计算机视觉-(10)

第10章三维景物恢复10.1由光移恢复表面朝向10.2从影调获取形状信息10.3纹理变化与表面朝向10.4根据焦距确定深度10.1由光移恢复表面朝向10.1.1表面反射特性10.1.2目标表面朝向10.1.3反射图10.1.4光度立体学求解10.1.1表面反射特性在成像中，场景亮度对应光源表面射出的光通量，而图像照度则对应图像平面得到的光通量1.双向反射分布函数一条光线I的方向可用该光线与面元法线间的夹角q（称为极角）和该光线在目标表面的正投影与参考线之间的夹角f（称为方位角）表示第10章10.1.1表面反射特性1.双向反射分布函数f(qi,fi;qe,fe)表示当光线沿方向(qi,fi)入射到物体表面而观察者在方向(qe,fe)所观察到的表面亮度和照度的比值10.1.1表面反射特性1.双向反射分布函数扩展光源整个表面照度整个表面的亮度10.1.1表面反射特性2.理想散射表面理想散射表面也称朗伯表面，从所有观察方向看它都是同样亮的，并且它完全不吸收地反射所有入射光。朗伯表面的BRDF即f(qi,fi;qe,fe)是个常数理想散射表面在具有均匀照度E的“天空”之下时10.1.1表面反射特性3.理想镜面反射表面一个理想镜面反射表面可将所有从(qi,fi)方向射入的光全部反射到(qe,fe)方向上10.1.2目标表面朝向求切面上任意两条不平行直线的外（叉）积就可得到表面法线将(p,q)称为表面梯度法线指向观察者（取反向）10.1.3反射图点光源照射一个朗伯表面场景亮度与表面朝向的关系函数为R(p,q)，将其作为梯度(p,q)的函数，以等值线形式画出而得到的图称为反射图10.1.3反射图对由一个远距离的点光源照明的朗伯面10.1.3反射图反射图表示了表面照度与表面朝向的依赖关系图像亮度约束方程一个朗伯表面的球体被一个点光源所照明10.1.4光度立体学求解从由p和q所确定的表面朝向到由反射图R(p,q)所确定的亮度间的对应关系是唯一的，但反过来却不一定。利用在不同光线下采集的两幅图像，可对每个图像点生成两个方程10.1.4光度立体学求解两幅在不同光照条件下（同一个光源处于两个不同位置）采集得到的对应图像将各点的朝向矢量画出的结果10.2从影调获取形状信息10.2.1影调与形状10.2.2求解亮度方程10.2.1影调与形状1.影调与朝向图像上影调（明暗/灰度）变化的分布取决于4个因素：①物体（正对观察者）可见表面的几何形状，②光源的入射强度和方向，③观察者相对物体的方位和距离，④物体表面的反射特性1.影调与朝向光源来自观察者背后且为平行光线光线不是以i=e的角度入射的一般情况10.2.1影调与形状2.梯度空间法借助梯度空间法可以理解由平面相交而形成的结构当S和G同号时，表明两个面组成凸结构，而当S和G异号时，则表明两个面组成凹结构10.2.1影调与形状3.反射图10.2.1影调与形状10.2.2求解亮度方程10.3纹理变化与表面朝向10.3.1三种典型变化10.3.2确定线段的纹理消失点10.3.1三种典型变化1.利用纹理元尺寸的变化位置不同的纹理元在投影后尺寸会产生不同的变化纹理梯度的方向取决于纹理元绕摄像机轴线旋转的角度，而纹理梯度的数值给出纹理元相对视线倾斜的倾斜度10.3.1三种典型变化2.利用纹理元形状的变化物体表面纹理元的形状在透视投影和正交投影成像后有可能发生一定的变化椭圆主轴的取向确定了相对于摄像机轴线旋转的角度，而长短轴长度的比值反映了相对视线倾斜的倾斜度10.3.1三种典型变化3.利用纹理元之间关系的变化如果纹理是由有规律的纹理元栅格所组成，则可通过计算其消失点来恢复表面朝向信息连接这两个点的直线的方向指示纹理元相对于摄像机轴线旋转的角度，而这条连线与x=0的交点指示了纹理元相对视线的倾斜角10.3.1三种典型变化10.3.2确定线段的纹理消失点•图像空间中的直线可表示为变换{x,y}{l,q}将图像空间XY中的一条直线映射为参数空间LQ中的一个点，而图像空间XY中具有相同消失点(xv,yv)的直线集合被投影到参数空间LQ中的一个圆上（见如下）•将和q=arctan{y/x}代入22xyl10.3.2确定线段的纹理消失点再转到直角坐标系中这个圆是所有以(xv,yv)为消失点的线段集合投影到LQ空间中的轨迹10.3.2确定线段的纹理消失点•两个缺点：①圆检测比直线困难，计算量也大②当xv或yv时，有l•改用变换{x,y}{k/l,q}•在无穷远的消失点就可投影到原点，而且具有相同消失点(xv,yv)的线段所对应的点在ST空间的轨迹成了一条直线直线方程10.3.2确定线段的纹理消失点空间ST里的直线在空间RW里为一个点{哈夫变换}消失点的坐标为10.4根据焦距确定深度景深由满足清晰程度的最远点和最近点所确定10.4根据焦距确定深度景物最近点距离为景物最远点距离为景深10.4根据焦距确定深度当使用焦距较长的镜头时，最近点距离和最远点距离会比较接近，所获得的景深会比较小。这样就有可能根据对焦距的测定来确定景物的距离实际应用中，对一个给定的景物点，调节焦距使对它的成像清晰，则此时的焦距就指示与它的距离；而对一幅以一定焦距拍摄的图像，其上清晰的像素点所对应的景物点的深度也可以计算出来