李智敏

摘要：本文在對(duì)室外自然光照成像的研究中，對(duì)成像場(chǎng)景的計(jì)算方式進(jìn)行了探究，并提出了利用基圖像分解技術(shù)進(jìn)行估值計(jì)算的方式，改變傳統(tǒng)計(jì)算方式；而在成像的陰影處理方面，則主要采用正交分解的方式，對(duì)室外光照的陰影進(jìn)行檢測(cè)，從而提升室外自然光照的處理能力。

關(guān)鍵詞：室外場(chǎng)景；自然光照成像；基圖像分解；正交分解

中圖分類(lèi)號(hào)：TP751.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0067-01

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法能夠通過(guò)對(duì)光照?qǐng)鼍暗墓舛葘W(xué)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)場(chǎng)景成像的圖像像素值獲取，此時(shí)像素值所對(duì)應(yīng)的成像場(chǎng)景，則于其所處的光照環(huán)境有著緊密關(guān)聯(lián)。在開(kāi)展室外光照成像計(jì)算時(shí)，就必須考慮明暗、場(chǎng)景分析以及逆向繪制。因此在傳統(tǒng)計(jì)算方式中，直接測(cè)量、物理求解和圖像光照獲取方法在具體的場(chǎng)景變化中有著不同的應(yīng)用方向。

1 運(yùn)用基圖像分解開(kāi)展室外光照計(jì)算

1.1 基圖像分解的室外光照環(huán)境設(shè)定

在環(huán)境設(shè)定中，要求計(jì)算人員首先將室外環(huán)境中自然光的來(lái)源天空設(shè)定為面光源，而在面光源當(dāng)中，通過(guò)計(jì)算和分析方法獲取太陽(yáng)光和天空光的基圖像，并以此建立線性模型[1]。隨后依托圖像采樣的方式對(duì)室外光照條件進(jìn)行離線學(xué)習(xí)，通過(guò)求解的方式，對(duì)太陽(yáng)位置和不同的天氣狀況條件下的圖像所呈現(xiàn)出的光照參數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)，并將數(shù)值代入到線性模型之中，利用模型對(duì)太陽(yáng)位置的情況進(jìn)行采樣，利用模型分析方式們可以將虛擬物體于真實(shí)場(chǎng)景相互融合，形成視頻序列。這種設(shè)定方式能夠極大程度上保證室外自然光照成像的計(jì)算精準(zhǔn)度。

1.2 在線階段室外自然光照的計(jì)算

根據(jù)太陽(yáng)位置和實(shí)際的自然光照情況，基圖像求解可以分為理想狀態(tài)和偏離狀態(tài)兩種形態(tài)，其中理想狀態(tài)之下，太陽(yáng)的位置于線性模型分析求解所得的泰亞高位置相一致，在進(jìn)行自然光照的計(jì)算時(shí)可以直接進(jìn)行太陽(yáng)位置的采樣。隨后利用方程組，對(duì)基圖像當(dāng)中的光照參數(shù)進(jìn)行獲取。圖像J當(dāng)中共有像素?cái)?shù)量為Xj，J∈（1，m），在現(xiàn)實(shí)情況之中，m大于2，此時(shí)就可以通過(guò)最小二乘法對(duì)Xj進(jìn)行方程組求解，繼而進(jìn)一步獲取基圖像當(dāng)中的近似解和重構(gòu)解，保證計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度；而偏離狀態(tài)則是指線性模型當(dāng)中所完成輸入的太陽(yáng)位置于采樣太陽(yáng)位置之間出現(xiàn)一定的偏差，在這種狀態(tài)之下，常規(guī)的理想狀態(tài)計(jì)算方法無(wú)法保證計(jì)算精度，因此需要采用通過(guò)輸入幀的方式與臨近采樣太陽(yáng)位置進(jìn)行對(duì)比，并完成基于基圖像的更新。該種計(jì)算方法能夠借助基圖像和前一幀圖像的太陽(yáng)位置來(lái)模擬當(dāng)前幀的光照太陽(yáng)位置信息。

2 室外自然光照成像的陰影處理

2.1 正交分解下的彩色光照?qǐng)D像變化提取

在無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)技術(shù)當(dāng)中，需要對(duì)若干陰影的不變量進(jìn)行定義，從而使圖像當(dāng)中的RGB像元值vH集合，并完成uH定義，定義uH=log（vH），從而完成矩陣形式方程簡(jiǎn)化，如公式1所示。

公式1：AuH=I

式中，A為簡(jiǎn)化矩陣；I為圖像當(dāng)中的陰影變量集合。

利用公式1可以計(jì)算得到陰影部分和非陰影部分的原圖像像元值。而矩陣A的變化規(guī)律往往會(huì)受到矩陣參數(shù)影響，不會(huì)受到圖像影響。因此在進(jìn)行正交分解時(shí)，往往依據(jù)其所具有的奇異特性，對(duì)其解空間進(jìn)行認(rèn)定，解空間由自由空間和矩陣中任一特解共同構(gòu)成，同時(shí)其自由度為1，基于線性代數(shù)，可以最終獲取任意解u，并得到正交分解。如公式2所示。

公式2：u=uP+au0

式中，u0代表自由解，同時(shí)滿足a屬于R（實(shí)數(shù)）的要求；uP為方程公式1 的特解，滿足條件uP垂直u0。

基于公式2可以獲取一副唯一解圖像，在圖像當(dāng)中，自由解u0受到光照環(huán)境的具體參數(shù)影響，并由光照變化比率來(lái)決定，通過(guò)uP計(jì)算能夠獲得唯一特解，明確圖像可以消除不同光照環(huán)境的影響。

2.2 正交分解條件下的陰影優(yōu)化

一般來(lái)說(shuō)，基于正交分解條件所完成的圖像陰影你信息提取，會(huì)存在一定的非陰影區(qū)域和零散的陰影區(qū)域，這部分區(qū)域于陰影區(qū)域之間的對(duì)比度較低，因此圖像的明暗變化平滑度較高。此時(shí)，陰影區(qū)域圖像上的非陰影區(qū)域會(huì)同時(shí)具有較低的亮度，因此在進(jìn)行陰影優(yōu)化時(shí)，需要針對(duì)圖像區(qū)域內(nèi)部的亮度信息和平滑度信息進(jìn)行判別，從而避免陰影誤檢[2]。在EM算法之下，通過(guò)需要將圖像的原始灰度進(jìn)行計(jì)算，并利用高斯平滑的濾波處理，獲得圖像當(dāng)中各個(gè)像元點(diǎn)的平滑度數(shù)據(jù)。運(yùn)用形態(tài)學(xué)對(duì)陰影區(qū)域進(jìn)行操作，在通過(guò)開(kāi)閉操作以及連通區(qū)域分析方法，能夠獲得最終的優(yōu)化結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，成像計(jì)算和陰影處理，是目前室外自然光照成像圖像處理當(dāng)中的主要策略，通過(guò)具體的應(yīng)用策略能夠保證室外自然光照下的圖像生成于實(shí)際的室外光照?qǐng)鼍氨３指叨纫恢滦浴Ｔ诰唧w的算法和實(shí)例當(dāng)中，對(duì)于不同的光照條件和陰影特性，應(yīng)當(dāng)選擇不同的處理策略，提升處理效力。

參考文獻(xiàn)

[1]張銳，韓慧健，梁秀霞，等.基于色度一致性的室外場(chǎng)景光照參數(shù)估計(jì)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2018，45（03）：60-64+84.

[2]段志剛，屈靚瓊，田建東等.基于正交分解的室外光照陰影檢測(cè)[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（08）：209-217.