[发明专利]基于快速引导滤波的景深实时渲染方法

权利要求书

1.一种基于快速引导滤波的景深实时渲染方法，其特征在于，该方法至少包括：

步骤1：利用输入的深度信息(d)和设定的镜头参数(EF)，结合简化的弥散圆(circleof confusion，COC)计算公式，获得输入图像的COC图；

步骤2：根据图像中像素深度与聚焦深度的关系，判断出前景及背景模糊区域，并计算对应区域的滤波权重；

步骤3：利用图像修复技术(Inpainting)预测前景遮挡的场景信息，并通过快速引导滤波来实现前景的部分遮挡模糊效果以及背景的层次性模糊效果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

根据透镜成像公式：其中，f代表透镜焦距，u代表物距，v代表像距，具体地，且v代表点P的像距即透镜光心到成像点的距离；F代表透镜的焦距；d代表点P的物距即点到透镜光心的距离，也就是点P的深度；v_f代表成像距离；d_f代表聚焦深度。当透镜直径为E，弥散圆直径为D_COC时，由可得

由于E，F是镜头本身的参数，d_f-F为固定值，因此弥散圆的直径可以进一步的简化为：其中A代表了镜头参数对弥散圆直径的影响，可以看作是控制模糊程度的一个尺度参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

若另C_min代表容许弥散圆，由步骤1中简化的弥散圆直径计算公式，可知针对前景深d₁和后景深d₂有：景深也就是说，处于[d1，d2]的距离范围内的图像是清晰的。可以通过控制聚焦深度d_f和容许弥散圆C_min的大小来聚焦到场景的不同部分，并根据深度信息计算对应区域的引导滤波权重。由于引导滤波能很好地保持边缘，在不要需要保留细节的局部如极远的背景区域，需要根据像素深度与聚焦深度关系，确定较大的滤波权重，使图像更模糊。在聚焦附近区域，确定较小的滤波权重，使图像相对清晰。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

在真实情况中，当背景图像清晰可见时，模糊的前景物体应该具有柔和、类似于半透明效果的边缘，这种情形称之为部分遮挡。基于物体空间的景深渲染方法很容易实现半透明效果，因为物体空间场景中被遮挡的区域各种信息是可以获得的。但是对于本发明所采用的基于图像空间的方法而言，场景经过渲染后，遮挡的区域就完全丢失了。本发明创新性地引入图像修复(Inpainting)技术预测被遮挡区域的像素信息，从而生成部分遮挡效果。通过使用基于主动轮廓Mumford-Shah模型的图像修复算法结合α通道混合来实现模糊前景边缘处的半透明。

另外，针对前景及背景模糊，本发明采用快速引导滤波来完成模糊计算，为避免模糊不连续现象，预先对深度图进行平滑。然后将平滑后的深度图作为引导图进行快速引导滤波，从而有效降低模糊区域内部纹理边缘的显著清晰。最终，本发明实现具有渐进性和层次感模糊的真实感景深效果实时渲染。