專利名稱：?jiǎn)螆D像暈映糾正的制作方法
單圖像暈映糾正
祖旦 冃足
暈映指的是亮度從圖像中心開始衰減的現(xiàn)象，并且是攝影學(xué)中普遍存在的 偽像。盡管可能不會(huì)令低級(jí)的普通觀看者感到討厭，但是它會(huì)顯著削弱依賴于 精確的強(qiáng)度數(shù)據(jù)來分析場(chǎng)景的計(jì)算機(jī)視覺算法。暈映失真可能特別地帶來破壞 的應(yīng)用包括諸如通過著色成形、如對(duì)象識(shí)別等基于外觀的技術(shù)以及圖像鑲嵌等 測(cè)光方法。
若干機(jī)制可能是造成暈映效應(yīng)的原因。某些原因是因照相機(jī)鏡頭的光學(xué)特 性引起的，其中一個(gè)最主要的特性是離軸照明衰退，即cos"去則。這些都會(huì)造
成因在從離光軸越來越大的角度觀看時(shí)鏡頭的縮短而導(dǎo)致的暈映。暈映的其它 來源是自然中的幾何結(jié)構(gòu)。例如，以傾斜的角度到達(dá)光軸的光可能會(huì)被視場(chǎng)光 闌或眼鏡框所部分地阻擋。
為確定圖像中的暈映效應(yīng)，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄉ婕巴暾夭蹲接山y(tǒng)一視場(chǎng) 區(qū)域掃描的圖像，使得亮度變化只能歸因于暈映。在這一校正圖像中，強(qiáng)度與 光軸上的像素之比描述了暈映函數(shù)。然而，由于不均勻的照明以及照相機(jī)傾斜， 用于此方式的合適的成像條件的產(chǎn)生可能是有挑戰(zhàn)性的，并且暈映測(cè)量?jī)H對(duì)由 相同照相機(jī)設(shè)置下的照相機(jī)捕捉的圖像有效。此外，校正圖像只能在照相機(jī)在
手邊時(shí)才能記錄；因此，這一方法不能糾正由未知照相機(jī)捕捉的圖像，諸如從 網(wǎng)上下載的圖像。
暈映函數(shù)或者可以從帶有任意靜態(tài)場(chǎng)景的重疊視圖的圖像序列中計(jì)算。在 這一方法中，首先確定重疊圖像區(qū)域中的點(diǎn)對(duì)應(yīng)性。由于一給定場(chǎng)景點(diǎn)在每一 圖像中具有不同的位置，因此其亮度可通過暈映來不同地衰減。從來自所有對(duì)
應(yīng)性的累計(jì)衰減信息中，可以在沒有對(duì)場(chǎng)景的假設(shè)的情況下準(zhǔn)確地恢復(fù)暈映函 數(shù)。
這些先前的方法或者需要重疊圖像的集合，或者需要校正場(chǎng)景的圖像。然 而，通常在實(shí)踐中，僅有任意場(chǎng)景的單個(gè)圖像可用。先前的技術(shù)從具有相同場(chǎng)景輻射度但亮度衰減不同的像素中獲得用于暈映糾正的信息。對(duì)于單個(gè)任意的 輸入圖像，該信息的獲得變得具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)楹茈y標(biāo)識(shí)出具有相同的場(chǎng)景輻 射度但暈映衰減略微不同的像素。
概述
本發(fā)明涉及一種用于僅使用一圖像來糾正該圖像內(nèi)的暈映的系統(tǒng)和過程。 為最大化對(duì)圖像中可用信息的使用，該技術(shù)從紋理化和未紋理化區(qū)域兩者中提 取暈映信息。在從給定區(qū)域提取暈映信息時(shí)，利用了物理暈映特性來減少紋理 和其它強(qiáng)度變化源的影響。來自不同圖像區(qū)域的暈映信息也用于確?？绺鲄^(qū)域 的一致性。結(jié)果，標(biāo)識(shí)了適用于暈映函數(shù)估算的大圖像區(qū)域。為了抵抗分段上 的暈映的不利影響，本系統(tǒng)和過程相對(duì)于對(duì)暈映函數(shù)的逐漸細(xì)化的估算來對(duì)圖 像迭代地進(jìn)行重新分段。另外，以增強(qiáng)可靠暈映數(shù)據(jù)的收集的方式來使用分段 比例的空間變化。
一般而言，本發(fā)明的暈映糾正系統(tǒng)和過程涉及首先使用產(chǎn)生可靠段的空間 變化的分段比例來對(duì)一輸入圖像進(jìn)行分段，其中該可靠段展示出與規(guī)定的物理 暈映特性相一致且符合在其它段中觀察到的暈映的暈映。然后使用可靠段對(duì)該 輸入圖像估算一暈映函數(shù)，該暈映函數(shù)定義了對(duì)每一像素的糾正的強(qiáng)度。該最 后計(jì)算的暈映函數(shù)估算被應(yīng)用于輸入圖像的每一像素以產(chǎn)生當(dāng)前細(xì)化圖像。使 用當(dāng)前細(xì)化圖像代替輸入圖像來重復(fù)分段和暈映函數(shù)估算，并且將所得的估算 應(yīng)用于輸入圖像來產(chǎn)生新的當(dāng)前細(xì)化圖像。這繼續(xù)到確定暈映函數(shù)估算已收 斂。此時(shí)，隨后產(chǎn)生的當(dāng)前細(xì)化圖像被指定為最終的經(jīng)暈映糾正的圖像。
對(duì)輸入圖像或當(dāng)前細(xì)化圖像的分段在本發(fā)明的系統(tǒng)和過程的一個(gè)實(shí)施例 中是通過首先以規(guī)定的初始分段比例對(duì)圖像分段來實(shí)現(xiàn)的。然后，對(duì)于每一段， 計(jì)算代表所考慮的段展示出與物理暈映特性的一致性以及符合在其它段中觀 察到的暈映的程度的可靠性因子。另外，確定所考慮的段的可靠性因子是否超 過指示對(duì)暈映估算可接受的段的規(guī)定的可靠性閾值。只要該可靠性因子沒有超 過該可靠性閾值，就以遞增的更精細(xì)的分段比例對(duì)所考慮的段遞歸地分段，直 到每一所得的更小的段具有超過該可靠性閾值的可靠性因子，或變?yōu)樾∮谝?guī)定
的最小段大小。被確定為具有超過可靠性閾值的可靠性因子并且至少與最小段
大小一樣大的那些段被指定為可靠段。
對(duì)所考慮的段遞推地分段的一種方式涉及使用比最后在該段上用于產(chǎn)生 多個(gè)更小的段的分段比例更精細(xì)的分段比例來劃分該段。對(duì)于所產(chǎn)生的每一更 小的段，計(jì)算其可靠性因子，并且確定該因子是否超過可靠性閾值。只要所考 慮的更小的段的可靠性因子沒有超過可靠性閾值，就確定該更小的段的大小是 否小于規(guī)定的最小段大小。如果所考慮的段超過最小段大小，則對(duì)該段重復(fù)上 述過程。
注意，盡管在背景一節(jié)中描述的現(xiàn)有暈映糾正方案中的上述限制可以通過 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的一個(gè)特定實(shí)現(xiàn)來解決，但是本發(fā)明的系統(tǒng)和過程決 不限于僅僅解決上述任一個(gè)或全部缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。相反，如可以從以下描述中顯 而易見的，本發(fā)明的系統(tǒng)和過程具有廣泛得多的應(yīng)用。
還應(yīng)當(dāng)注意，提供本概述以便用簡(jiǎn)化的形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進(jìn)一 步描述的一些概念。本概述并不旨在確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要 特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。除了以上描述的好處 之外，當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將從以下詳細(xì)描述中變得清楚。


閱讀以下描述、所附權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的具體特征、方面和優(yōu)點(diǎn)
將得到更好的理解，附圖中
