計(jì)算機(jī)視覺中的二分光問題研究.pdf

1、光照的變化能夠明顯改變物體的外觀。人們通過對(duì)光反射模型的研究，知道物體表面的反射光主要由鏡面反射光和漫反射光兩部分組成。其中鏡面反射光和觀測(cè)方向密切相關(guān)，漫反射光與物體表面材質(zhì)相關(guān)，與觀測(cè)方向無關(guān)。在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，許多研究人員通過對(duì)這兩個(gè)反射光成分的分析，獲取物體的三維信息、物體所處環(huán)境的光照等等隱含信息。在許多具體應(yīng)用中，如物體分割，識(shí)別，跟蹤等，鏡面反射光與漫反射光的混雜使得算法的魯棒性和準(zhǔn)確性大大降低。鑒于以上原因，人們開始研究

2、利用鏡面反射光與漫反射光各自不同的特性，希望能夠?qū)⑦@兩個(gè)成分分離，即二分光問題的研究。 本文的研究工作正是圍繞如何利用單張圖像中的視覺信息，在物體幾何參數(shù)、表面材質(zhì)以及環(huán)境光照條件等未知的情況下，將這兩個(gè)成分光分離這一問題展開的。因?yàn)樵跀?shù)學(xué)上，該問題是病態(tài)的，不可能一蹴而就的解決所有的情況，所以，本文將研究重點(diǎn)集中于透明光滑介質(zhì)表面(人眼角膜，玻璃面)圖像的二分光問題。此時(shí)來自于介質(zhì)后方的透射光可以看作是漫反射成分，與介質(zhì)前方的

3、鏡面反射成分一起，在介質(zhì)表面的反射光圖像中，非常清晰的反映著介質(zhì)兩側(cè)的信息。由于該問題中的兩成分光通常較為復(fù)雜，前人的二分光算法并不能很好解決。所以，本文提出了三種新的二分光算法：對(duì)于角膜，本文提出了利用角膜物理特征的二分光算法；對(duì)于普通介質(zhì)(如玻璃面等)，本文提出了利用局部交叉點(diǎn)特征的二分光算法；由于局部特征對(duì)全局約束不夠，本文又提出了利用兩成分光所形成的圖層的語義信息進(jìn)行約束的二分光算法。實(shí)驗(yàn)證明本文提出的二分光算法較前人的算法效果

4、更好，更為準(zhǔn)確魯棒，能處理更為復(fù)雜的情況。 本文首先介紹了二分光研究的背景及意義，回顧了前人二分光算法的成果，分類對(duì)前人方法進(jìn)行分析和比較，指出其優(yōu)點(diǎn)和不足之處，并給出研究的難點(diǎn)。 然后，本文針對(duì)二分光問題中較為困難的透明介質(zhì)單幅圖像的二分光問題，提出了三種新的分離算法。 對(duì)于人眼角膜圖像，虹膜的紋理被看作是漫反射成分，此時(shí)的角膜圖像雖然包含了外界環(huán)境的光照信息，但由-丁紋理的影響非常不準(zhǔn)確。而對(duì)于具有復(fù)雜紋理的

5、漫反射成分和變化較多的鏡面反射成分的分離，前人的二分光算法是無法處理的。所以，本文提出了利用人眼角膜的物理特征(虹膜顏色，虹膜紋理的放射狀分布，左右角膜的立體視覺對(duì)應(yīng))的二分光算法，利用求解能量函數(shù)，將角膜的鏡面反射光成分分離出來。實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過二分光之后的鏡面反射成分更為準(zhǔn)確的反映了環(huán)境光照的信息。 對(duì)于普通透明介質(zhì)表面的反射光圖像(如玻璃表而)，基于人眼角膜物理特征的二分光算法不再適用。此時(shí)的二分光問題更為復(fù)雜。兩成分光分別反

6、映了介質(zhì)兩側(cè)的場(chǎng)景信息，形成了兩個(gè)透明圖層。本文提出了通過求解兩透明圖層梯度，對(duì)兩成分光進(jìn)行分離的思想，分析了反射光圖像中的局部交叉點(diǎn)特征，建立交叉點(diǎn)區(qū)域的概率模型，對(duì)交叉點(diǎn)進(jìn)行分類，并用線性變換對(duì)各種不同類型交義點(diǎn)進(jìn)行分離，然后利用這些交叉點(diǎn)區(qū)域約束其它非交義點(diǎn)的分離，從而得到整幅反射光圖像的梯度分離結(jié)果，經(jīng)過梯度重建得到與成分光對(duì)成的兩分離圖層。由于局部特征對(duì)于全圖的分離過程約束不足，本文又提出了基于語義信息的二分光方法，并仍然采用