計算機視覺中的二分光問題研究.pdf

1、光照的變化能夠明顯改變物體的外觀。人們通過對光反射模型的研究，知道物體表面的反射光主要由鏡面反射光和漫反射光兩部分組成。其中鏡面反射光和觀測方向密切相關，漫反射光與物體表面材質相關，與觀測方向無關。在計算機視覺領域，許多研究人員通過對這兩個反射光成分的分析，獲取物體的三維信息、物體所處環(huán)境的光照等等隱含信息。在許多具體應用中，如物體分割，識別，跟蹤等，鏡面反射光與漫反射光的混雜使得算法的魯棒性和準確性大大降低。鑒于以上原因，人們開始研究

2、利用鏡面反射光與漫反射光各自不同的特性，希望能夠將這兩個成分分離，即二分光問題的研究。 本文的研究工作正是圍繞如何利用單張圖像中的視覺信息，在物體幾何參數(shù)、表面材質以及環(huán)境光照條件等未知的情況下，將這兩個成分光分離這一問題展開的。因為在數(shù)學上，該問題是病態(tài)的，不可能一蹴而就的解決所有的情況，所以，本文將研究重點集中于透明光滑介質表面(人眼角膜，玻璃面)圖像的二分光問題。此時來自于介質后方的透射光可以看作是漫反射成分，與介質前方的

3、鏡面反射成分一起，在介質表面的反射光圖像中，非常清晰的反映著介質兩側的信息。由于該問題中的兩成分光通常較為復雜，前人的二分光算法并不能很好解決。所以，本文提出了三種新的二分光算法：對于角膜，本文提出了利用角膜物理特征的二分光算法；對于普通介質(如玻璃面等)，本文提出了利用局部交叉點特征的二分光算法；由于局部特征對全局約束不夠，本文又提出了利用兩成分光所形成的圖層的語義信息進行約束的二分光算法。實驗證明本文提出的二分光算法較前人的算法效果

4、更好，更為準確魯棒，能處理更為復雜的情況。 本文首先介紹了二分光研究的背景及意義，回顧了前人二分光算法的成果，分類對前人方法進行分析和比較，指出其優(yōu)點和不足之處，并給出研究的難點。 然后，本文針對二分光問題中較為困難的透明介質單幅圖像的二分光問題，提出了三種新的分離算法。 對于人眼角膜圖像，虹膜的紋理被看作是漫反射成分，此時的角膜圖像雖然包含了外界環(huán)境的光照信息，但由-丁紋理的影響非常不準確。而對于具有復雜紋理的

5、漫反射成分和變化較多的鏡面反射成分的分離，前人的二分光算法是無法處理的。所以，本文提出了利用人眼角膜的物理特征(虹膜顏色，虹膜紋理的放射狀分布，左右角膜的立體視覺對應)的二分光算法，利用求解能量函數(shù)，將角膜的鏡面反射光成分分離出來。實驗證明經過二分光之后的鏡面反射成分更為準確的反映了環(huán)境光照的信息。 對于普通透明介質表面的反射光圖像(如玻璃表而)，基于人眼角膜物理特征的二分光算法不再適用。此時的二分光問題更為復雜。兩成分光分別反

6、映了介質兩側的場景信息，形成了兩個透明圖層。本文提出了通過求解兩透明圖層梯度，對兩成分光進行分離的思想，分析了反射光圖像中的局部交叉點特征，建立交叉點區(qū)域的概率模型，對交叉點進行分類，并用線性變換對各種不同類型交義點進行分離，然后利用這些交叉點區(qū)域約束其它非交義點的分離，從而得到整幅反射光圖像的梯度分離結果，經過梯度重建得到與成分光對成的兩分離圖層。由于局部特征對于全圖的分離過程約束不足，本文又提出了基于語義信息的二分光方法，并仍然采用