圖1是描繪構(gòu)成用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性系統(tǒng)的通用計(jì)算設(shè)備的圖示。 圖2是圖解了根據(jù)本發(fā)明的僅使用圖像本身來糾正圖像中的暈映的一般
化過程的流程圖。
圖3是示出與Kang-Weiss暈映模型傾斜因子相關(guān)聯(lián)的幾何結(jié)構(gòu)的圖示。 圖4是描繪了構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的暈映糾正系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程 序模塊的圖示。
圖5A-B是圖解了代表實(shí)現(xiàn)圖4的暈映糾正系統(tǒng)的一種方式的用于糾正圖 像中的暈映的過程的延續(xù)流程圖。
詳細(xì)描述
在以下本發(fā)明的各實(shí)施例的描述中，參考了附圖，附圖形成了本發(fā)明的一 部分，并且作為說明在其中示出了可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例?？梢岳斫?，可 以利用其它實(shí)施例，并且可以作出結(jié)構(gòu)上的改變而不脫離本發(fā)明的范圍。
1.0 計(jì)算環(huán)境
在提供對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例的描述之前，將描述其中可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各部分
的合適的計(jì)算環(huán)境的簡(jiǎn)要、概括描述。圖1示出了合適的計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境100的
一個(gè)示例。計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境ioo僅為合適的計(jì)算環(huán)境的一個(gè)示例，并非對(duì)本發(fā)明
的使用范圍或功能提出任何局限。也不應(yīng)將計(jì)算環(huán)境IOO解釋為對(duì)示例性操作 環(huán)境100中示出的任一組件或其組合具有任何依賴或需求。
本發(fā)明可以使用眾多其它通用或?qū)Ｓ糜?jì)算系統(tǒng)環(huán)境或配置來操作。適用于 本發(fā)明的眾所周知的計(jì)算系統(tǒng)、環(huán)境和/或配置的示例包括但不限于，個(gè)人計(jì)算 機(jī)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、手持式或膝上型設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系
統(tǒng)、機(jī)頂盒、可編程消費(fèi)者電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)PC、小型機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、包括
任一上述系統(tǒng)或設(shè)備的分布式計(jì)算環(huán)境等等。
本發(fā)明可在諸如程序模塊等由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的一般上 下文環(huán)境中描述。 一般而言，程序模塊包括執(zhí)行特定的任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定的抽象 數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等。本發(fā)明也可以在其中任 務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備來執(zhí)行的分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)踐。在分 布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于包括存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備的本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)
存儲(chǔ)介質(zhì)中。
參考圖1，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)110形式的通用計(jì)算 設(shè)備。計(jì)算機(jī)110的組件可包括但不限于，處理單元120、系統(tǒng)存儲(chǔ)器130以 及將包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器130的各類系統(tǒng)組件耦合至處理單元120的系統(tǒng)總線121 。 系統(tǒng)總線121可以是若干種總線結(jié)構(gòu)的任一種，包括存儲(chǔ)器總線或存儲(chǔ)器控制 器、外圍總線以及使用各類總線體系結(jié)構(gòu)的任一種的局部總線。作為示例而非 局限，這類體系結(jié)構(gòu)包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)(ISA)總線、微通道體系結(jié)構(gòu) (MCA)總線、增強(qiáng)型ISA (EISA)總線、視頻電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(VESA) 局部總線以及外圍部件互連(PCI)總線(也稱為小背板(Mezzanine)總線)。
計(jì)算機(jī)110通常包括各種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是可由計(jì)
算機(jī)110訪問的任一可用介質(zhì)，包括易失性和非易失性介質(zhì)、可移動(dòng)和不可移
動(dòng)介質(zhì)。作為示例而非局限，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)和通信介質(zhì)。 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)包括以用于儲(chǔ)存諸如計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或
其它數(shù)據(jù)等信息的任一方法或技術(shù)實(shí)現(xiàn)的易失性和非易失性，可移動(dòng)和不可移
動(dòng)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)包括但不限于，RAM、 ROM、 EEPROM、閃存或其 它存儲(chǔ)器技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能盤(DVD)或其它光盤存儲(chǔ)、磁盒、磁 帶、磁盤存儲(chǔ)或其它磁存儲(chǔ)設(shè)備、或可以用來儲(chǔ)存所期望的信息并可由計(jì)算機(jī) 110訪問的任一其它介質(zhì)。通信介質(zhì)通常以諸如載波或其它傳輸機(jī)制等己調(diào)制 數(shù)據(jù)信號(hào)來體現(xiàn)計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其它數(shù)據(jù)，并包括任 一信息傳送介質(zhì)。術(shù)語"已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)"指以對(duì)信號(hào)中的信息進(jìn)行編碼的方 式設(shè)置或改變其一個(gè)或多個(gè)特征的信號(hào)。作為示例而非局限，通信介質(zhì)包括有 線介質(zhì)，如有線網(wǎng)絡(luò)或直接連線連接，以及無線介質(zhì)，如聲學(xué)、RF、紅外和其 它無線介質(zhì)。上述任一的組合也應(yīng)當(dāng)包括在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍之內(nèi)。
