贾云得 机器视觉 第09章 明暗分析

石鑫华视觉

第九章 明暗分析

    本章将介绍光在物体表面的反射物理特性以及利用反射特性估计表面形状的方法，即光度立体法（Photometric Stereo）．在讨论光度立体法及从明暗恢复形状(Shape from Shading)之前，我们将首先介绍成象物理学，即场景中各点的光强度在图象平面上的映射过程（通常将这一过程称为成像）．本章将按照[Horn 1986]所做的开创性工作对有关的理论和算法展开讨论．

9．1 图象辐照度

    我们知道，通过投影原理可以确定场景中的点在图象平面中的位置，但并不能确定该点的图象强度．图象强度可用本节将要介绍的成象物理学来确定，其中用于描述图象强度的一个术语是图象辐照度（Irradiance）．由于强度、亮度或灰度等术语使用的十分普遍，因此本书通篇将这些术语视为图象辐照度的同义词．

    图象平面中一点的图象辐照度是指图象平面点单位面积接收的辐射（radiance）功率。辐射为输出能量，辐照为输入能量．对图像来说，图像的辐照源对应景物对光源的反射，即场景的辐射。也就是说，图象平面上一点的辐照度E（x'，y')对应于图象点到场景点方向的场景辐射能量L(x,y,z)：

E（x'，y')=L(x,y,z)                                          (9．1)

场景点

(x,y,z)

位于从投影中心到图象点

（x'，y')

的射线上．为了找到图象的辐照源，我们必须沿这条射线返回到发射射线的表面片上，并且弄清楚场景照明光是如何被表面片反射的．

    决定场景表面片辐射的因素有两个：一个是投在场景表面片上的照明，另一个是表面片反射的入射照明部分．

　　投在某一特定表面片上的照明量取决于该表面片在场景中相对于光源的分布位置．在某一特定方向上被表面片反射的入射照明部分取决于表面材料的光学特性．

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