计算机视觉17 9.1 单幅图像深度重建.ppt

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1、第九章单幅图像深度重建DepthmapReconstructionBasedonMonocularcues深度图章节安排基于单眼线索的深度重建ShapeFromShadingShapeFromVanishingPointShapeFromDefocusShapeFromTexture基于单眼线索的深度重建除了双眼视差提供的双眼对深度的信息外，还有许多单眼的信息也有利于深度的分辨.人类即使在头部固定且只使用单目来观测外部世界时，也可以得到比较准确的深度知觉（DepthPerception）。此时，人

2、类的主要依据是外界环境及观察对象的物理特性或现象。这些仅凭一只眼睛的视觉即可提供的线索就是单眼线索。单眼线索在绘画及摄影中发挥着重要的作用，也被称之为图形线索。1ShapeFromShading基于明暗的深度重建Horn早在1977年就提出了ShapeFromShading-SFS的方法，并且在1989年出版了专著[1]。1999年，RuoZhang等人在文献[2]中对SFS方法作了较全面的综述。[1]BKPHorn,MJBrooks.Shapefromshading.Cambridge:MITP

3、ress,1989[2]RZhang,PSTsai,JECryer,etc.Shapefromshading:Asurvey.IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntellicence(PAMI),19991.1成像物理学描述光在物体表面的反射物理特性，即光从光源到达物体表面，再从物体表面反射到图象平面，形成图像的过程和行为.成像几何确定场景点在图像平面上的位置，成像物理学确定场景点在图象平面上的亮度.成像物理学成像三要素：光源、物体、图像平面两

4、个过程：照明--光源发射光到物体表面反射--物体表面反射光到图象平面（1）表面方向半球(HemisphereofDirections)物体表面接受(反射)光线的全部方向.其接受(反射)的总能量等于半球上各个小片的能量之和.立体角(solidangle)单位半球上小片的面积，也表示接受(反射)能量的方向.（2）透视缩小效应(foreshortening)表面片接受（反射）光能的有效面积与该表面片和光源（图象平面）的角度有关.倾斜于光线传播方向的表面片“看起来”比实际小.发生透视缩小效应的大表面片与小

5、表面片接受的光能是相同的.透视缩小因子（3）辐照度与辐射度辐射度(radiance)：单位面积辐射表面在单位时间内向某一方向辐射的能量辐照度(irradiance)：到达单位面积表面的辐射能量光源只有辐射，图像平面只有辐照，物体既有辐照，也有辐射.（4）双向反射分布函数中心问题物体表面接受光能（辐照度）和反射光能（辐射度）的关系.与接受和反射光能的角度，以及表面材料有关.用双向反射分布函数(bidirectionalreflectancedistributionfunction,BRDF)建模.双

6、向反射分布函数到达表面的辐照度与所引起的辐射度的比例辐射度BRDF辐照度（5）表面的辐射度与辐照度表面片接受的总辐照度：表面片的辐射度：所有辐照在相应方向上形成的辐射度之和（6）反射率(reflectance)从某一方向上接受的辐照度与该辐照度引起的总辐射度的比例，反映了表面的光学特性，包括反射特性和吸光特性.（7）图象平面的辐照度图像平面上一点处的辐照度(亮度，intensity)等于场景对应点在相应方向上的辐射度，或与之成比例.知道了光源、双向反射分布函数以及图像平面点与物体点的对应关系，就可

7、以确定图象平面上点的亮度.1.2表面模型（SurfaceModels）Lambertian表面(漫反射表面，diffusesurface)镜面(SpecularSurfaces)Lambertian表面+镜面1.Lambertian表面表面反射与反射角度无关，从物体的各个方向看同一个表面点，都感觉具有同样的亮度.双向反射分布函数是一个常数.例：棉衣、地毯、无光泽的纸和涂料等等Lambertian表面的反照率(Albedo)Lambertian表面的反射率与入射角度无关，称为漫反射率(diffuse

8、reflectance)或反照率：Lambertian表面的辐射度Lambertian表面上一点处向各个方向产生的辐射度：2.镜面理想镜面像理想的镜子一样，按一定方向反射入射光.反射角与入射角相等，但分别位于表面片法线的两侧.3Lamertian表面+镜面完美的Lamertian表面或镜面都是很少见的，通常将两种表面的特性组合在一起来构成用于近似物体表面反射特性的模型.常量控制两种反射特性的混合程度.常用的光照模型Phong镜面模型：辐射度与成比例Torrance-Sparrow镜