系統(tǒng)存儲(chǔ)器130包括易失性和/或非易失性存儲(chǔ)器形式的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)， 如只讀存儲(chǔ)器(ROM) 131和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 132?；据斎?輸出系 統(tǒng)133 (BIOS)包括如在啟動(dòng)時(shí)幫助在計(jì)算機(jī)110內(nèi)的元件之間傳輸信息的基 本例程，它通常儲(chǔ)存在ROM131中。RAM132通常包含處理單元120立即可 訪問和/或當(dāng)前正在操作的數(shù)據(jù)和/或程序模塊。作為示例而非局限，圖1示出 了操作系統(tǒng)134、應(yīng)用程序135、其它程序模塊136和程序數(shù)據(jù)137。
計(jì)算機(jī)110也可包括其它可移動(dòng)/不可移動(dòng)、易失性/非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ) 介質(zhì)。僅作示例，圖l示出了對(duì)不可移動(dòng)、非易失性磁介質(zhì)進(jìn)行讀寫的硬盤驅(qū) 動(dòng)器141，對(duì)可移動(dòng)、非易失性磁盤152進(jìn)行讀寫的磁盤驅(qū)動(dòng)器151，以及對(duì) 可移動(dòng)、非易失性光盤156，如CDROM或其它光介質(zhì)進(jìn)行讀寫的光盤驅(qū)動(dòng)器 155?？梢栽谑纠圆僮鳝h(huán)境中使用的其它可移動(dòng)/不可移動(dòng)、易失性/非易失性 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)包括但不限于，磁帶盒、閃存卡、數(shù)字多功能盤、數(shù)字錄像帶、
固態(tài)RAM、固態(tài)ROM等等。硬盤驅(qū)動(dòng)器141通常通過不可移動(dòng)存儲(chǔ)器接口， 如接口 140連接到系統(tǒng)總線121，磁盤驅(qū)動(dòng)器151和光盤驅(qū)動(dòng)器155通常通過 可移動(dòng)存儲(chǔ)器接口，如接口 150連接到系統(tǒng)總線121。
上文討論并在圖1示出的驅(qū)動(dòng)器及其關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)為計(jì)算機(jī)no
提供了計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊和其它數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。例如，在圖
1中，示出硬盤驅(qū)動(dòng)器141儲(chǔ)存操作系統(tǒng)144、應(yīng)用程序145、其它程序模塊 146和程序數(shù)據(jù)147。注意，這些組件可以與操作系統(tǒng)134、應(yīng)用程序135、其 它程序模塊136和程序數(shù)據(jù)137相同，也可以與它們不同。這里對(duì)操作系統(tǒng)144、 應(yīng)用程序145、其它程序模塊146和程序數(shù)據(jù)147給予不同的標(biāo)號(hào)來說明至少 它們是不同的副本。用戶可以通過輸入設(shè)備，如鍵盤162和定位設(shè)備161 (通 常指鼠標(biāo)、跟蹤球或觸摸墊)向計(jì)算機(jī)110輸入命令和信息。其它輸入設(shè)備(未 示出)可包括話筒、操縱桿、游戲墊、圓盤式衛(wèi)星天線、掃描儀等等。這些和 其它輸入設(shè)備通常通過耦合至系統(tǒng)總線的用戶輸入接口 160連接至處理單元 120，但是也可以通過其它接口和總線結(jié)構(gòu)連接，如并行端口、游戲端口或通 用串行總線(USB)。監(jiān)視器191或其它類型的顯示設(shè)備也通過接口，如視頻 接口 190連接至系統(tǒng)總線121。除監(jiān)視器之外，計(jì)算機(jī)也可包括其它外圍輸出 設(shè)備，如揚(yáng)聲器197和打印機(jī)196，它們通過輸出外圍接口 195連接。能夠捕 捉圖像序列193的照相機(jī)192 (諸如數(shù)字/電子照相機(jī)或攝像機(jī)，或膠片/照片 掃描儀)也可作為對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)110的輸入設(shè)備來包括。此外，盡管僅描繪了 一個(gè)照相機(jī)，但是可以包括多個(gè)照相機(jī)作為對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)110的輸入設(shè)備。來 自一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)的圖像193經(jīng)由適當(dāng)?shù)恼障鄼C(jī)接口 194輸入到計(jì)算機(jī)110 中。該接口 194連接到系統(tǒng)總線121，由此允許將圖像路由到并儲(chǔ)存在RAMB2 或與計(jì)算機(jī)110相關(guān)聯(lián)的其它數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備之一中。然而，注意，圖像數(shù)據(jù)也 可以從上述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的任一個(gè)輸入到計(jì)算機(jī)110中而無需使用照相機(jī) 192。
計(jì)算機(jī)110可以使用到一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，如遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)180的邏輯 連接在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境中操作。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)180可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、路由 器、網(wǎng)絡(luò)PC、對(duì)等設(shè)備或其它常見的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并通常包括許多或所有相對(duì) 于計(jì)算機(jī)110所描述的元件，盡管在圖1中僅示出了存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備181。圖 1描述的邏輯連接包括局域網(wǎng)(LAN) 171和廣域網(wǎng)(WAN) 173，但也可包 括其它網(wǎng)絡(luò)。這類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境常見于辦公室、企業(yè)范圍計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)以及 因特網(wǎng)。當(dāng)在LAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用時(shí)，計(jì)算機(jī)110通過網(wǎng)絡(luò)接口或適配器170連 接至LAN 171。