[发明专利]一种基于光度立体视觉的测量材质几何特征重构方法

摘要

本发明公开了一种基于光度立体视觉的测量材质几何特征重构方法，本方法利用相机光源阵列模式的真实感材质测量装置采集材质在不同角度光源与视角下的BTF数据，并结合测量材质多视角的信息，优化光度立体视觉方法重构测量材质的法向信息，并根据法向信息，从测量的梯度场中利用最小二乘方法重构测量材质的深度信息；本发明在计算材质表面的法向信息阶段，使输入的图像序列出现高光、阴影等非Lamertian漫反射部分的因素影响时，能计算出较为准确的法向信息；在计算深度信息阶段，通过滤波，减少了测量梯度场的噪声对深度计算的影响。

主权项

一种基于光度立体视觉的测量材质几何特征重构方法，其特征是：包括以下步骤：(1)对测量材质在不同光源、不同视角方向下拍摄一组图像，进行多曝光‑高动态范围合成和正视图校准，得到BTF数据；(2)选取视角为正视方向且光源的俯仰角为固定方位角变换的目标图像，计算其的亮度信息，根据此光源方向下所有视角的BTF数据计算相应目标图像的亮度均值；(3)计算每幅目标图像的mask图，根据mask图标记图像中每个像素位置的亮度值是否可用，若不可用，将计算的亮度均值替换相应的目标图像的亮度值；(4)遍历每个像素位置，建立所有目标图像的亮度矩阵，根据光度立体视觉方法，计算测量材质的法向信息；(5)根据测量材质的法向信息，计算测量的梯度场信息，并将其作为输入，采用最小二乘的曲面重建方法计算测量材质的深度信息；所述步骤(4)中，具体步骤包括：(4‑1)遍历每一个像素位置，计算所有目标图像的亮度矩阵和相应的光源方向矩阵；(4‑2)利用亮度矩阵和光源方向矩阵，依照光度立体视觉方法计算像素位置的法向信息；所述步骤(4‑2)中，具体方法为：法向信息n＝(STS)‑1STI，其中，I为所有目标图像的亮度矩阵，s为相应的光源方向矩阵；所述步骤(5)中，具体步骤包括：(5‑1)利用函数表示待重构材质的表面，定义参数，构成梯度空间；(5‑2)根据已计算出的法向信息，计算测量的梯度场信息；(5‑3)使待重构表面的测量梯度值与实际梯度的平方差的卷积最小，表达价值函数的离散形式，根据最小二乘的曲面重建方法求解，得到深度信息；所述步骤(5‑1)具体为：待重构材质的表面记为z＝z(x,y)，则定义参数p与q如下，构成梯度空间(p，q)∈R2；所述步骤(5‑2)中，具体方法为，测量的梯度场信息p与q的计算方法为：所述步骤(5‑3)的具体方法为：使待重构表面的测量梯度值与实际梯度的平方差的卷积最小，价值函数的离散形式如所示，其中和是经过光度立体视觉方法计算的测量梯度p与q，而zx与zy是待恢复表面的真实梯度值，根据最小二乘的曲面重建方法求解，即计算出待重构表面的深度信息z。