劉潤紅

（鄭州師范學院，鄭州 450000）

0 引言

圖像重建技術(shù)可在數(shù)字處理手段的支持下，通過測量物體外部數(shù)據(jù)的方式，獲得與該三維物體相關(guān)的物理形狀信息，其大體執(zhí)行環(huán)節(jié)由投影重建、形狀恢復、視覺重建、激光測距等多個步驟共同組成。應(yīng)用掃描激光對物體景觀進行測距處理時，首先會獲得一系列的三維數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過多次坐標換算，直至準確恢復該物體的所有三維形狀數(shù)值。大多數(shù)情況下，圖像重建技術(shù)的測距能力極為準確，若采用固定激光源，則可令物體處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，并在多次升降操作后，錄取各個剖面中所包含的三維數(shù)據(jù)，以用于三維圖像的后續(xù)重建；若采用移動光源，則可將物體固定在一個錐形區(qū)域內(nèi)，并在前視掃描儀的作用下，獲得多組三維數(shù)據(jù)參量[1]。

在自動化視覺傳達領(lǐng)域中，數(shù)字圖像三維影像感觀重建總是受到多個建模條件的限制影響，一方面會導致重建后圖像出現(xiàn)不完整或破損的情況，另一方面也會導致圖像節(jié)點的分辨率水平持續(xù)下降。傳統(tǒng)視覺傳達系統(tǒng)借助高斯濾波模型提取關(guān)鍵的影像特征點，再利用深度攝像機與圖像處理器完成對三維數(shù)字影像的重建與維護。然而此系統(tǒng)的重建能力有限，并不能實現(xiàn)對圖像節(jié)點分辨率水平的有效提升。為解決此問題，設(shè)計基于數(shù)字圖像重建的三維圖像自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)，在紅外實感攝像頭、圖像傳感器等多個硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體的支持下，對三維數(shù)字圖像的分辨率水平進行初步估計，再以此為基礎(chǔ)，計算時域松弛因子的具體數(shù)值結(jié)果。

1 數(shù)字圖像重建的三維去霧處理

數(shù)字圖像重建的三維去霧處理由圖像分辨率估計、重建節(jié)點迭代修正、時域松弛因子計算三個步驟共同組成，具體操作方法如下。

1.1 三維數(shù)字圖像的分辨率估計

三維數(shù)字圖像重建理論指出分辨率初始節(jié)點的選擇應(yīng)是任意的，在實際成像空間中，所有元素都可被視為估算初始點。實際操作過程中，為了簡便且快捷地計算得出三維數(shù)字圖像的分辨率數(shù)值，通常采取單獨放大某一特定幀分辨率圖像的處理方法，并將該物理幀節(jié)點定義為三維數(shù)字圖像的參考幀，在后續(xù)視覺處理環(huán)節(jié)中，參考幀可用來構(gòu)造分辨率水平更高的三維數(shù)字圖像[2]。在自動化視覺傳達系統(tǒng)中，重建所有數(shù)字圖像都應(yīng)以參考幀條件作為基礎(chǔ)。規(guī)定在保持原始序列形式的三維圖像中，參考幀節(jié)點的分辨率水平能夠反映重建后圖像的分辨率水平均值。設(shè)x1、x2分別代表兩個不同的參考幀節(jié)點橫坐標，y1、y2分別代表兩個不同的參考幀節(jié)點縱坐標，在上述指標參量值對應(yīng)匹配為節(jié)點（x1，x2）、節(jié)點（x2，y2）的情況下，可將三維數(shù)字圖像的分辨率估計結(jié)果表示為：

其中，e1、e2分別代表兩個不同的三維節(jié)點判別系數(shù)，β代表重建后三維圖像的成像條件，p?代表三維圖像的成像特征值。

1.2 重建節(jié)點的迭代修正

數(shù)字圖像重建節(jié)點迭代修正的另一個核心問題就是完成基于視覺傳達的圖像信息搜索，該項操作是指如何在指定區(qū)域內(nèi)，選取多個與迭代修正行為相關(guān)的節(jié)點匹配位置。搜索策略的應(yīng)用能夠較好解決三維數(shù)字圖像分辨率水平過低的問題，并可以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對自動化節(jié)點的按需分配。在已知三維數(shù)字圖像分辨率估計結(jié)果的基礎(chǔ)上，重建節(jié)點的迭代修正就是針對成像空間進行連續(xù)性約束投影的處理過程[3]。因此，數(shù)字圖像重建節(jié)點迭代修正處理應(yīng)以構(gòu)造信息參考集為首要目標，在后續(xù)處理過程中，可將已有先驗約束信息填充到原始參考集合中，從而完成對節(jié)點參量結(jié)果的修正與維護處理。設(shè)tmax代表最大的三維圖像信息搜索權(quán)限值，tmin代表最小的三維圖像信息搜索權(quán)限值，聯(lián)立式(1)，可將數(shù)字圖像重建節(jié)點的迭代修正結(jié)果表示為：