當(dāng)在WAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用時(shí)，計(jì)算機(jī)110通常包括調(diào)制解調(diào) 器172或用于通過WAN 173，如因特網(wǎng)建立通信的其它裝置。調(diào)制解調(diào)器172 可以是內(nèi)置或外置的，它通過用戶輸入接口 160或其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)制連接至系統(tǒng) 總線121。在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境中，相對(duì)于計(jì)算機(jī)IIO所描述的程序模塊或其部分可 儲(chǔ)存在遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備中。作為示例而非局限，圖1示出遠(yuǎn)程應(yīng)用程序185 駐留在存儲(chǔ)器設(shè)備181上?？梢岳斫?，示出的網(wǎng)絡(luò)連接是示例性的，也可以使 用在計(jì)算機(jī)之間建立通信鏈路的其它手段。
現(xiàn)在已經(jīng)討論了示例性操作環(huán)境，本說明書部分的其余部分將專用于實(shí)施 本發(fā)明的程序模塊的描述。
2.0 單圖像暈映糾正系統(tǒng)和過程
本發(fā)明的僅使用圖像本身來糾正圖像中的暈映的基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)和過 程一般以下如圖2的高級(jí)流程圖中所示的處理動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。首先，使用產(chǎn)生可 靠段的空間變化的分段比例來對(duì)輸入圖像進(jìn)行分段(處理動(dòng)作200)。在本發(fā) 明的暈映糾正系統(tǒng)上下文中，如果一個(gè)段展示出與規(guī)定的物理暈映特性一致的 暈映并且如果它符合在其它段中觀察到的暈映，則該段被認(rèn)為是可靠的。然后 使用可靠段對(duì)輸入圖像估算一暈映函數(shù)，該暈映函數(shù)定義了對(duì)每一像素的糾正 的強(qiáng)度(處理動(dòng)作202)。將最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算應(yīng)用于輸入圖像的每一 像素以產(chǎn)生當(dāng)前細(xì)化圖像(處理動(dòng)作204)。使用當(dāng)前細(xì)化圖像代替輸入圖像 來重復(fù)分段和暈映函數(shù)估算動(dòng)作，并且將所得的估算應(yīng)用于輸入圖像來產(chǎn)生新 的當(dāng)前細(xì)化圖像(處理動(dòng)作206)。這繼續(xù)到確定了暈映函數(shù)估算已收斂(處 理動(dòng)作208)。此時(shí)，最后產(chǎn)生的當(dāng)前細(xì)化圖像被指定為最終的經(jīng)暈映糾正的 圖像(處理動(dòng)作210)。
以下各節(jié)中將提供對(duì)每一上述處理動(dòng)作的描述以及該系統(tǒng)和過程的基礎(chǔ)。
2.1 暈映模型
大多數(shù)用于暈映糾正的方法使用了參數(shù)暈映模型來簡(jiǎn)化估算并最小化圖 像噪聲的影響。通常使用的是諸如多項(xiàng)式函數(shù)和雙曲余弦函數(shù)等經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀；?br> 于物理考慮的現(xiàn)有模型包括解決了離軸照明和光路阻擋的模型，以及另外結(jié)合
了基于場(chǎng)景的傾斜效應(yīng)的Kand和Weiss模型。傾斜描述了一場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)因與 照相機(jī)的距離差而導(dǎo)致的強(qiáng)度變化，即，由于照明的平方反比定律，較接近的 點(diǎn)表現(xiàn)得較亮。盡管對(duì)于成像系統(tǒng)并不是固有的，但是因傾斜所導(dǎo)致的強(qiáng)度衰 減效應(yīng)在單圖像暈映估算中必須解決。除了具有物理上有意義的參數(shù)之外，物 理模型的一個(gè)重要特性是其高度結(jié)構(gòu)化且受約束的形式在數(shù)據(jù)是稀疏和/或含 噪聲的時(shí)候有助于估算。在此工作中，對(duì)可能有不同色彩的多個(gè)表面使用最初 為恒定反照率的單個(gè)平坦表面設(shè)計(jì)的Kang-Weiss模型的擴(kuò)展。另外，將幾何 暈映的線性模型推廣到多項(xiàng)式形式。
2.2Kang-Weiss模型
考慮具有零扭斜、寬高比l以及在圖像中心處的圖像坐標(biāo)為(w, v)=(0; 0) 的主點(diǎn)的圖像。在Kang-Weiss暈映模型中，亮度比是按照離軸照明因子^、 幾何因子G和傾斜因子r來描述的。對(duì)于在(",，v,)處、距離圖像中心r,的像素 /，暈映函數(shù)p被表達(dá)為
<formula>formula see original document page 15</formula>(1)
其中
<formula>formula see original document page 15</formula>(2)
7V是圖像中的像素?cái)?shù)，/是照相機(jī)的有效焦距，而cd表示幾何暈映因子中
的系數(shù)。傾斜參數(shù)7和T分別描述了圍繞與光軸平行的軸的平坦場(chǎng)景表面的旋
轉(zhuǎn)角度，以及圍繞該旋轉(zhuǎn)平面的x軸的旋轉(zhuǎn)角度，如圖3所示。
等式(1)中的模型伊可被分解成照相機(jī)的全局暈映函數(shù)"和場(chǎng)景中的局
部?jī)A斜效應(yīng)r。注意，<9是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的；由此，它可被指定為離圖像中心的徑 向距離r,的1D函數(shù)。
2.3 擴(kuò)展的暈映模型
在一個(gè)任意輸入圖像中，可存在具有不同局部?jī)A斜因子的眾多段。為了解
決圖像中的多個(gè)表面，采用了 Kang-Weiss模型的擴(kuò)展，其中不同的圖像段可 具有不同的傾斜角。等式(2)的傾斜因子被修改成
<formula>formula see original document page 16</formula> (3)
其中s,索引了包含像素z'的段。
線性幾何因子也被擴(kuò)展為更一般的多項(xiàng)式形式
<formula>formula see original document page 16</formula>4)
其中p表示可以根據(jù)所需精度任意地設(shè)置的多項(xiàng)式階數(shù)。該推廣的表示提 供了對(duì)實(shí)際觀察到的幾何暈映效應(yīng)的更接近的擬合。與使用多項(xiàng)式作為總暈映 模型形成對(duì)比，僅用多項(xiàng)式來表示幾何分量允許總體模型明確地解決局部?jī)A斜 效應(yīng)和全局離軸照明。
2.4 暈映能量函數(shù)
設(shè)段^的場(chǎng)景輻射度/,通過其與中心像素的場(chǎng)景輻射度/()之比;^來表達(dá)， 即/,=人/()。給定具有不同場(chǎng)景輻射度的M個(gè)段的圖像，暈映解可以被公式
化為以下能量函數(shù)的最小值
似w,
<formula>formula see original document page 16</formula> , (5)
其中/索引了段s中的A^個(gè)像素，z,是暈映的圖像中的像素值，而w,是
分配給像素/的權(quán)重。在彩色圖像中，z表示RGB矢量。為便于解釋，此處z
