骤五，根据当前光和参考光对单位球的渲染差异，以及L^ref之间的距离，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。

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一至步骤六。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明在光照重现过程中，利用主动视觉技术，根据参考光和当前光的差异来指导光源位姿的调整，而非被动地对光照进行虚拟合成，可以大幅减少算法对输入图像的数量要求，减少了准备工作的时间。主动光照重现还可以保证重现结果的物理真实性，提高了光照重现结果的准确度。

2.本发明使用的光照模型为平行光模型，反射模型为漫反射模型，简单的计算模型大幅减少了光照重现的计算量，可以满足主动光源调整进行实时导航的速度要求。