專利名稱：基于優(yōu)化的本征圖像提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種本征圖像提取方法，特別涉及一種基于優(yōu)化的本征圖像提取方法，屬于計(jì)算機(jī)視覺與模式識別領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人眼所觀察到的物體表面顏色受到很多因素的影響，包括物體的形狀和材質(zhì)，光源的位置和顏色以及觀察者的位置，而反照率和光照是兩種最重要的影響因素，反照率描述一個(gè)物體本身對入射光的反射特性，反映了物體的真實(shí)顏色，光照描述投射到物體表面的光照信息，反映了物體表面的明暗變化。本征圖像提取方法就是要將圖像中的反照率信息和光照信息提取出來，分別稱為反照率本征圖和光照本征圖，這種方法作為一種前期處理可以廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)視覺和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法中，例如物體檢測，圖像分割，紋理替換等。到目前為止，提取本征圖像的方法主要有多幅圖像的提取方法通過同一場景在不同光照下的圖像序列來提取本征像，這種方法需要輸入同一場景的多幅圖像，因此不利于推廣應(yīng)用?；趯W(xué)習(xí)的提取方法通過從圖像數(shù)據(jù)庫中學(xué)習(xí)分類器來提取本征圖，這種方法需要大量的圖像作為學(xué)習(xí)樣本，但得到的模型對自然界種類繁多的圖像的適應(yīng)性不好?；诮换サ姆椒ńY(jié)合用戶的畫筆交互來提取本征圖，這種方法不能處理含有黑白紋理的圖像區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種本征圖提取方法，得到質(zhì)量更高的本征圖。先假設(shè)一種比較簡單的情況，假設(shè)物體表面為Lambertian輻射體，如果環(huán)境光照為白光，則用一個(gè)標(biāo)量s就可以表示圖像的亮度信息，即I = sR(1)I表示一幅三通道的原始圖像，s表示光照本征圖；R表示反照率本征圖；本征圖像的提取問題就是要通過(1)式中等號左邊已知的原圖像素值I來提取等式右邊未知的S和 R，對于每個(gè)像素點(diǎn)而言，Ii = (Iir, Iig, Iib)，Ri = (Rir, Rig, Rib)，Ii = SiRi ；顯然此問題未知量的個(gè)數(shù)多于已知量的個(gè)數(shù)，要求得最優(yōu)解就必須獲取更多的信息，本發(fā)明考慮通過優(yōu)化的方法把人的視覺判斷作為新的約束條件來提取。本發(fā)明提供了一種基于優(yōu)化的本征圖提取方法，包括以下步驟一、設(shè)定領(lǐng)域大小N;定義權(quán)值函數(shù)，將圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的反照率表示為以該像素點(diǎn)為中心的領(lǐng)域內(nèi)其他像素點(diǎn)的反照率加權(quán)和；求解由每個(gè)像素點(diǎn)反照率構(gòu)成的方程組，得到圖像中所有像素點(diǎn)的反照率的值；本發(fā)明的方法主要基于大量圖像中普遍存在的局部性規(guī)律在圖像的局部范圍即領(lǐng)域窗口內(nèi)，物體表面的亮度變化非常緩慢，而物體顏色的變化則更為劇烈，因此在這一小領(lǐng)域內(nèi)，圖像的I值變化通常都是由反照率的變化引起，也就是在圖像局部區(qū)域內(nèi)，具有相同強(qiáng)度的像素點(diǎn)通常對應(yīng)相同的反照率；因此圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的反照率值可以表示為
領(lǐng)域內(nèi)其他像素點(diǎn)的反照率加權(quán)和
權(quán)利要求
1.一種基于優(yōu)化的本征圖提取方法，包括以下步驟一、設(shè)定領(lǐng)域大小N;定義權(quán)值函數(shù)，將圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的反照率表示為以該像素點(diǎn)為中心的領(lǐng)域內(nèi)其他像素點(diǎn)的反照率加權(quán)和
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化的本征圖提取方法，其特征在于步驟一中權(quán)值Wij由圖像所表現(xiàn)出的強(qiáng)度Y決定，強(qiáng)度Y即圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV顏色空間后的Y通道值
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化的本征圖提取方法，其特征在于步驟一中權(quán)值Wij為
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的一種基于優(yōu)化的本征圖提取方法，其特征在于 步驟二中的能量方程為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于優(yōu)化的本征圖提取方法，其特征在于用交互的方式讓用戶對本征特征容易產(chǎn)生歧義的圖像區(qū)域添加畫筆，并把用戶畫筆轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題的約束條件，用于交互的三種畫筆反照率一致畫筆用于約束畫筆所覆蓋的像素顏色一致；
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于優(yōu)化的本征圖像提取方法，包括以下步驟一、設(shè)定領(lǐng)域大小N；定義權(quán)值函數(shù)，將圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的反照率表示為以該像素點(diǎn)為中心的領(lǐng)域內(nèi)其他像素點(diǎn)的反照率加權(quán)和；求解由每個(gè)像素點(diǎn)反照率構(gòu)成的方程組，得到圖像中所有像素點(diǎn)的反照率的值；二、定義能量方程，建立優(yōu)化問題；三、用高斯-賽德爾迭代法求解優(yōu)化問題，就得到反照率本征圖R和光照本征圖s。本發(fā)明的方法得到的本征圖比現(xiàn)有技術(shù)質(zhì)量高，并且解決了現(xiàn)有技術(shù)中交互式本征圖提取方法中不能處理黑白紋理區(qū)域的問題。
文檔編號G06K9/46GK102184403SQ20111013150
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者楊小汕, 沈建冰 申請人:北京理工大學(xué)