彩色影像色调重建的理论与实践

论文题目: 彩色影像色调重建的理论与实践

论文类型: 博士论文

论文专业: 摄影测量与遥感

作者: 李治江

导师: 张祖勋,张剑清

关键词: 色调重建,摄影测量,成像模型,多尺度,双边滤波器,质量评价

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着相关技术和理论的发展,摄影测量已经不仅仅是一个“量测”的问题,而是上升为一个“视觉”的问题。作为三维世界大部分信息的载体,影像的处理不仅需要在诸如特征信息提取,几何重建等方面进一步研究,还需要考虑如何获得与人的主观感知一致或接近的影像作为进一步处理的基础。不同的领域对此有不同的要求,例如计算机图形学领域试图根据场景的几何和物理信息通过绘制的手段获得逼真的视觉感受,是一个从三维到二维的过程,而计算机视觉领域则试图从二维影像获取三维场景的真实感知。同样,摄影测量领域中较为常见的应用也是一个从二维到三维世界映射的过程。在此过程中,除了传统的几何重建过程,对表面纹理结构,颜色表现和亮度分布等物理属性的重建也得到了越来越多的关注,以期能够在获得精确的几何模型同时能够尽量真实的表现其视觉效果。基于此,众多的研究从建立光照模型的角度出发进行讨论。但是,这些研究仅仅是反映了光线从光源经过传播介质和成像表面到达摄像机或人眼的过程,是一个物理描述。而对亮度和颜色的感觉却总受到心理和生理作用的影响。同时,建立物理模型需要对成像过程中的各个环节,如光源,传播介质,成像对象的表面反射率,摄像机的成像特性等诸多方面进行严格的描述。但是,相关的研究成果在现阶段还是难以有效的应用于真实场景,仅仅停留在实验阶段。所以,在利用物理模型难以较好地解决色调重建问题时,基于成像模型的计算方法则为此提供了一种可行的思路。在若干基本假定之下,基于成像模型的计算方法通过对人体视觉系统的模拟和对场景中光照基本成分的分离,可以有效的解决摄影测量应用中的若干颜色表现的重建问题。但是,基于成像模型的方法也存在一定的局限,首先在于此模型需要假定场景中的光照变化平缓,而且成像场景要满足“灰色世界”假定。其次在于大多数成像模型方法并没有考虑摄像机所感知的世界与人眼所感知的世界的差异。因此,结合实际应用,在传统的计算颜色恒常性方法基础之上对上述问题加以考虑,对摄影测量应用中的各种应用实现有效的颜色和亮度表现的重建就是本文的目的。 人体视觉系统对一幅影像的整体认知有两个重要的体现:影像的亮度分布和主色调,这里的亮度分布包括空间分布和统计分布,前者用来描述成像场景中光照的空间分布,后者用来描述成像场景中光照的动态范围。主色调则是指成像场景中受环境和光源色度影响而形成的影像整体颜色表现。在摄影测量领域,不同尺度的成像系统受到不同程度的大气,光源,摄像机,几何方位等方面的影响,容易导致成像结果出现亮度空间分布不均衡,统计分布没有充分匹配成像设备的动态范围以及整体偏色和相邻影像主色调差异明显等现象。由于上述不同尺度的摄影测量应用中出现的相关问题在描述、要求和解决方法上存在共性,都可以归纳为亮度信息的分布和颜色表现的重建问题,因此本文中将其统称为色调重建。 成像尺度和获取方式的不同,色调重建的具体目的也有所不同。针对遥感影像和航空影像,主要考虑的是亮度和颜色空间分布的均匀程度,以及相邻影像间的颜色匹配。这一要求常见于摄影测量应用中的匀光和镶嵌。从直接反映这一需要的角度出发,首先给出了一种简单,直接,计算效率

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 摄影测量与遥感技术的发展

1.1.2 其他领域的相关技术发展

1.2 国内外相关研究现状

1.2.1 光照模型的发展与现状

1.2.2 基于成像模型的研究方法

1.2.3 其他方法

1.3 本文的研究目标和主要内容

1.4 本文的结构安排

第二章 基于成像模型的色调重建

2.1 户外成像的影响因素

2.1.1 入射日光的颜色

2.1.2 成像几何条件

2.1.3 表面反射特性

2.1.4 摄像机特性

2.2 成像模型的视觉理论依据

2.2.1 颜色视觉理论的发展

2.2.2 视网膜皮层理论及其计算方法

2.3 基于成像模型的色调重建

2.4 本章小结

第三章 遥感、航空影像的色调重建

3.1 遥感、航空影像匀光的技术现状

3.2 基于自适应模板的匀光

3.3 基于成像模型的多尺度匀光

3.3.1 基于高斯滤波器的成像模型方法

3.3.2 尺度空间的引入

3.3.3 多尺度成像模型方法

3.4 彩色信息的处理

3.4.1 单张彩色影像的处理

3.4.2 相邻影像的颜色匹配

3.5 本章小结

第四章 近景影像色调重建

4.1 近景影像的色调重建模型

4.1.1 主要问题

4.1.2 解决方法

4.2 整体色偏判断与纠正

4.2.1 对角模型与“灰色世界”假定

4.2.2 整体色偏判断的方法

4.2.3 整体色偏纠正的方法

4.3 反射率分量与照度分量分离

4.3.1 边缘保持低通滤波器

4.3.2 基于双边滤波器的反射率分量和照度分量分离

4.4 反射率分量重建

4.4.1 阴影的分类及其处理方法

4.4.2 反射率分量中阴影边缘的抑制

4.4.3 反射率分量重建

4.5 照度分量重建

4.6 重建结果合成

4.7 本章小结

第五章 高动态范围影像的色调重建

5.1 动态范围压缩的背景和现状

5.1.1 问题的提出

5.1.2 动态范围压缩的研究现状

5.2 基于双边滤波器的多尺度动态范围压缩方法

5.2.1 多尺度方法的发展

5.2.2 多尺度双边滤波方法

5.3 动态范围压缩的实现

5.4 本章小结

第六章 彩色影像色调重建的质量评价

6.1 图像质量评价的主要方法

6.1.1 图像质量评价的主观方法

6.1.2 图像质量评价的客观方法

6.2 色调重建的影像质量评价

6.2.1 遥感／航空影像色调重建的质量评价

6.2.2 近景影像色调重建的质量评价

6.2.3 高动态范围影像压缩的质量评价

6.3 本章小结

第七章 实验及分析

7.1 彩色航空／遥感影像的匀光及镶嵌

7.1.1 单幅影像匀光

7.1.2 序列影像的匀光和主色调匹配

7.1.3 正射影像镶嵌

7.1.4 其他应用

7.2 近景影像色调重建

7.3 高动态范围影像的动态范围压缩

第八章 总结与展望

8.1 本文的主要内容与创新之处

8.2 进一步的工作与展望

附录：RGB与Lab色度坐标转换

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和科研情况

后记

发布时间: 2006-03-27

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