计算摄像学 第六讲 光照,反射率与明暗模型
justaLoli

光度模型

三维建模方法,激光测距扫描?

多视角图像重建结果(相机几何标定

对比:

几何建模:有总体形状,无细节

光度立体:无形状?,有精细的细节

利用光强理解物体的形状,计算机如何从图像的强度中理解物体形象?

光度成像过程:

光照->表面法线+反射率->光强

图像是对场景的观测,观测结果收到几何位置(第三讲)和光强的影响(本讲)

相机辐射响应:由光强和传感器数值的函数关系。

线性非线性?场景的辐射度和传感器受到的辐照度是线性的。但是传感器对辐射转化为图像亮度的关系是非线性的。

相机的辐射响应曲线:图像亮度-辐照度的函数关系。低辐照度时,亮度会高于线性值。

如何反推原本的辐照度值?反函数,逆响应曲线。

如何得到逆响应曲线? - 标定法:已知反射率的灰度色块序列(如果认为相机的RGB三个辐射响应曲线相同(这是目前的常见情况)可以单纯用灰度色块标定;而更复杂的情况需要各种颜色的色块做标定。 - 没色卡怎么办!多曝光序列的自标定(Mitsunaga, CVPR 99) 用已知曝光时间比的内容一致的图像序列进行标定。利用静态场景不同曝光时间拍摄的一组照片进行标定。 * 待求解的函数:辐照度E = g(M),M为光强, * 将g用k次多项式拟合,k为?4-5阶 * 已知曝光时间的比值 * 曝光时间比值等于场景辐照度的比值。 * 带入,待定系数,形成一个待优化的目标函数 * 利用端点(g(0)=0;g(1)=1)减少一个系数 * 用单调性约束 * 最小二乘法 + 不用线性拟合? * Grossberg CVPR 03 * 分析许多相机的辐射响应曲线,得到一个“主成分”分析 * 将主成分函数按不同比例结合,可以用很少的参数高精度地拟合辐射响应曲线

已经得到了线性的辐照度,如何拿来重建环境的光度?

  • 反射模型:漫反射、镜面反射
  • BRDF:双向反射率分布函数,值为给定入射光方向和反射光方向(一个方向用两个数据,故函数为4元),输出反射能量与入射能量的比值。
  • 优化:在各向同性(具有旋转对称性),BRDF可简化为三元函数。

一些难办的光传播现象:这些都不管了! - 折射 - 相互反射(光线的多次反射 - 次表面反射(树叶半透明

理想漫反射:朗伯反射:BRDF为常数,反射率为常数。

光源?

  • 点光源:向所有方向发出同等强度光。
  • 平行光源:
  • 聚光灯:在锥内有光

表面法线。

光度成像模型的定量描述:

L(w_r) = 积分(环境光照 * BRDF * 表面法线) dw_i

简化:朗伯反射模型的平行光反射:好像是一个单项式,挺简单的。

学术前沿:

老师梳理了好几篇这方面的文章,主要关于重建场景的光照。并把这个光照信息应用于AR物品的光照渲染。