式中，λ為重建后數(shù)字圖像的三維區(qū)域劃分系數(shù)，f為基于視覺傳達的自動化節(jié)點分配條件，I1、I2為兩個不同的自動化節(jié)點位移矢量值，為I1與I2系數(shù)的均值結(jié)果。

1.3 時域松弛因子計算

三維數(shù)字圖像重建質(zhì)量受到視覺傳達節(jié)點運動估計誤差等多個物理條件的共同影響，其他因素諸如隨機噪聲值、圖像節(jié)點偏移等也會導致重建后圖像的質(zhì)量水平嚴重下降，因此僅參考重建節(jié)點的迭代修正結(jié)果是遠遠不夠的?；诖颂岢鰰r域松弛因子的計算思想，一般情況下，當參考幀距離觀測幀較遠時，重建后三維數(shù)字圖像的時域松弛因子數(shù)值相對較小，即參考幀與觀測幀的差異值水平較??；當參考幀距離觀測幀較近時，重建后三維數(shù)字圖像的時域松弛因子數(shù)值相對較大，即參考幀與觀測幀的差異值水平較大[4]。相對于其他應(yīng)用思想而言，時域松弛因子可為三維數(shù)字圖像重建提供更多的參考幀信息參量，從而實現(xiàn)對自動化視覺傳達系統(tǒng)的優(yōu)化處理。設(shè)s1、s2分別代表兩個不同的參考幀定義項，聯(lián)立式(2)，可將時域松弛因子計算結(jié)果表示為：

其中，A代表參考幀節(jié)點與觀測幀節(jié)點間的距離系數(shù)，q0代表觀測幀節(jié)點定義項，代表基于觀測幀節(jié)點的三維圖像重建指征。

2 三維圖像自動化視覺傳達系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化

按照數(shù)字圖像重建的三維去霧處理需求，按需連接紅外實感攝像頭、圖像傳感器與視覺傳達處理設(shè)備，實現(xiàn)三維圖像自動化視覺傳達系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化。

2.1 紅外實感攝像頭

紅外實感攝像頭負責三維圖像的采集，可在同一時間點獲取多個連續(xù)的視覺影像，并可按照圖像中重建節(jié)點間色彩數(shù)據(jù)的配比關(guān)系，對原始數(shù)據(jù)圖像進行重建與融合處理。在原有的自動化視覺傳達系統(tǒng)中，深度攝像機只能采集到黑白或單色的圖像信息，且這些信息參量也只能短暫存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機之中[5]。為從根本上減輕數(shù)據(jù)庫主機的存儲壓力，自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)采用紅外實感攝像頭對三維圖像信息進行采集，一方面可按照數(shù)據(jù)參量間的色彩配比關(guān)系，安排其重建處理行為的執(zhí)行方向，另一方面也可通過紅外測定的方式，判斷相關(guān)節(jié)點處的數(shù)字圖像分辨率水平，從而使得修正后的迭代系數(shù)能夠更好應(yīng)用于三維圖像節(jié)點重建的處理過程中。

圖1 紅外實感攝像頭示意圖

2.2 圖像傳感器

三維圖像傳感器可用于穩(wěn)定多個紅外實感攝像頭之間的物理連接關(guān)系，在進行數(shù)字圖像的深度拍攝時，基礎(chǔ)傳感模塊與影像傳感器主機同步開啟連接狀態(tài)，可在維持三維數(shù)字圖像原始分辨率水平的同時，實現(xiàn)對自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)執(zhí)行環(huán)境的有效維護。三維傳感模塊能夠準確記錄重建后圖像的時域松弛因子數(shù)值，并可遵照重建節(jié)點的迭代修正結(jié)果，探測現(xiàn)有處理圖像的平均分辨率水平。影像傳感器則具備較強的輔助執(zhí)行能力，可對紅外實感攝像頭所采集到的連續(xù)圖像信息進行二次處理，并從中篩選、剔除非必要的顏色信息參量，從而使得重建后數(shù)字圖像具備更高的視覺傳達能力。

圖2 三維圖像傳感器示意圖

2.3 視覺傳達處理設(shè)備

視覺傳達處理設(shè)備作為數(shù)字圖像重建處理的關(guān)鍵執(zhí)行元件，可在紅外實感攝像頭、圖像傳感器兩類硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體的支持下，對三維圖像節(jié)點的分辨率水平進行檢測與跟蹤，從而使得系統(tǒng)顯示屏幕中圖像信息參量的存在形式得以豐富。傳統(tǒng)視覺傳達系統(tǒng)中只存在JPG一種格式的數(shù)字圖像，隨視覺傳達指令的不斷執(zhí)行，原圖像的分辨率水平會不斷下降，直至最終輸出圖像的清晰度受到嚴重影響[6]。新型自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)中增設(shè)了RCB格式的數(shù)字圖像，這種圖像信息在原始圖像的基礎(chǔ)上，針對三維節(jié)點分辨率水平較低的問題進行改進，不僅解決了紅外實感攝像頭在圖像信息采集過程中可能出現(xiàn)的物理晃動問題，也可實現(xiàn)對圖像信息文件的長期存儲。

