一種雙向光譜光傳輸采集探測方法技術

本發明專利技術公開了一種雙向光譜光傳輸采集探測方法，包括步驟：設定雙向光譜反射場函數；根據雙向光譜反射場函數得到出射光場重光照方程；對出射光場重光照方程進行離散化得到雙向光譜光傳輸采集方程；設定雙向光譜光傳輸矩陣由四維空間光傳輸和二維光譜光傳輸構成；將雙向光譜光傳輸矩陣分解為空間光傳輸矩陣和光譜光傳輸矩陣的張量積，使用全光譜由粗到細確定目標場景像素的采集順序；在第一空間分辨率的級別上，采集完備的第一光譜光傳輸；對第一光譜光傳輸進行稀疏重建；根據雙向光譜光傳輸采集方程得到探測矩陣。本發明專利技術具有如下優點：采集場景的雙向光譜光傳輸矩陣能夠渲染包含熒光物體的場景在任意光譜和任意空間入射光照下的場景真實外觀。

【技術實現步驟摘要】
一種雙向光譜光傳輸采集探測方法
本專利技術涉及圖像重光照
，具體涉及一種雙向光譜光傳輸采集探測方法。
技術介紹
基于圖像的重光照使用8維空間反射場來描述場景4維入射光場和4維出射光場之間的能量轉換。空間反射場可以定義為場景的空間光傳輸響應，由于空間光傳輸響應刻畫了光照與場景的相互作用如：直接反射、互反射、次表面散射等等，因此采集空間光傳輸矩陣可用于渲染場景在任意入射光照條件下任意視點所采集到的圖像。相比基于模型的重光照方法，使用基于圖像的重光照的方法具有無需對場景進行建模等優點，因而能應用于復雜場景的重光照，近幾年有大量采集空間光傳輸矩陣以實現重光照的方法提出。然而，采集全部8維的空間光傳輸需要花費大量的時間和存儲空間，已有的方法包括降維度采樣的方法、自適應的方法、或者壓縮的方法來獲得空間光傳輸矩陣。降維度采樣的方法通過采集全8維空間光傳輸矩陣的子集來降低存儲并加速采集；自適應的方法通常通過設計自適應場景的采集機制來加速空間光傳輸矩陣的采集；而壓縮的方法通過利用光傳輸矩陣的數據稀疏性來壓縮采集空間光傳輸并通過稀疏重建恢復高分辨率的空間光傳輸矩陣。此外，也有一些的工作通過求逆或者探測空間光傳輸矩陣來以實現空間光傳輸的直接光照分量和全局光照分量的分離并應用于投影儀相機系統的輻射度補償、透過散射介質成像等。由于空間反射場無法刻畫場景的光譜響應，因此無法渲染場景在包含任意光譜和任意空間入射光照下的真實外觀。有相關的工作通過采集場景的光譜響應函數以實現場景的光譜重光照，即能夠獲取場景在任意光譜入射光照下的出射光譜。但是傳統的光譜重光照的方法沒有考慮場景包含熒光物質的情況，熒光物質做為日常生活常見的物質種類(20％)通過吸收某種波長的入射光并釋放出相對更長的出射光，因此為實現熒光物質的光譜重光照需要對光譜之間的能量轉換進行建模。
技術實現思路
本專利技術旨在至少解決上述技術問題之一。為此，本專利技術的一個目的在于提出一種雙向光譜光傳輸采集探測方法。為了實現上述目的，本專利技術的實施例公開了一種雙向光譜光傳輸采集探測方法，包括以下步驟：S1：固定視角向目標場景投射空變的光照且固定采集視角設定雙向光譜反射場函數R，其中，雙向光譜反射場函數R＝R(xi,λi；xo,λo)，xi＝(xi,yi)為投影平面的空間坐標，xo＝(xo,yo)為成像平面的空間坐標，λi為入射光場的光譜、λo為出射光場的光譜；S2：根據雙向光譜反射場函數R得到出射光場重光照方程Lout(xo,λo)，其中，Lout(xo,λo)＝∫Ω∫ΓR(xi,λi；xo,λo)Lin(xi,λi)dμ1(xi)dμ2(λi)，Ω和Γ分別為幾何和光譜空間，μ1,μ2分別為空間Ω,Γ上的度量；S3：對出射光場重光照方程Lout(xo,λo)進行離散化得到雙向光譜光傳輸采集方程I＝TL，其中，I表示采集到的三維多光譜圖像，T表示六維的雙向光譜光傳輸矩陣，L表示三維的場景多光譜入射光照；S4：設定雙向光譜光傳輸矩陣(N×M)由四維空間光傳輸(Q×P)和二維光譜光傳輸(V×U)構成，其中，Q和P均代表二維空間緯度，V和U均代表一維空間維度；S5：令p,q表示光照和圖像像素的空間維度下標，u,v表示光照和圖像像素的光譜維度下標，m,n表示雙向光譜光傳輸中的元素下標，則有m＝(p-1)U+u,n＝(q-1)V+v,M＝PU,N＝QV，采集到的圖像像素可以表示為In＝∑mTnmLm；S6：將所述雙向光譜光傳輸矩陣分解為空間光傳輸矩陣和光譜光傳輸矩陣的張量積，使用全光譜由粗到細確定所述目標場景像素的采集順序；S7：在第一空間分辨率的級別上，采集完備的第一光譜光傳輸其中Bk為基矩陣；S8：對第一光譜光傳輸進行稀疏重建，以恢復完備的第二光譜光傳輸Tpq＝∑kκkBk；S9：根據所述雙向光譜光傳輸采集方程得到探測矩陣Ψ，其中Ψ＝∑klk(rk)T，l,r分別為光照與相機的空間加光譜的三維編碼。根據本專利技術實施例的雙向光譜光傳輸采集探測方法，通過利用空間反射場和光譜反射場對場景的入射光場和出射光場進行聯合建模，提出了雙向光譜光傳輸響應模型。雙向光譜光傳輸結合了場景的空間光傳輸響應和光譜光傳輸響應，所以采集場景的雙向光譜光傳輸矩陣能夠渲染包含熒光物體的場景在任意光譜和任意空間入射光照下的場景真實外觀。另外，根據本專利技術上述實施例的雙向光譜光傳輸采集探測方法，還可以具有如下附加的技術特征：進一步地，基矩陣Bk通過使用主成分分解或者矩陣因子化的方法訓練獲取。進一步地，稀疏重建的公式為：本專利技術的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。附圖說明本專利技術的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是本專利技術一個實施例的雙向光譜參數化的示意圖；圖2是本專利技術一個實施例的雙向光譜光傳輸矩陣的示意圖；圖3是本專利技術一個實施例的可變光譜對偶采集系統的結構示意圖；圖4是本專利技術一個實施例的探測光傳輸矩陣的示意圖；圖5是本專利技術一個實施例的非侵入式的穿過強散射對熒光物體成像示意圖。具體實施方式下面詳細描述本專利技術的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本專利技術，而不能理解為對本專利技術的限制。在本專利技術的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本專利技術的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本專利技術中的具體含義。參照下面的描述和附圖，將清楚本專利技術的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本專利技術的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本專利技術的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本專利技術的實施例的范圍不受此限制。相反，本專利技術的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。以下結合附圖描述根據本專利技術實施例的雙向光譜光傳輸采集探測方法。請參考圖1，一種雙向光譜光傳輸采集探測方法，包括以下步驟：S1：固定視角向目標場景投射空變的光照且固定采集視角設定雙向光譜反射場函數R，其中，雙向光譜反射場函數R＝R(xi,λi；xo,λo)，xi＝(xi,yi)為投影平面的空間坐標，xo＝(xo,yo)為成像平面的空間坐標，λi為入射光場的光譜、λo為出射光場的光譜。具體地，考慮場景的光譜響應，則入射光場可以參數化為Lin(Θi,λi)，其中Θi＝(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙向光譜光傳輸采集探測方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：固定視角向目標場景投射空變的光照且固定采集視角設定雙向光譜反射場函數R，其中，雙向光譜反射場函數R＝R(xi,λi；xo,λo)，xi＝(xi,yi)為投影平面的空間坐標，xo＝(xo,yo)為成像平面的空間坐標，λi為入射光場的光譜、λo為出射光場的光譜；S2：根據雙向光譜反射場函數R得到出射光場重光照方程Lout(xo,λo)，其中，Lout(xo,λo)＝∫Ω∫ΓR(xi,λi；xo,λo)Lin(xi,λi)dμ1(xi)dμ2(λi)，Ω和Γ分別為幾何和光譜空間，μ1,μ2分別為空間Ω,Γ上的度量；S3：對出射光場重光照方程Lout(xo,λo)進行離散化得到雙向光譜光傳輸采集方程I＝TL，其中，I表示采集到的三維多光譜圖像，T表示六維的雙向光譜光傳輸矩陣，L表示三維的場景多光譜入射光照；S4：設定雙向光譜光傳輸矩陣(N×M)由四維空間光傳輸(Q×P)和二維光譜光傳輸(V×U)構成，其中，Q和P均代表二位空間緯度，V和U均代表一維空間維度；S5：令p,q表示光照和圖像像素的空間維度下標，u,v表示光照和圖像像素的光譜維度下標，m,n表示雙向光譜光傳輸中的元素下標，則有m＝(p?1)U+u,n＝(q?1)V+v,M＝PU,N＝QV，采集到的圖像像素可以表示為In＝∑mTnmLm；S6：將所述雙向光譜光傳輸矩陣分解為空間光傳輸矩陣和光譜光傳輸矩陣的張量積，使用全光譜由粗到細確定所述目標場景像素的采集順序；S7：在第一空間分辨率的級別上，采集完備的第一光譜光傳輸其中Tpq*=ΣkμkBk,]]>Bk為基矩陣；S8：對第一光譜光傳輸進行稀疏重建，以恢復完備的第二光譜光傳輸Tpq＝∑kκkBk；S9：根據所述雙向光譜光傳輸采集方程得到探測矩陣Ψ，其中Ψ＝∑klk(rk)T，l,r分別為光照與相機的空間加光譜的三維編碼。...

