[发明专利]一种基于深度的图像雾效模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，具体的涉及一种基于深度的图像雾效模拟方法。

背景技术

近些年来，在计算机视觉领域，视觉效果与视觉特效的热度不断增加。视觉效果是色彩关系的组合构成，是视觉艺术的一种重要的表现形式。视觉特效是一种通过对原始图像进行计算机生成图像合成，从而得到超出原本表现力图像的方法。视觉效果与视觉特效已经被广泛应用于影视领域，游戏领域，动漫领域等多个领域。尤其在影视领域与游戏领域中，使用3D场景效果的兴起便是视觉效果与视觉特效的标志之一。

在这之中，作为基本自然场景的雾效场景是影视游戏中不可或缺的组成部分。目前，雾效场景的生成主要集中在3D领域，对于影视游戏中3D雾效场景的生成大多基于物理的大气散射模型，该物理模型理论简单，适用性广泛，在3D雾效场景模拟上取得了一定成果。

而2D雾效模拟即图像雾效的模拟，也具有相当的重要性。一方面，在追求视觉效果与视觉特效的方向上，雾效的添加已经是一种常用的手段，其常用来淡化模糊图像的对比度，增加图片的美感。另一方面，在近些年来，雾霾灾害愈发严重，对于雾霾灾害的研究及相应的对策开发已经越来越被人们所重视。然而自然场景中的雾霾分布情况复杂，牵涉到了很多复杂的物理光学模型计算，对于研究的起步是重大的阻碍。因此，基于简单模型的雾效场景的模拟图像有利于研究的开展，并可作为后期的优化，对比对象。

但是对于2D雾效模拟即图像雾效的模拟，目前并没有太多的相关研究。在追求视觉效果与视觉特效的方向上，一些功能强大的商用软件也并未嵌入直接的雾效模拟功能，而且这些软件对用户自身要求较高，且操作复杂，并不具备通用性。对于图像与雾相关的计算机视觉领域的研究处理，目前大多集中于除雾方向。在雾效模拟方向上，一种基于暗原色通道先验的雾效数字滤镜方法（201210090996.0）和一种基于人工交互的彩色雾效生成方法（201310113858.8）均必须使用有雾图像作为原始图像，这大大局限了方法的适用范围。

发明内容

本发明提供了一种基于深度的图像雾效模拟方法，解决了现有技术的不足，该方法仅仅需要任意图像及其对应的深度，在利用基本大气散射模型的基础上，结合引导滤波优化就能够获得良好的雾效模拟图像，计算快速且使用空间小，具有良好的适用性和鲁棒性。

本发明采用的技术方案：

一种基于深度的图像雾效模拟方法，在利用基本大气散射模型的基础上，结合引导滤波优化对附带深度的自然场景图像进行处理，可快速生成其雾效模拟图像。

一种基于深度的图像雾效模拟方法，包括人工交互最大能见度透射率及大气光颜色值，深度归一化及优化，深度转化透射率，深度雾效模拟四部分。具体步骤如下：

第一步，人工交互最大能见度透射率及大气光颜色值

按照以下公式设置最大能见度透射率，大气光颜色值：

t_max＝t_set    （1）

I_light＝(R_set,G_set,B_set)    （2）

其中t_max为最大能见度透射率，t_set为人工交互设定的透射率值，取值范围0～1。I_light为大气光颜色值（RGB值），R_set,G_set,B_set为人工交互设定的RGB值。最大能见度透射率决定雾效模拟的浓度，大气光颜色值决定雾效色彩组成结构。

第二步，深度归一化及优化

按照以下公式对深度进行归一化：

D＝D/max(D)    （3）

其中D为深度矩阵。归一化后利用引导滤波对深度优化，以修正其边缘效应。

第三步，深度转化透射率

根据大气散射模型公式：

trans(x)＝e^-βd(x)    （4）

其中trans为透射率，e为自然常数，β为透射系数，d为距离。可知透射率与深度之间存在指数比例关系，推导透射率公式可得：

T＝(t_max)^D    （5）

其中T为透射率矩阵。

第四步，深度雾效模拟

将源图像，透射率图，大气光代入以下大气散射模型公式得到雾效模拟图像：