表1 視覺傳達處理設(shè)備參數(shù)設(shè)定

3 系統(tǒng)實用能力測試

為驗證數(shù)字圖像重建三維圖像自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用可行性，設(shè)定如下測試環(huán)節(jié)，通過對比重建后圖像的平均分辨率水平，來判斷實驗組、對照組系統(tǒng)的實際應(yīng)用能力，其中實驗組主機平臺搭載基于數(shù)字圖像重建的三維圖像自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)，對照組主機平臺搭載傳統(tǒng)視覺傳達系統(tǒng)。

遵循三維數(shù)字圖像信息的提取結(jié)果，構(gòu)建如圖3所示重建測試平臺，以3D制作設(shè)備、影像編輯工具、專業(yè)引擎元件作為實驗基礎(chǔ)，在C語言開發(fā)軟件的支持下，采用多構(gòu)架網(wǎng)絡(luò)對三維圖像數(shù)據(jù)信息進行傳輸處理，從而使其時效性及完整性得到有效保障。

圖3 影像重建測試平臺

表2記錄了重建后三維數(shù)字圖像的理想分辨率數(shù)值、實驗組分辨率數(shù)值及對照組分辨率數(shù)值。

表2 分辨率數(shù)值對比

理想情況下，重建后三維數(shù)值圖像的分辨率最小值為67.2dpi、最大值為67.5dpi，剩余記錄數(shù)值則始終在該物理區(qū)間內(nèi)來回波動變化。實驗組重建后三維數(shù)值圖像的分辨率最小值為57.6dpi、最大值為64.6dpi，與理想情況相比，其數(shù)值波動區(qū)間雖然明顯增大、平均數(shù)值水平也出現(xiàn)了下降，但其實際記錄數(shù)值已經(jīng)在不斷向著理想化數(shù)值結(jié)果靠近。對照組三維數(shù)值圖像的分辨率最小值為34.0dpi、最大值為35.2dpi，與理想情況相比，其數(shù)值波動區(qū)間雖然沒有明顯變化，但其均值水平卻出現(xiàn)了明顯下降的變化趨勢，也遠不及實驗組的數(shù)值記錄結(jié)果。

QSI指標能夠反映視覺傳達系統(tǒng)所具備的圖像去霧能力，通常情況下，QSI指標數(shù)值越大，視覺傳達系統(tǒng)所具備的圖像去霧能力也就越強。下表記錄了實驗組、對照組QSI指標數(shù)值的實際變化情況。

表3中，實驗組QSI指標在前35min的實驗時間內(nèi)，一直維持不斷上升的數(shù)值變化趨勢，但中后期這種數(shù)值上升的變化幅度明顯減小，從第40min開始，實驗組QSI指標的數(shù)值變化趨勢開始逐漸趨于穩(wěn)定。對照組QSI指標在整個實驗過程中，始終保持不斷下降的數(shù)值變化趨勢，但實驗后期的下降幅度明顯小于實驗前期，全局最大數(shù)值結(jié)果達到了60.7%，與實驗組最大值88.3%相比，下降了27.6%。

表3 QSI指標數(shù)值

總結(jié)上述所有數(shù)值記錄結(jié)果可知，應(yīng)用三維圖像自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)后，數(shù)值重建圖像的分辨率數(shù)值水平得到了有效保障，且QSI指標數(shù)值也開始不斷提升，能夠較好地實現(xiàn)對待重建圖像的去霧化處理。

4 結(jié)語

三維圖像自動化視覺傳達優(yōu)化系統(tǒng)在傳統(tǒng)視覺傳達系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對重建后數(shù)字圖像的分辨率數(shù)值進行初步估計，又聯(lián)合重建節(jié)點的迭代修正結(jié)果，對時域松弛因子進行精準計算。由于紅外實感攝像頭、圖像傳感器等多個硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體元件的接入，視覺傳達處理設(shè)備可對各級數(shù)字圖像信息進行同步處理與協(xié)調(diào)，一方面實現(xiàn)了對數(shù)字化圖像的重建與處理，另一方面也可滿足準確監(jiān)測自動化節(jié)點處三維圖像分辨率水平的實際應(yīng)用需求。在三維重建思想的作用下，數(shù)字圖像的復原與修復成為了可能，不僅能夠彌補視覺傳達思想在應(yīng)用方面的不足之處，也可有效抑制圖像起霧行為的出現(xiàn)。