被表示為單個(gè)色通道，并且總能量是從單獨(dú)的色彩分量中求平均而得的。
在此能量函數(shù)中，要估算的參數(shù)是離軸分量中的焦距/、幾何因子的《系 數(shù)、傾斜角L和A、中心像素的場(chǎng)景輻射度/o、以及每一段的輻射度比4。在
處理多個(gè)圖像段時(shí)，該能量函數(shù)的最小值可以被直觀地視為同時(shí)解出了給出各
段之間的暈映衰減的平滑對(duì)齊的局部段參數(shù)/,、 L和A，同時(shí)優(yōu)化了基礎(chǔ)的全 局暈映參數(shù)/, q, %。有了估算的參數(shù)，經(jīng)暈映糾正的圖像因此由z,/《給出。注意，局部?jī)A斜因子被保留在經(jīng)糾正的圖像中，以便不會(huì)產(chǎn)生看上去不自 然的結(jié)果。
盡管典型的圖像要比在此公式中考慮的統(tǒng)一平坦表面復(fù)雜得多，但是稍后 將描述如何可將圖像中的暈映數(shù)據(jù)從諸如紋理等其它強(qiáng)度變化中分離出來，以 及如何設(shè)置權(quán)重W來允許對(duì)此能量函數(shù)的穩(wěn)健的使用。
2.5 暈映糾正
本發(fā)明的用于糾正圖像中的暈映的基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例基于 圖4所示的程序模塊。在每一迭代中，輸入圖像首先使用分段模塊400來以粗 略的比例分段，并且對(duì)每一段，經(jīng)由可靠性模塊402來計(jì)算用于暈映估算的段 數(shù)據(jù)的可靠性度量。對(duì)于展示出與物理暈映特性以及與其它段的更大的一致性 的段，由模塊402分配一更高的可靠性因子。低可靠性因子可以指示具有多個(gè) 不同表面的段，因此這些段由分段模塊400以遞增的更精細(xì)比例遞歸地分段， 直到更小的段的可靠性因子超過一閾值或段的大小變得可忽略。有了此分段方 法，分段比例以便于收集暈映數(shù)據(jù)的方式在空間上變化。
在空間自適應(yīng)分段之后，具有高可靠性因子的段由暈映估算模塊404用于 估算暈映函數(shù)參數(shù)。由于前導(dǎo)段可能會(huì)因暈映的存在而被破壞，因此該過程的 后續(xù)迭代從由暈映糾正模塊406使用當(dāng)前暈映估算糾正的細(xì)化圖像中重新計(jì)算 分段邊界。較好的分段結(jié)果得到改進(jìn)的暈映估算，并且重復(fù)這些迭代，直到估 算收斂。在收斂時(shí)，由暈映糾正模塊406向輸入圖像應(yīng)用最后計(jì)算的暈映函數(shù) 來產(chǎn)生最終的經(jīng)暈映糾正的圖像。
實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)的一種方式在圖5A-B的處理流程圖中略述。首先，在處理 動(dòng)作500處，輸入要糾正的圖像。該輸入圖像(或者如果存在，則是當(dāng)前細(xì)化 圖像)然后以對(duì)當(dāng)前分段等級(jí)規(guī)定的分段比例來分段(處理動(dòng)作502)，并且 選擇所得的圖像段中與當(dāng)前分段等級(jí)相關(guān)聯(lián)的先前未選中的段(處理動(dòng)作 504)。最初,當(dāng)前分段等級(jí)是第一級(jí)。分段等級(jí)的重要性不久將會(huì)變得清楚。 另外，如上所述，對(duì)于每一相繼的分段等級(jí)，分段比例變得更精細(xì)。接著確定 所選段的大小(例如，按照段中的像素?cái)?shù)來測(cè)量)是否小于規(guī)定的最小段大小 (處理動(dòng)作506)。如果否，則在處理動(dòng)作508中為每一所選段計(jì)算一可靠性因子。如上所述，該可靠性因子表示該段展示出的與物理暈映特性的一致性以 及符合在其它段中觀察到的暈映的程度。接著確定該可靠性因子是否超過規(guī)定
的可靠性閾值(處理動(dòng)作510)。如上所述，該閾值指示了一個(gè)段對(duì)于暈映估
算目的是否是可接受的。如果確定可靠性因子未超過可靠性閾值，則將分段等
級(jí)遞增1 (處理動(dòng)作512)，并使用遞增的分段比例來對(duì)所選段分段(處理動(dòng) 作513)。然后適當(dāng)?shù)貓?zhí)行處理動(dòng)作502到518。以此方式，使用分配給新分 段等級(jí)的更精細(xì)的分段比例來劃分了所選的段，得到兩個(gè)或更多更小的段。
然而，如果在處理動(dòng)作506確定所選段的大小要小于最小段大小，或者在 處理動(dòng)作510確定可靠性因子的確超過了可靠性閾值，則確定在當(dāng)前分段等級(jí) 中是否還剩下任何先前未選擇的段(處理動(dòng)作514)。如果是，則適當(dāng)?shù)刂貜?fù) 處理動(dòng)作504到518以考慮當(dāng)前等級(jí)中的其它段。然而，如果在當(dāng)前分段等級(jí) 中沒有剩余先前未選擇的段，則確定在當(dāng)前等級(jí)之前是否有分段等級(jí)(處理動(dòng) 作516)。如果有，則將分段等級(jí)遞減1 (處理動(dòng)作518)，并且從處理動(dòng)作 514開始適當(dāng)?shù)刂貜?fù)處理動(dòng)作502到518，如圖5A所示。
然而，如果在處理動(dòng)作516中確定在當(dāng)前等級(jí)之前沒有分段等級(jí)，則該過 程繼續(xù)到僅使用被確定為具有超過可靠性閾值的可靠性因子且至少與最小段 大小一樣大的段來為圖像計(jì)算當(dāng)前暈映函數(shù)估算(處理動(dòng)作520)。如上所述， 該暈映函數(shù)為輸入圖像的每一像素定義了經(jīng)糾正的強(qiáng)度。然后將當(dāng)前暈映函數(shù) 估算應(yīng)用于輸入圖像的每一像素以產(chǎn)生當(dāng)前細(xì)化圖像(處理動(dòng)作522)。接著， 確定是否計(jì)算了多于一個(gè)暈映函數(shù)估算(處理動(dòng)作524)。如果是，則確定當(dāng) 前暈映函數(shù)估算是否收斂(處理動(dòng)作526)。如上所述，如果暈映函數(shù)估算在 最后一次迭代中沒有改變大于規(guī)定的量，則該暈映函數(shù)估算已收斂。如果確定 暈映函數(shù)估算已收斂，則將當(dāng)前細(xì)化圖像指定為最終的經(jīng)暈映糾正的圖像(處 理動(dòng)作528)，并且該過程結(jié)束。然而，如果在處理動(dòng)作524中確定尚未計(jì)算 多于一個(gè)暈映函數(shù)估算，或者如果在處理動(dòng)作526中確定當(dāng)前暈映函數(shù)估算未 收斂，則對(duì)糾正過程的每一相繼的迭代適當(dāng)?shù)刂貜?fù)處理動(dòng)作502到528，直到 暈映函數(shù)估算收斂。
現(xiàn)在將在以下各節(jié)中更詳細(xì)描述該暈映糾正系統(tǒng)和過程的主要組件。2.5.1基于暈映的圖像分段
為獲得關(guān)于暈映估算的信息，需要在輸入圖像中標(biāo)識(shí)具有相同場(chǎng)景輻射度 的像素。本發(fā)明的系統(tǒng)和過程用對(duì)現(xiàn)有分段方法的獨(dú)特的改編來解決了這一問 題。為便于定位可靠的暈映數(shù)據(jù)，分段比例在圖像上空間地變化，并且隨著暈 映函數(shù)估算被細(xì)化，分段上的不利暈映效應(yīng)也逐漸減小。
2.5丄1 比例的空間變化
如果具有相同的場(chǎng)景輻射度的像素集橫跨較寬范圍的暈映衰減，則其提供
更有價(jià)值的信息。在分段的上下文中，較大的段因此是較佳的。盡管可用粗略 的分段比例來獲得相對(duì)較大的段，但是這些段中的大部分對(duì)于暈映估算可能是 不可靠的，因?yàn)樗鼈兛赡馨鄠€(gè)表面或可能包括具有非均勻照明的區(qū)域。為 了從不可靠段中獲得有用的數(shù)據(jù)，本發(fā)明的系統(tǒng)和過程將其遞歸地分段成更小
