[发明专利]一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法

摘要

本发明公开了一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法，包括以下步骤：步骤1，搭建拍摄环境；步骤2，拍摄用于光线补偿的图片；步骤3，拍摄材质图片；步骤4，计算材质表面的几何曲面形状；步骤5，计算材质表面的漫反射系数；步骤6，计算材质表面的镜面反射系数；步骤7，计算材质表面的置换信息；步骤8，计算材质的透明度值。

主权项

1.一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法，包括以下步骤：步骤1，搭建拍摄环境；步骤2，拍摄用于光线补偿的图片；步骤3，拍摄材质图片；步骤4，计算材质表面的几何曲面形状；步骤5，计算材质表面的漫反射系数；步骤6，计算材质表面的镜面反射系数；步骤7，计算材质表面的置换信息；步骤8，计算材质的透明度值；步骤1包括以下步骤：步骤1‑1，制备遮光箱，遮光箱的长宽高分别为a、b和c，将遮光箱内侧涂上亚光材料；步骤1‑2，遮光箱顶端中心处固定相机，在遮光箱底部10cm处设置透台，用于放置待拍摄物体，透台的材质为匀光板；步骤1‑3，在遮光箱内部设置灯光组，包括：顶部灯光组，设置在相机镜头下方3cm处，包括四条LED灯带；底部灯光组，设置在遮光箱底部，包括四条LED灯带，在透台下侧；四周灯光组，设置在透台上侧20cm处，并与遮光箱内侧四周与底部夹角呈45o，根据灯光打亮时拍摄图片亮度范围分别命名为东部灯组、南部灯组、西部灯组和北部灯组，其中东部灯组拍摄出来的图片右半部分亮，西部灯组拍摄出来的图片左半部分亮，南部灯组拍摄出来的图片下半部分亮，北部灯组拍摄出来的图片上半部分亮；步骤1‑4，在所有灯组上放置滤光膜，以形成方向光源；步骤2包括以下步骤：步骤2‑1，透台上不放置任何物体，打开顶部灯光组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为Top；步骤2‑2，打开东部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为East；步骤2‑3，打开西部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为West；步骤2‑4，打开北部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为North；步骤2‑5，打开南部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为South；步骤3包括以下步骤：步骤3‑1，将材质样本平整的放置于半透明透台中央部分，在相机镜头上放置滤光镜，依次打开顶部灯组，东部灯组，西部灯组，北部灯组，南部灯组以及底部灯组，并打开相机进行拍摄，将拍摄的图片依次存储为Image_T1，Image_E1，Image_W1，Image_N1，Image_S1和Image_B1，最后打开除底部灯组外的其他灯组，并打开相机进行拍摄，拍摄图片存储为Image_F1；步骤3‑2，取下相机镜头上放置的滤光镜，依次打开顶部灯组，东部灯组，西部灯组，北部灯组以及南部灯组，并打开相机进行拍摄，将拍摄的图片依次存储为Image_T2，Image_E2，Image_W2，Image_N2和Image_S2，最后打开除底部灯组外的其他灯组，并打开相机进行拍摄，拍摄图片存储为Image_F2；步骤4包括以下步骤：步骤4‑1，将拍摄图片North，South，West，East和Top转换为单通道浮点亮度图，分别记为NorthL，SouthL，WestL，EastL和TopL，对于三通道的图片Img，设其三通道为Ir，Ig，Ib，分别代表红，绿，蓝三通道，最后得到的单通道亮度记为ImgL，则：ImgL＝(Max(Ir，Ig，Ib)+Min(Ir，Ig，Ib))/(2.0*255.0)其中Max表示取三者中最大值，Min表示取三者中最小值；步骤4‑2，计算(TopL‑NorthL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgN；计算(TopL‑SouthL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgS；计算(TopL‑WestL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgW；计算(TopL‑EastL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgE；步骤4‑3，计算(TopL‑NorthL)+AvgN的值，得到北部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_N；计算(topL‑SouthL)+AvgS的值，得到南部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_S；计算(topL‑WestL)+AvgW的值，得到西部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_W；计算(topL‑EastL)+AvgE的值，得到东部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_E；步骤4‑4，将图片Image_N1，Image_S1，Image_W1，Image_E1，Image_T1都转换为单通道浮点亮度图，保存为图片分别记为Image_NL1，Image_SL1，Image_WL1，Image_EL1，Image_TL1；步骤4‑5，使用参数α对Image_NL1，Image_SL1，Image_WL1和Image_EL1进行修正，公式如下：Image_NLN1＝Image_NL1_Data+ImageAdjust_N*α‑Image_TL1，Image_SLN1＝Image_SL1_Data+ImageAdjust_S*α‑Image_TL1，Image_WLN1＝Image_WL1_Data+ImageAdjust_W*α‑Image_TL1，Image_ELN1＝Image_EL1_Data+ImageAdjust_E*α‑Image_TL1；其中Image_NL1_Data表示Image_NL1的像素值，Image_SL1_Data表示Image_SL1的像素值，Image_WL1_Data表示Image_WL1的像素值，Image_EL1_Data表示Image_EL1的像素值；步骤4‑6，新建两个三通道的图像NorthWest和SouthEast，将Image_WLN1的值作为NorthWest的R通道的值，Image_NLN1的值作为NorthWest的G通道的值，并将NorthWest图像色阶调整到0.5～0，将Image_ELN1的值作为SouthEast的R通道的值，Image_SLN1的值作为SouthEast的G通道的值，并将图像SouthEast的色阶调整到0.5～1.0，然后将NorthWest和SouthEast两张图片以叠加的方式进行混合得到图像Temp1；假设图像的像素值为p，将色阶调整到A～B的计算方式为：Pnew＝P*(B‑A)+A，Pnew表示调整后像素值；叠加方式图像混合方式计算方法为：Temp1＝2*NorthWest*SouthEast；步骤4‑7，对图像Temp1进行去褶皱处理：使用高斯滤波对图像Temp1的R通道和G通道分别进行高斯滤波，高斯函数如下：该高斯函数表示大小为(2k+1)*(2k+1)的高斯卷积核，G_xy表示高斯核在点(x,y)位置处高斯函数值，σ为方差，k的值用于确定高斯核矩阵的维数，σ的计算方式为：根据σ计算出高斯核矩阵的每个像素的权值，对图像Temp1中每个像素进行如下计算：以该像素自身为中心乘以高斯核矩阵的值作为该像素新的值，从而得到平滑后的图像，记为Smooth1；步骤4‑8，通过图像Temp1与Smooth1计算出使用滤光膜的一组图片的几何曲面形状信息Shape1，公式如下：Shape1＝Temp1‑Smooth1+127；步骤4‑9，将图片Image_N2，Image_S2，Image_W2，Image_E2，Image_T2，使用步骤4‑4～步骤4‑8的方法，得到不使用滤光膜的一组图片的几何曲面形状信息，记为Shape2，将Shape1与Shape2通过如下公式进行融合得到最终材质表面几何曲面形状信息Shape：Shape＝(Shape1+Shape2)*0.5；步骤4‑10，计算材质表面几何曲面形状信息：由于Shape图像的R通道和G通道已知，而材质表面几何曲面形状即通过归一化Shape图像的RGB三通道得到，因此假设R通道的像素值为r，G通道的像素值为g，则B通道的像素值b的计算公式如下：将B通道像素值从[0,1]转到[0,255]即得到最终的材质表面几何曲面形状。