[发明专利]运动对象透过散射层成像模型及追踪方法和存储介质

说明书

本发明提供一种运动对象透过散射层成像模型及追踪方法和存储介质，方法包括：采用相机平行于散射层拍摄视频，对所述散射层和运动对象所在区域采样；通过所述散射层的参数建立所述运动对象的表面坐标与散射层上各点亮度之间的关系；建立时间相关的所述运动对象透过散射层成像的正向线性模型；利用最大后验估计建立反向求解的优化模型，输出运动对象的三维运动轨迹。基于普通的强度相机，就已经能在一定程度上有效重建散射层后运动物体的轨迹，无需入侵散射层两侧，突破了光学记忆效应的限制，且在采集端只用到了普通的强度相机，成本低，操作简单，稳定性高，从而更适用于在实际场景中追踪快速运动对象。

技术领域

本发明涉及计算摄影与散射成像技术领域，尤其涉及一种运动对象透过散射层成像模型及追踪方法和存储介质。

背景技术

在现实中广泛存在着毛玻璃、生物组织等多种散射层，由于这些散射层的光学性质不均匀，光线穿过时传播方向会变得杂乱无序，最终在观测平面上形成光强随机分布的散斑图样，这就导致传统相机拍摄的视频质量退化严重，无法获取散射层后物体形状、位置等有效信息，故研究透过散射层成像意义重大。而针对现实生活中更普遍存在的运动对象，除了成像以外，透过散射层追踪运动对象也具有十分重要的理论价值与实际意义，可用于实现对运动对象的精准打击、智能追踪、行为监管等，在军事行动、灾难救援、生物医学等领域中都有很大的应用价值。

在计算摄影学领域，运动对象透过散射层成像与追迹一直是极具挑战的研究问题，现有的主要技术和方法包括波前整形技术、散斑相关方法、瞬态成像技术等，其中，波前整形技术基于透射光场与入射光场之间的由光学传输矩阵联系的线性模型来做反向求解，但其优化效率低、系统复杂度高、且需入侵散射层两侧，散斑相关方法基于视频前后两帧图像的相关关系来重建运动对象的二维图像，严重受限于光学记忆效应范围，而瞬态成像技术通过主动发射超快激光，并利用高时间分辨率、高精度、高敏感度探测器来做采集，所需系统复杂度和稳定性都很高，总之，这些方法都不适用于实际场景的使用。

现有技术中缺乏一种运动对象透过散射层成像模型及追踪方法。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种运动对象透过散射层成像模型及追踪方法和存储介质。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种运动对象透过散射层成像模型及追踪方法，包括如下步骤：S1:采用相机平行于散射层拍摄视频，对所述散射层和运动对象所在区域采样；S2:通过所述散射层的参数建立所述运动对象的表面坐标与散射层上各点亮度之间的关系；S3:建立时间相关的所述运动对象透过散射层成像的正向线性模型；S4：利用最大后验估计建立反向求解的优化模型，输出运动对象的三维运动轨迹。

优选地，在运动对象透过散射层成像的实际系统中建立三维笛卡尔坐标系Oxyz，固定坐标原点O为散射层底边中点，设散射层所在平面为xy平面，运动对象所在空间为z轴正方向区域；将散射层后运动对象所在区域剖分为体素空间V＝{v₁,…,v_N}，各体素的坐标由其中心点坐标代替。

优选地，获取所述相机的内外参对应的单应性矩阵，并依据所述单应性矩阵对拍摄的所述视频做畸变校正。

优选地，所述散射层的参数包括双向透射分布函数、透射系数；对于只发生单次散射的薄散射层，光线穿过其表面两侧的透射点与入射点重合，因此，基于双向透射分布函数的定义，对于散射层上p点发出的透射光，其辐射率L_o(p,v_o)为入射光辐照度L_i、透射率a(p)、以及双向透射分布函数β的函数，具体表达式如下：