的段，這些段可能包括用于暈映估算的更好的數(shù)據(jù)。這一遞歸分段繼續(xù)直到段 具有高可靠性權(quán)重或根據(jù)一閾值(諸如在測(cè)試實(shí)施例中使用的225個(gè)像素)變
得大小可忽略。大小非常小的段一般包含無關(guān)緊要的暈映衰減變化，并且包括 這樣的段將使優(yōu)化過程有偏差。
在遞歸分段過程中，使用了精細(xì)度遞增的分段比例。對(duì)于諸如平均值移動(dòng) 和段競(jìng)爭(zhēng)等方法，分段比例是由每一特征類中的變化上的參數(shù)來控制的，其中
特征可以簡(jiǎn)單地是像素強(qiáng)度或色彩。采用這些方法，可以通過用減小的參數(shù)值 對(duì)各段進(jìn)行分段來獲得對(duì)低權(quán)重段的更精細(xì)劃分。在諸如圖形切斷(graph cut) 和Blobworld等其它技術(shù)中，分段程度是根據(jù)圖像中給定數(shù)量的特征類來設(shè)置 的。存在設(shè)置類數(shù)的各種方式，包括用戶指定、數(shù)據(jù)群集、以及最小描述長(zhǎng)度 準(zhǔn)則。對(duì)于遞歸分段，由于每一段屬于一特定類，因此可通過用指定為2的特 征類數(shù)量對(duì)段進(jìn)行分段來獲得對(duì)段的更精細(xì)劃分。
采用這一一般的改編，分段比例以被設(shè)計(jì)成最大化暈映數(shù)據(jù)的質(zhì)量的方式 在圖像上變化。在測(cè)試實(shí)施例中，對(duì)于由6個(gè)色彩/紋理屬性組成的每像素特征 矢量，采用圖形切斷分段。色彩分量是RGB值，并且局部紋理描述符是極性、 各向異性和歸 一化的紋理對(duì)比度。
2.5丄2 解決暈映
由于暈映衰減的變化，相同場(chǎng)景輻射度的兩個(gè)像素可能展示出明顯不同的 圖像強(qiáng)度。在分段中，這一暈映的結(jié)果是同質(zhì)場(chǎng)景區(qū)域可被劃分成單獨(dú)的圖像 段。暈映也會(huì)導(dǎo)致同質(zhì)的圖像區(qū)域由于更大徑向距離處更低的對(duì)比度而被一起 分段。為了在暈映估算中有更好的穩(wěn)定性，應(yīng)最小化分段上的暈映效應(yīng)。
為了解決分段中的暈映效應(yīng)，在每次迭代后，在后一迭代期間解決分段中 的估算的暈映函數(shù)。具體地，使用用當(dāng)前估算的參數(shù)計(jì)算的經(jīng)暈映糾正的圖像 來代替原始輸入圖像以確定分段邊界。經(jīng)糾正的圖像僅用于分段目的，并且原 始圖像中的色彩仍用于暈映估算。
當(dāng)分段隨著減少的暈映效應(yīng)而改進(jìn)時(shí)，所估算的暈映函數(shù)也被逐漸細(xì)化。 重復(fù)該過程，直到接連的迭代中暈映函數(shù)之差落在規(guī)定閾值之下，其中該差被
^=*》|州 |. (6)
9(0表示迭代^中的全局暈映函數(shù)，并且徑向距離r是以A個(gè)均勻的間隔 來采樣的。在測(cè)試實(shí)施例中，A被設(shè)為IOO。
2.5.2段加權(quán)
為指導(dǎo)基于暈映的分段過程并促進(jìn)穩(wěn)健的暈映估算，評(píng)估每一圖像段中的 數(shù)據(jù)的可靠性并將其用作段權(quán)重。如果一個(gè)段展示出與物理暈映特性的一致性 并符合在該圖像的別處觀察到的暈映，則該段被認(rèn)為是可靠的。
最初，沒有暈映估算是已知的，因此在第一次迭代中根據(jù)段數(shù)據(jù)可如何精 確地由基于物理的暈映模型來表示來測(cè)量可靠性。對(duì)于一給定段，類似于2.5.3 節(jié)所描述的技術(shù)來計(jì)算暈映函數(shù)的估算《9'，并且計(jì)算段s的加權(quán)為
<formula>formula see original document page 20</formula>(7)
每一像素被分配其段的權(quán)重。
段中紋理的存在并不排除它具有高權(quán)重。與通常展示高頻變化的紋理形成 對(duì)比，暈映是其波長(zhǎng)在圖像寬度的數(shù)量級(jí)上的低頻現(xiàn)象。這一頻率特性的差異 允許在許多紋理化段中辨別出暈映效應(yīng)。
在每次迭代的結(jié)束，確定暈映函數(shù)的估算，并將其用作下一迭代中的》'。 當(dāng)逐漸細(xì)化暈映參數(shù)時(shí)，所計(jì)算的權(quán)重將更精確地反映出段數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在段 中的紋理或遮蔽一致地逼近暈映的特性的情況下，如果該暈映與在圖像的其它 部分中觀察到的暈映不一致，則可對(duì)其分配低權(quán)重。
2.5.3暈映估算
對(duì)于段集合，許多未知的參數(shù)創(chuàng)建一復(fù)雜的解空間。為了簡(jiǎn)化優(yōu)化，在估 算暈映函數(shù)之前使用逐步的方法來初始化參數(shù)。在第一步中，對(duì)每一段確定相 對(duì)場(chǎng)景輻射度人的初始值，而不考慮暈映和傾斜參數(shù)。對(duì)于在同一半徑r處但
來自不同段的像素/和力其暈映衰減應(yīng)當(dāng)是相等的，因此其圖像值z(mì),和》應(yīng) 當(dāng)僅在場(chǎng)景輻射度上有差異?；诖颂匦裕ㄟ^最小化以下函數(shù)來初始化相對(duì) 場(chǎng)景輻射度值
, 7 、2
、4 4 ,
4值通過等式系V^;
J, 、乂
=0上的奇異值分解(SVD)在最小平方的意義
上求解，其中^和1是未知的。為加速該函數(shù)的最小化，給定半徑處且在同
一段內(nèi)的一組像素可以用具有該組的平均色彩的單個(gè)像素來表示。
有了4的初始值，第二步初始化參數(shù)/、 /o以及Cd, %，其中; 是在等
式4的幾何因子中使用的多項(xiàng)式階數(shù)。忽略局部?jī)A斜因子，這用以下能量函數(shù) 來計(jì)算
. (8)
該函數(shù)通過從tl到遞增地增加多項(xiàng)式階數(shù)，并使用先前計(jì)算的多項(xiàng)
式系數(shù)W, c^作為初始值來遞歸地求解。在測(cè)試實(shí)施例中，采用了嚴(yán)4的 多項(xiàng)式階數(shù)。
在第三步中，通過以固定到其初始值的其它參數(shù)來優(yōu)化等式5中的能量函 數(shù)來估算局部?jī)A斜參數(shù)L、 A。在此初始化階段之后，所有參數(shù)在等式5中被 聯(lián)合優(yōu)化以最終估算暈映函數(shù)。等式5和等式8的優(yōu)化使用
Levenberg-Marquardt技術(shù)來i十算。
盡管以對(duì)結(jié)構(gòu)特征和/或方法動(dòng)作專用的語言描述了本主題，但是可以理 解，所附權(quán)利要求書中所定義的主題并不一定要限于以上所述的具體特征或動(dòng) 作。相反，上述具體特征和動(dòng)作是作為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求書的示例形式而公開的。
權(quán)利要求
1.一種用于糾正輸入圖像中的暈映的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程，包括使用計(jì)算機(jī)來執(zhí)行以下處理動(dòng)作使用在空間上變化的分段比例來對(duì)所述輸入圖像進(jìn)行分段，這產(chǎn)生展示出與規(guī)定的物理暈映特性相一致的且符合在其它段中觀察到的暈映的暈映的多個(gè)可靠段(200)；使用所述可靠段來估算所述輸入圖像的暈映函數(shù)，所述暈映函數(shù)定義了每一像素的經(jīng)糾正的強(qiáng)度(202)；向所述輸入圖像的每一像素應(yīng)用最后計(jì)算的暈映函數(shù)，以產(chǎn)生當(dāng)前細(xì)化圖像(204)；使用所述當(dāng)前細(xì)化圖像替代所述輸入圖像來重復(fù)所述分段動(dòng)作，并使用所述輸入圖像來重復(fù)所述估算和應(yīng)用處理動(dòng)作以產(chǎn)生新的當(dāng)前細(xì)化圖像(206)，直到確定所述暈映函數(shù)估算已收斂(208)；以及當(dāng)確定所述暈映函數(shù)估算已收斂時(shí)，將最后產(chǎn)生的當(dāng)前細(xì)化圖像指定為最終的經(jīng)暈映糾正的圖像(210)。
