[发明专利]基于光度图的几何与表面材质的重建方法

摘要

本发明提供一种基于光度图的几何与表面材质的重建方法，该方法包括如下步骤：（1）材质分割，构造初始化材质权重图，估计Diffuse Albedo。（2）估计表面法向量图。（3）使用Alternating-Constrained-Least-Square方法迭代求解法向量和构建BRDF（bidirectional reflectance distribution function）材质基。（4）增强深度场。以法向量图为基础，通过解Poisson方程得到最小二乘的表面深度信息。本发明可以可靠的从一组已知光照条件的图片序列中，自动恢复出图中物体的不同材质区域、材质属性，以及表面深度信息，对其快速的进行三维重建。

主权项

一种基于光度图的几何与表面材质的重建方法，从已知光照情况的一组照片序列中恢复几何与材质基的过程，其特征在于步骤如下：步骤（1）、对所述照片序列中的像素，利用RGB颜色空间到HSV颜色空间的变换，对像素的颜色值聚类；步骤（2）、选择不同光照下同一像素空间中最合适的点，进行材质划分，构造初始化材质权重图，估计初始Diffuse Albedo；步骤（3）、保持步骤（2）得到的权重图和改为Diffuse Albedo不变，使用漫反射的颜色值作为阈值过滤掉高光的像素；步骤（4）、使用Brute‑Force方法列举所有的光源组合，利用Woodham的Lambertian‑Photometric‑Stereo方法计算表面朝向，然后选择Root‑Mean‑Square误差最小的结果作为初试的法向量；使用Alternating‑Constrained‑Least‑Square方法迭代求解法向量和构建BRDF材质基；步骤（5）、固定步骤（1）、步骤（4）得到的法向量和权重图，利用Levenberg‑Marguardt方法优化每一种材质的BRDF模型；步骤（6）、固定步骤（5）得到的BRDF的材质基，使用离散搜索方法，将法向量的自由度约束到一维，根据BRDF材质基，在渲染不同光照下的材质球图片上，搜索最合适的法向量和材质权重；若步骤（6）得到的法向量方向已经收敛，则重新将法向量自由度释放为三维，使用Levenberg‑Marguardt方法优化法向量和材质权重；步骤（7）、增强深度场：以步骤（6）得到的法向量图为基础，通过解Poisson方程得到最小二乘误差的表面深度信息。