【技術特征摘要】
1.一種雙向光譜光傳輸采集探測方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：固定視角向目標場景投射空變的光照且固定采集視角設定雙向光譜反射場函數R，其中，雙向光譜反射場函數R＝R(xi,λi；xo,λo)，xi＝(xi,yi)為投影平面的空間坐標，xo＝(xo,yo)為成像平面的空間坐標，λi為入射光場的光譜、λo為出射光場的光譜；S2：根據雙向光譜反射場函數R得到出射光場重光照方程Lout(xo,λo)，其中，Lout(xo,λo)＝∫Ω∫ΓR(xi,λi；xo,λo)Lin(xi,λi)dμ1(xi)dμ2(λi)，Ω和Γ分別為幾何和光譜空間，μ1,μ2分別為空間Ω,Γ上的度量；S3：對出射光場重光照方程Lout(xo,λo)進行離散化得到雙向光譜光傳輸采集方程I＝TL，其中，I表示采集到的三維多光譜圖像，T表示六維的雙向光譜光傳輸矩陣，L表示三維的場景多光譜入射光照；S4：設定雙向光譜光傳輸矩陣(N×M)由四維空間光傳輸(Q×P)和二維光譜光傳輸(V×U)構成，其中，Q和P均代表二維空間緯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴瓊海，林星，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11