基于室外场景光照分析

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1、山东大学硕士学位论文#摘要增强现实是近年来迅速兴起的一个研究热点，它将计算机渲染生成的虚拟景物实时地叠加到一个真实场景中，通过虚拟信息和真实信息的无缝融合，创造出一个和谐统一的环境。由于具有对真实环境进行增强显示的特性，因此这项技术在城市规划建设、军事训练、医疗手术、电影电视行业以及文化遗产保护等领域都有独特的优势，但是，为了要达到虚实场景的完美无缝融合，增强现实技术中仍有很多问题要解决。其中，保证虚拟物体与真实场景的光照一致性对室外场景虚实融合的真实感具有十分重要的作用。室外场景的光照估计是计算机视觉领域的一个重要研究课题，近年来受到越来

2、越多学者的关注，它在本征图像分解、目标跟踪、增强现实等领域都有着重要意义。在增强现实技术中，虚拟物体跟真实场景共享同一个光照环境，虚拟物体的外观应与真实场景中的物体变化一致并应满足整体的协调性，当真实场景的光照发生变化时，比如有云彩飘过，遮住太阳，光照会变弱，虚拟物体的光照也要随之改变，否则，这种光照的不一致性会影响场景的真实效果以及虚实物体的无缝融合。为了保证虚实场景的光照一致性，本文提出一种基于图像分解的对固定视点所拍摄的一系列室外场景图像进行光照分析的算法，并针对现有算法的不足提出一系列新的解决方法，主要贡献有：(1)通过对图像序列进

3、行分析，采用k-means聚类方法得到真实场景的初始阴影函数，从中得到一些确定为阴影区或光亮区的像素，并基于这些已知阴影函数的像素点来进行下一步的求解工作。(2)假设天空光在一天内是均匀变化的，将一幅室外场景图像表示成太阳光基图像和天空光基图像的线性组合，其组合系数就是所要求解的太阳光和天空光强度。(3)通过预先求得的阴影函数，提出了两种方法来求解天空光基图像：一是拼凑法，二是最小能量优化法，并依次求出太阳光基图像和相应的光照强度，并把天空光强度系数和太阳光强度系数进行归一化，为后面虚拟物体的渲染提供了一个统一的度量标准。山东大学硕士学位论

4、文#(4)本算法不需要假设场景的表面为漫反射表面，可以处理镜面反射，在求得的太阳光基图像中会包含镜面反射的效果，对天气条件也没有限制，这是本文工作的一大亮点。(5)此外，本算法无需知道场景的三维信息，也不需要初始输入天空光基图像，加快了渲染效率，使算法效率更高。关键词：增强现实；室外场景；光照一致性；图像分解II山东大学硕士学位论文#ABSTRACTAugmentedReality(ag)attractsmoreandmoreinterestsinrecentlyyears，whichintegratesthevirtualobjectsi

5、ntotherealsceneandmakesthewholesceneseemtobeseamless．Becauseofthecharacteristicsofenhancingthedisplay，ARisusedinmanyareassuchaSurbanplanning，militarytraining，medicaloperationandfilmandtelevisionindustry．Butinordertoachievethegoalofseamlessintegration，therearemanyproblems．T

6、heilluminationconsistenceisanimportantpartfortherenderingofthevirtualobjects．Theilluminationstudyoftheoutdoorsceneisaresearchprojoctofcomputervision．InARtechnique，thevirtualobjectsandtherealsceneshareacormnonlightingenvironment．Theoutlookofthevirtualobjectsshouldbeconsiste

7、nt妇t11therealscene．Whentheilluminationoftherealscenechanges，forexample，acloudintheskyoverthesun，thelightbecomesweak，thentheilluminationofthevimualobjectsdynamicchanges，otherwisetheactualfusionofthevirtualandrealwillbeaffected．Inordertoachievetheilluminationconsistence，wepr

8、oposeanovelmethodbasedontheimagedecompositiontOrecovertheilluminationparametersofdirectsu