[发明专利]一种基于视场耦合约束的直接光照与全局光照分离方法

权利要求书

1.一种基于视场耦合约束的直接光照与全局光照分离方法，其特征在于：分离过程包括以下步骤：

(1)先将空间光调制器和像素阵列探测器面向目标场景放置，空间光调制器的投射区域应与像素阵列探测器采用共轴光路成像方式；

(2)通过单像素成像方法获得每个像素对应于空间光调制器的光传输系数；

(3)根据视场耦合约束，得到每个像素光传输系数中的直接光照分量，光传输系数的其余部分即为全局光照分量；该过程使用公式表达为：

h_d(m,n；u₀,v₀)＝h(m,n；u₀,v₀)×M_Ω(m,n；u₀,v₀)

h_g(m,n；u₀,v₀)＝h(m,n；u₀,v₀)×[1-M_Ω(m,n；u₀,v₀)]

其中，h_d(m,n；u₀,v₀)和h_g(m,n；u₀,v₀)为像素位置(u₀,v₀)处光传输系数的直接光照和全局光照分量；h(m,n；u₀,v₀)为像素位置(u₀,v₀)处由步骤(2)中单像素成像方法所获得每个像素对应于空间光调制器的光传输系数；M_Ω(m,n；u₀,v₀)为像素位置(u₀,v₀)处由视场耦合约束所确定的掩码矩阵，Ω(m,n；u₀,v₀)代表像素(u₀,v₀)在空间光调制器平面由视场耦合约束所确定的直接光照区域；

(4)通过光照耦合重构算法分别获得直接光照分量和全局光照分量成像结果，光照耦合重构算法将全部像素阵列探测器像素光传输系数中的直接光照分量与全局光照分量分别求和，得到分离的直接光照和全局光照成像结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于视场耦合约束的抑制全局光照的成像系统，其特征在于：所述步骤(3)中的视场耦合约束为像素阵列探测器中每个像素能够通过场景的直接光照而观测到的空间光调制器像素位置，视场耦合约束可表达为：

Ω(m,n；u₀,v₀)＝{(m,n)|(m₀-l_p)≤m(m₀+l_p+1),

[(n₀-l_p)≤n(n₀+l_p+1)]∩(0≤mM,0≤nN)}

其中，(u₀,v₀)代表像素阵列探测器上一个像素的中心坐标位置，取值范围是0≤u₀≤U,0≤v₀≤V，U和V为像素阵列探测器的横向和纵向尺寸；Ω(m,n；u₀,v₀)代表像素(u₀,v₀)在空间光调制器平面由视场耦合约束所确定的直接光照区域；(m₀,n₀)为像素(u₀,v₀)在空间光调制器平面对应的中心像素，计算公式为：M和N为空间光调制器对应的视场范围的横向和纵向尺寸；l_p为空间光调制器的视场耦合尺寸，计算公式为：W为像素阵列探测器中的像素个数。

3.根据权利要求1所述的一种基于视场耦合约束的抑制全局光照的成像系统，其特征在于：所述步骤(4)中的光照耦合重构算法为将光传输系数中的直接光照分量与全局光照分量分别求和，表达式为：

其中，h_d(m,n；u₀,v₀)和h_g(m,n；u₀,v₀)分别为像素位置(u₀,v₀)处光传输系数的直接光照和全局光照分量，I_d(u₀,v₀)和I_g(u₀,v₀)分别为像素阵列视角下直接光照分量和全局光照分量图。