[发明专利]一种单幅图像场景的虚实光照融合方法

权利要求书

1.一种单幅图像场景的虚实光照融合方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)由单幅原始输入图像中场景底层几何线索估计场景的粗略几何信息；

(2)由场景的光照线索推理得到本征图像信息，包括原始输入图像的明暗图和反射率图；

(3)通过得到的几何信息及本征图像信息推理完成对图像场景的光照估计，实现图像场景的虚实光照融合。

2.根据权利要求1所述的一种单幅图像场景的虚实光照融合方法，其特征在于：在步骤(1)中，首先将输入图像分割成若干图像块，每个图像块尽可能处于原输入图像场景中同一物体的同一平面上，提取每个图像块的图像特征，然后利用马尔科夫随机场描述图像块的图像特征与三维信息之间、图像块之间的关系，通过监督学习的方法得到马尔科夫随机场的参数，用于推理每一个图像块的三维位置和三维朝向。

3.根据权利要求1所述的一种单幅图像场景的虚实光照融合方法，其特征在于：步骤(2)中所述的本征图像信息是指图像所包含的内部信息；在不考虑噪声图的情况下，单幅图像可以完全分解为明暗图和反射率图的乘积；首先利用最小方差估计方法，选择出可明显区分明暗和反射率的初始图像块，通过迭代训练，计算出每个图像块对应的线性回归系数，根据得到的初始图像块的回归系数来估计输入图像的明暗图和反射率图，明暗图基本反映了输入图像的明暗分布，而反射率图基本反映了输入图像中物体的反射率。

4.根据权利要求1所述的一种单幅图像场景的虚实光照融合方法，其特征在于：步骤(3)中为完成对图像场景的光照估计，所述的场景稀疏辐射度图是指在真实场景和真实光源之间设置虚拟光源分布半球，利用场景中处于非阴影区域的部分漫反射表面，计算与虚拟光源分布半球对应的辐射度图中均匀分布的部分点的强度，得到真实场景的稀疏辐射度图，近似模拟真实光源。

5.根据权利要求1所述的一种单幅图像场景的虚实光照融合方法，其特征在于：在步骤(3)中对图像场景的光照估计，需要建立单幅图像场景虚实光照融合的光照模型，模型参数包括场景的环境光和稀疏辐射度图中均匀分布的部分点的强度，将场景面片上的辐照度与明暗图中相应的像素值对应，将面片的反射率与反射率图中相应的像素值对应；利用L-M最优化的方法，计算得到可使面片像素估算值和观察值之间差的绝对值最小的值为光照模型参数取值。

6.根据权利要求1所述的一种单幅图像场景的虚实光照融合方法，其特征在于：在步骤(3)中为完成对图像场景的光照估计，需要剔除所有场景理解估算有误差的面片，利用基于随机抽样一致性的光照估计求精算法，首先随机选择若干面片用于光照模型参数估计，然后用估计出来的参数去计算剩余面片的估计值，如果其与观察值相差很大则继续选择另外的若干面片估计参数，直到估计值和观察值的差小于一定阈值时算法结束，此时所选择的面片即为最可能符合光照模型估算方法的面片；最后利用得到的真实光照信息估算值照明虚拟三维物体，完成单幅图像场景的虚实光照融合。