基於Kansa建模的單幅彩色圖像陰影去除方法研究

《基於Kansa建模的單幅彩色圖像陰影去除方法研究》是依託天津大學，由王建擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於Kansa建模的單幅彩色圖像陰影去除方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王建
• 依託單位：天津大學

項目摘要

彩色圖像陰影檢測與去除是當前機器視覺研究領域的一個難點問題。已有的研究主要集中在運動對象和遙感圖像的陰影檢測與去除方面，針對單幅彩色圖像陰影檢測與去除的研究近十年間才開始，尚處在起步階段。目前有三種陰影檢測與去除技術：基於物理模型、基於圖像提取和基於特徵的技術。基於物理模型的技術只適用於特定領域。基於圖像提取的技術需要人工干預。基於特徵的技術通用性強，是當前的研究重點。.現有陰影檢測方法沒有充分考慮陰影強度不同和陰影背景複雜兩種情況的影響，導致陰影區域檢測不準確。現有陰影去除方法都是通過對整個陰影區域的光照條件進行整體估計來確定相關參數，缺乏理論依據，處理後的陰影區域模糊，陰影邊界不夠平滑。Kansa算法是一種求解偏微分方程的經典數值方法。本課題將研究並提出一套基於Kansa建模的單幅彩色圖像陰影去除的理論和方法。新方法能夠克服現有方法的不足，從理論上豐富和促進彩色圖像陰影去除技術的發展

結題摘要

陰影是由於前景物體遮擋光源所產生的一種光學現象。特別當物體遮擋住光源而在其它物體上產生的陰影稱為投影。投影可分為本影和半影。本影指光源被非透明物體阻擋後，在其他物體上所投射出來完全被遮蔽的區域。半影區域對應著陰影區域中光源只被部分遮蔽的區域。半影一般位於在本影和亮區域之間的過渡區域。陰影是影響計算機視覺算法性能的主要因素之一。陰影去除是計算機視覺任務的重要預處理步驟。 本項目主要研究彩色圖像陰影去除。研究內容包括三部分：滿足紋理一致性約束的陰影去除、基於強度表面建模的陰影去除和基於閃光燈/非閃光燈圖像對的閃光燈陰影去除。 在分析了光照不變理論的不足基礎上，提出了一種改進的紋理保持陰影去除方法，主要改進之處有兩點：（1）使用S形曲線估計半影區域的光照變化，並通過相應的反變換來消除半影的影響；（2）對於本影區域，採取一種我們提出的彩色校正方法，使得本影和對應的亮區域的統計特性保持一致。實驗結果表明，與已有方法相比，處理後的圖像很好地保持了本影、半影和亮區域的紋理特徵一致性。 提出了一種基於灰度表面建模的陰影去除方法。首先藉助彩色圖像分解技術，將原始彩色圖像在RGB空間分解成簡單圖和紋理圖，並在保護邊緣的前提下，對簡單圖進行去噪和平滑處理。接下來，在原始的基於Kansa三維模型基礎上，提出了一種圖像建模方法。通過對無陰影區域的灰度表面進行建模，估計陰影區域原始的灰度值。最後，藉助灰度補償技術實現陰影去除。實驗結果驗證了該方法對自然場景圖像的有效性。 使用閃光燈拍攝照片時容易產生閃光燈陰影。它的存在對圖像質量造成不良影響。本項目在國內首次開展了對閃光燈陰影去除的研究。提出了一套基於閃光燈/非閃光燈圖像對的閃光燈陰影去除方案。預處理步驟主要包括去噪和圖像配準。使用Canny運算元提取兩幅圖像的邊緣點。通過對比邊緣點和強度的變化，檢測閃光燈陰影邊緣點。使用根據邊緣點兩側區域的紋理特徵，使用K均值分類器對陰影區域進行劃分。根據高斯亮度剖面模型恢復各顏色通道的強度值。實驗結果證明，使用所提方法可以有效檢測和去除各種強度的閃光燈陰影。 綜上所述，本項目所提的各種陰影去除方法克服現有方法的不足，從理論上豐富和促進彩色圖像陰影去除技術的發展。