2. 如權(quán)利要求1所述的過程，其特征在于，所述對(duì)輸入圖像分段或?qū)Ξ?dāng) 前細(xì)化圖像分段的處理動(dòng)作包括以下動(dòng)作以規(guī)定的初始分段比例對(duì)所述圖像分段； 對(duì)每一段，計(jì)算表示所述段展示出與物理暈映特性的一致性以及符合其它段中 觀察到的暈映的程度的可靠性因子，確定所述可靠性因子是否超過指示所述段對(duì)于暈映估算是接受的規(guī) 定的可靠性閾值，以及當(dāng)所述可靠性因子不超過所述可靠性閾值時(shí)，以精細(xì)度遞增的分段比 例對(duì)所考慮的段遞歸地分段，直到每一所得的較小的段具有超過所述可靠 性閾值的可靠性因子或者變得小于規(guī)定的最小段大?。灰约?將被確定為具有超過所述可靠性閾值的可靠性因子且至少與所述最小段 大小一樣大的那些段指定為可靠段。
3. 如權(quán)利要求2所述的過程，其特征在于，所述對(duì)所考慮的段遞歸地分段的處理動(dòng)作包括以下動(dòng)作(a) 使用比在所考慮的段上最后采用的分段比例更精細(xì)的分段比例來對(duì)所 述段分段以產(chǎn)生多個(gè)更小的段；(b) 對(duì)于所產(chǎn)生的每一更小的段，計(jì)算其可靠性因子并確定所述因子是否 超過所述可靠性閾值；(c) 當(dāng)所考慮的更小的段的可靠性因子不超過所述可靠性閾值時(shí)，確定所 述較小的段的大小是否小于規(guī)定的最小段大小；以及(d) 當(dāng)所考慮的較小的段超過所述最小段大小時(shí)，對(duì)該較小的段重復(fù)處理 動(dòng)作(a)到(d)。
4. 如權(quán)利要求3所述的過程，其特征在于，所述對(duì)輸入圖像分段、對(duì)當(dāng) 前細(xì)化圖像分段以及對(duì)任一段分段的處理動(dòng)作包括采用其中每像素特征矢量 由六個(gè)色彩/紋理屬性組成的圖形切斷分段技術(shù)的動(dòng)作。
5. 如權(quán)利要求4所述的過程，其特征在于，所述每像素特征矢量的色彩 屬性是RGB值。
6. 如權(quán)利要求4所述的過程，其特征在于，所述每像素特征矢量的紋理 屬性是極性、各向異性和歸一化的紋理對(duì)比度。
7. 如權(quán)利要求2所述的過程，其特征在于，所述估算輸入圖像的暈映函 數(shù)的處理動(dòng)作包括估算一函數(shù)，對(duì)所述圖像的每一像素，該函數(shù)估算僅隨所述 像素離圖像中心的徑向距離變化的全局暈映、以及由所述像素描繪的表面相對(duì) 于光軸和圖像平面的傾斜所引起的暈映兩者。
8. 如權(quán)利要求7所述的過程，其特征在于，所述估算全局暈映對(duì)所述圖像的像素的效應(yīng)的處理動(dòng)作包括計(jì)算像素G)的離軸照明因子(A)和幾何因子(G,)的乘積，其中4=7~~^~~^，其中。是像素!'離圖像中心的徑向距(l + "http://)2)離，而/是捕捉所述圖像的照相機(jī)的有效焦距，并且其中《=(1-cv;-…-cyf)，其中/7表示規(guī)定的多項(xiàng)式階數(shù)，而Cd...p表示幾何系數(shù)。
9. 如權(quán)利要求7所述的過程，其特征在于，所述估算因由所述像素所描 述的表面的傾斜引起的暈映的效果的處理動(dòng)作包括對(duì)像素(/)計(jì)算傾斜因子 <formula>formula see original document page 4</formula>其中^索引了包含像素/的圖像段，",和v,是像素/的圖像坐標(biāo)，/是捕捉所述圖像的照相機(jī)的有效焦距，；^,是表示在包含像素/的段中所描繪的平坦場(chǎng)景表面圍繞平行于光軸的軸的旋轉(zhuǎn)角度 的第一傾斜參數(shù)，而是表示在包含像素/的段中所描繪的平坦場(chǎng)景表面相對(duì)于所述圖像平面的旋轉(zhuǎn)角度的第二傾斜參數(shù)。
10. 如權(quán)利要求2所述的過程，其特征在于，所述估算輸入圖像的暈映函數(shù)的處理動(dòng)作包括以下動(dòng)作最小化被定義為<formula>formula see original document page 4</formula>的能量函數(shù)ce)，其中m表示圖像段s的總數(shù)，M表示段^中的像素/的總數(shù)，w,表示為包含像素/的段s計(jì)算的可靠性因子，；i,是段s的場(chǎng)景輻射度/,與中心像素的場(chǎng)景輻射度/。之比， 7;表示因由像素/描繪的表面相對(duì)于光軸和圖像平面的傾斜所引起的暈映，《是最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算中歸因于忽略了在離圖像中心為徑向距離r的像素 /處的暈映上的任何局部?jī)A斜效應(yīng)的全局傾斜效應(yīng)的部分，而z,是像素/的像素值；以及定義所估算的暈映函數(shù)，使得每一像素/的經(jīng)糾正的強(qiáng)度由z,/^給出。
11. 如權(quán)利要求10所述的過程，其特征在于，所述輸入圖像是彩色圖像， 并且像素/的像素值z(mì),表示RGB矢量。
12. 如權(quán)利要求2所述的過程，其特征在于，所述計(jì)算一個(gè)段的可靠性因子的處理動(dòng)作包括計(jì)算所述因子(w》為^ = +6印{-|;|卜-^^的處理動(dòng)作，其中/索引了段s中的M個(gè)像素，《是最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算中歸因于忽略了離圖像中心為徑向距離r的像素/處的暈映上的任何局部?jī)A斜效應(yīng)的全 局暈映效應(yīng)的部分，z,是像素；的像素值，4是段5的場(chǎng)景輻射度/,與中心像素的場(chǎng)景輻射度/。之比，而r,表示因由像素/描繪的表面相對(duì)于光軸和圖像平面的傾斜所引起的暈映。
13. 如權(quán)利要求10所述的過程，其特征在于，所述輸入圖像是彩色圖像， 并且像素/的像素值z(mì),表示RGB矢量。
14. 如權(quán)利要求l所述的過程，其特征在于，所述確定暈映函數(shù)估算是否已收斂的處理動(dòng)作包括確定最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算在與倒數(shù)第二個(gè)計(jì)算的 暈映函數(shù)估算相比時(shí)是否改變了大于規(guī)定的量的動(dòng)作。
15. 如權(quán)利要求14所述的過程，其特征在于，所述確定最后計(jì)算的暈映 函數(shù)估算在與倒數(shù)第二個(gè)計(jì)算的暈映函數(shù)估算相比時(shí)是否改變了大于規(guī)定的 量的處理動(dòng)作包括計(jì)算最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算與倒數(shù)第二個(gè)計(jì)算的暈映函 數(shù)估算之差(A 9)為A^士2II《(0-A(M)I的動(dòng)作，其中碎)是最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算中歸因于忽略了暈映上的任何局部?jī)A斜效應(yīng)的全局暈映效應(yīng)的部分，>9(/-1)是倒數(shù)第二個(gè)計(jì)算的暈映函數(shù)估算中歸因于忽略了暈映上的任何 局部?jī)A斜效應(yīng)的全局暈映效應(yīng)的部分，而徑向距離r是以A個(gè)規(guī)定的均勻間隔 來采樣的。
