一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法与流程

文档序号:21277386发布日期:2020-06-26 23:21阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1:采用相机获取nlos场景在漫反射面上产生的漫反射图像;

步骤2:采用逆透视变换和重采样技术提取漫反射图像中对应实际空间中为矩形的区域内的图像并将该部分图像变换成指定分辨率的矩形图像;

步骤3:确定步骤2得到的矩形图像的尺寸及空间位置,根据矩形图像内存在的像素点个数,得到每颗像素点中心的空间坐标;

步骤4:确定待成像的nlos场景所在区域的尺寸及空间位置;

步骤5:由步骤3得到的矩形图像的尺寸及空间位置和步骤4得到的待成像的nlos场景所在区域的尺寸及空间位置建立光传输矩阵;所述光传输矩阵的维度取决于矩形图像的总像素数和待成像的nlos场景的总像素数,行数为步骤1得到的漫反射图像的总像素数,列数为待成像的nlos场景的总像素数;该光传输矩阵中的每个元素代表待成像的nlos场景中的一颗像素信息到漫反射图像的一颗像素信息的转换关系,所述转换关系由光线跟踪算法中光辐射传播公式计算得到;

步骤6:根据步骤2得到的矩形图像和步骤5得到的光传输矩阵建立优化问题,求解该优化问题得到nlos场景图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,其特征在于:在执行步骤3之前,可根据实际需求对矩形图像进行降采样。

3.根据权利要求1所述的一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,其特征在于:所述待成像的nlos场景所在区域的尺寸及空间位置与矩形图像的尺寸及空间位置在同一坐标系下确定。

4.根据权利要求1所述的一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,其特征在于:所述转换关系采用转换矩阵t表示:

式中,漫反射图像上的任意一颗像素点pi,其中i∈[1,m*n],来自待成像的nlos场景图像上的任意一颗像素点p′j,其中j∈[1,x*y],ρ表示漫反射面的反射率,θ′表示入射光线跟nlos场景表面法线的夹角,wi是入射光线的方向向量,wo是反射光线的方向向量,lo(p,wo)表示在漫反射面p点处沿wo方向反射光线的亮度,θi是入射光方向向量与漫反射材料在p处的法向量的夹角,s为待求解的nlos场景表面的面积;

假设漫反射图像表示为图像矩阵d,待成像的nlos场景表示为图像矩阵f,则关系表示如下:

d=tf(9)。

5.根据权利要求4所述的一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,其特征在于:所述步骤6具体包括以下子步骤:

判断转换矩阵t是否可逆,若可逆,则根据式(9)计算得到待成像的nlos场景对应的图像矩阵f;

f=t-1d(10)

若不可逆,则进行以下步骤:

得到转换矩阵的伪逆为f的最小二乘逼近;

根据漫反射图像类型建立对应的优化问题,并进行求解得到待成像的nlos场景对应的图像矩阵f:

f=argmin(||tf-d||2+λ1||f||tv+λ2b)(12)

其中,||f||tv为图像矩阵f的总变差,其计算方式为:

b为桶形函数,其计算方式为:

其中,λ1,λ2为正则化系数,fi,j为图像矩阵f的i行j列像素值,x,y分别表示图像矩阵f的总行数和总列数。

6.根据权利要求5所述的一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,其特征在于:所述漫反射图像包括单通道灰度图像、rgb三通道彩色图像、拜尔滤波模式的rgbg四通道彩色图像中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,其特征在于:

若漫反射图像为单通道灰度图像,则建立一个优化问题,并求解得到nlos场景图像对应的矩阵f;若漫反射图像为rgb三通道彩色图像,则将三通道的数据分离,对三个通道分别建立优化问题,求解得到三通道数据,将三通道数据进行组合得到nlos场景图像对应的矩阵f;若漫反射图像为拜尔滤波模式的rgbg四通道彩色图像,则将四通道的数据分离,对两个g通道的数据进行平均得到三个通道的数据,针对三个通道建立优化问题,求解得到三通道数据,将三通道数据进行组合得到nlos场景图像对应的矩阵f。


技术总结
本发明公开了一种基于光线跟踪算法的非视域成像方法,利用普通相机拍摄非视域场景在漫反射面上产生的漫反射信息,借助光线跟踪算法的思路,通过算法分析漫反射图像中每颗像素对应的光线从NLOS场景传播至相机的路径,并将传播路径进行反向计算,并结合漫反射面的双向反射率分布函数(BRDF),从而逆向推导出NLOS场景物体的图像。本方法无需借助其他昂贵设备仪器,相对于需要发射激光和复杂成像设备的非视域成像方法,本方法大幅降低设备成本。

技术研发人员:张宇宁;吴术孔
受保护的技术使用者:东南大学
技术研发日:2020.02.20
技术公布日:2020.06.26
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