16. —種用于糾正輸入圖像中的暈映的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程，包括使用計(jì)算 機(jī)來執(zhí)行以下處理動(dòng)作使用在空間上變化的分段比例來對(duì)所述輸入圖像分段，這產(chǎn)生展示出與規(guī) 定的物理暈映特性相一致的、且符合在其它段中觀察到的暈映的暈映的多個(gè)段(200);使用被確定為具有超過一可靠性閾值的可靠性因子且至少與最小段大小 一樣大的段來估算所述輸入圖像的暈映函數(shù)，所述暈映函數(shù)定義了每一像素的經(jīng)糾正的強(qiáng)度(520);向所述輸入圖像的每一像素應(yīng)用最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算，以產(chǎn)生當(dāng)前細(xì)化圖像(522);確定是否己經(jīng)估算了多于一個(gè)暈映函數(shù)(524);當(dāng)已經(jīng)估算了多于一個(gè)暈映函數(shù)時(shí)，確定最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算在與最 后第二個(gè)計(jì)算的暈映函數(shù)估算相比是否改變了大于規(guī)定的量(526);當(dāng)確定尚未估算多于一個(gè)暈映函數(shù)，或已經(jīng)估算了一個(gè)暈映函數(shù)但是最后 計(jì)算的暈映函數(shù)估算已經(jīng)改變了大于規(guī)定的量時(shí)，使用所述空間上變化的分段比例來對(duì)當(dāng)前細(xì)化圖像分段(200)，并重復(fù)所述估算、應(yīng)用、第一確定和第 二確定處理動(dòng)作；以及當(dāng)確定己經(jīng)估算了多于一個(gè)暈映函數(shù)，并且最后計(jì)算的暈映函數(shù)估算沒有 改變大于規(guī)定的量時(shí)，將最后產(chǎn)生的細(xì)化圖像指定為最終的經(jīng)暈映糾正的圖像 (528)。
17. 如權(quán)利要求16所述的過程，其特征在于，所述對(duì)輸入圖像分段的處 理動(dòng)作包括以下動(dòng)作(a) 從一初始分段比例開始，以規(guī)定的當(dāng)前分段比例來對(duì)所述輸入圖像分段；(b) 選擇所得的段中與所述當(dāng)前分段比例相關(guān)聯(lián)的先前未選擇的段；(c) 確定所選擇的段的大小是否小于規(guī)定的最小段大??；(d) 當(dāng)所考慮的段不小于所述規(guī)定的最小段大小時(shí)，(dl)計(jì)算表示所述段展示出與規(guī)定的物理暈映特性的一致性以及符 合在其它段中觀察到的暈映的程度的可靠性因子，(d2)確定所述可靠性因子是否超過表明所述段對(duì)暈映估算是可接受 的規(guī)定的可靠性閾值，以及(d3)當(dāng)所述可靠性因子不超過所述可靠性閾值時(shí)，(i) 將所述分段比例遞增一個(gè)等級(jí)，其中每一接連的分段等級(jí)代 表用于形成所選擇的段的更精細(xì)的分段比例，(ii) 使用所述遞增的分段比例來對(duì)所選擇的段分段，以及 (m)適當(dāng)?shù)刂貜?fù)處理動(dòng)作(b)到(d);以及(e) 當(dāng)所考慮的段小于所述規(guī)定的最小段大小，或者它不小于該最小段大 小但所述可靠性因子超過所述可靠性閾值時(shí)，(el)確定是否有與所述當(dāng)前段比例相關(guān)聯(lián)的任何先前未選擇的段，(e2)當(dāng)有與所述當(dāng)前分段比例相關(guān)聯(lián)的先前未選擇的段時(shí)，適當(dāng)?shù)?重復(fù)處理動(dòng)作(b)到(d)，(e3)當(dāng)沒有與所述當(dāng)前分段比例相關(guān)聯(lián)的先前未選擇的段時(shí)，確定 在當(dāng)前等級(jí)之前是否還有分段等級(jí)，(e4)當(dāng)在當(dāng)前等級(jí)之前有分段等級(jí)時(shí)，將所述分段等級(jí)遞減一個(gè)單 位并適當(dāng)?shù)刂貜?fù)處理動(dòng)作(el)到(e4)，以及(e5)當(dāng)在當(dāng)前分段等級(jí)之前沒有分段等級(jí)時(shí)，認(rèn)為所述輸入圖像的 分段完成。
18. 如權(quán)利要求16所述的過程，其特征在于，所述對(duì)當(dāng)前細(xì)化圖像分段的處理動(dòng)作包括以下動(dòng)作(a) 從一初始分段比例開始，以規(guī)定的當(dāng)前分段比例對(duì)所述當(dāng)前細(xì)化圖像 分段；(b) 選擇所得的段中與所述當(dāng)前分段比例相關(guān)聯(lián)的先前未選擇的段；(c) 確定所選擇的段的大小是否小于規(guī)定的最小段大小；(d) 當(dāng)所考慮的段不小于所述規(guī)定的最小段大小時(shí)，(dl)計(jì)算表示所述段展示出與規(guī)定的物理暈映特性的一致性以及符 合在其它段中觀察到的暈映的程度的可靠性因子，(d2)確定所述可靠性因子是否超過表明所述段對(duì)暈映估算是可接受 的規(guī)定的可靠性閾值，以及(d3)當(dāng)所述可靠性因子不超過所述可靠性閾值時(shí)，(i) 將所述分段比例遞增一個(gè)等級(jí)，其中每一接連的分段等級(jí)代 表用于形成所選擇的段的更精細(xì)的分段比例，(ii) 使用所述遞增的分段比例來對(duì)所選擇的段分段，以及(iii) 適當(dāng)?shù)刂貜?fù)處理動(dòng)作(b)到(d);以及(e) 當(dāng)所考慮的段小于所述規(guī)定的最小段大小，或者它不小于該最小段大 小但所述可靠性因子超過所述可靠性閾值時(shí)，(el)確定是否有與所述當(dāng)前段比例相關(guān)聯(lián)的任何先前未選擇的段，(e2)當(dāng)有與所述當(dāng)前分段比例相關(guān)聯(lián)的先前未選擇的段時(shí)，適當(dāng)?shù)?重復(fù)處理動(dòng)作(b)到(d)，(e3)當(dāng)沒有與所述當(dāng)前分段比例相關(guān)聯(lián)的先前未選擇的段時(shí)，確定 在當(dāng)前等級(jí)之前是否還有分段等級(jí)，(e4)當(dāng)在當(dāng)前等級(jí)之前有分段等級(jí)時(shí)，將所述分段等級(jí)遞減一個(gè)單 位并適當(dāng)?shù)刂貜?fù)處理動(dòng)作(el)到(e4)，以及(e5)當(dāng)在當(dāng)前分段等級(jí)之前沒有分段等級(jí)時(shí)，認(rèn)為所述當(dāng)前細(xì)化圖 像的分段完成。
全文摘要
提出了一種用于確定圖像的暈映函數(shù)并使用該函數(shù)來糾正暈映的系統(tǒng)和過程。該圖像可以是任何任意圖像，并且不需要任何其它圖像。該系統(tǒng)和過程被設(shè)計(jì)成處理紋理化和未紋理化段兩者以最大化對(duì)可用信息的使用。為了從圖像中提取暈映信息，采用了定位具有可靠數(shù)據(jù)的圖像段的分段技術(shù)用于暈映估算。在每一圖像段內(nèi)，該系統(tǒng)和過程利用了暈映的頻率特性和物理特性來將其與其它強(qiáng)度變化源區(qū)分。從段獲得的暈映數(shù)據(jù)根據(jù)所提出的可靠性度量來加權(quán)以提升估算的穩(wěn)健性。
文檔編號(hào)H04N5/217GK101341733SQ200680048132
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者B·郭, S·B·康, S·林, Y·鄭 申請(qǐng)人:微軟公司