CN101635053A - 多光源颜色强度一致性标定方法 - Google Patents

Abstract

多光源颜色强度一致性标定的方法，步骤如下：(1)拍摄各个光源下的白板的图像，进行单光源的强度分布均匀性标定，消除光强沿光轴方向逐渐减弱的影响；(2)拍摄各个光源下的标准色卡的图像，进行多光源之间的颜色与强度标定，消除各光源的颜色与强度差异所产生的影响。本方法实现简单灵活，计算过程鲁棒，适合各种多光源系统的标定。

Description

多光源颜色强度一致性标定方法

技术领域

本发明属于计算机虚拟现实和计算机图形图像学技术领域，具体地说是利用相机拍摄的图像对多光源的颜色与强度进行标定，用于相机与光源组成的数据采集系统。

背景技术

计算机虚拟现实与计算机图形图像学技术中，有很多涉及到利用多个光源与相机等设备进行数据的采集，需要对光源进行标定，消除各光源的颜色以及光强的差异影响，因此实现一种简单、灵活、鲁棒的多光源颜色强度一致性标定方法就显得十分必要。

文献1-T.Weyrich，M.Wojciech，P.Hanspeter et al.，“Analysis of human facesusing a measurement-based skin reflectance model，”ACM Trans.Graph.，vol.25，no.3，pp.1013-1024，2006.中使用了一个二次多项式对光强沿光轴的衰减进行了拟合，并对每一个光源使用一个仿射变化矩阵加一个偏移向量校正各光源颜色与强度差异。该方法虽然过程比较鲁棒，但计算过程比较复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种鲁棒的光源方向标定方法。

本发明采用的技术方案：多光源颜色强度一致性标定方法，其特点在于步骤如下：

(1)拍摄各个光源下的多张白板的图像，进行平均和模糊处理后，用来进行单光源的强度分布均匀性标定；

(2)拍摄各个光源下的标准色卡的图像，得到图像上标准色卡上每个色块的平均像素值，用来进行多光源之间的颜色与强度标定；

所述的步骤(1)中多张白板的平均和模糊的方法为：拍摄三张左右各个光源下白板图片，计算得到平均图像，从而消除交流电对光源强度的随机影响；对平均图像再使用高斯核进行模糊处理，用来消除白板上的高频噪声的影响。

所述的步骤(1)中单光源的强度分布均匀性标定的方法为：计算处理后的白板图像的中央区域的平均像素值，保存下白板图像上每个像素与该平均值的比率；对于其他在该光源拍摄的图像，每个像素乘以对应的比率来进行分布均匀性标定。

所述的步骤(2)中得到图像上标准色卡上每个色块的平均像素值的方法为：拍摄各个光源下标准色卡图片，粗略指定各色块中心点与半径，计算中心点附近小块区域的平均像素值，如果半径范围内的像素值与该平均值的差别大于一定阈值，则认为该像素超出了色块区域，不参与该色块的平均值计算。

所述的步骤(2)中多光源之间的颜色与强度标定的方法为：由于已知标准色板中各色块的真实颜色，以及各光源的入射角度，可以计算出理论图像各个色块的颜色值。因此根据图像上色块区域计算出平均像素值，可以计算出每个通道一个比率，将真实颜色值校正到理论计算值。所有色块可以构造一个线性系统，利用最小二乘方法求解出各通道的校正因子。对于其他在该光源拍摄的图像，各通道乘以对应的校正因子来进行颜色与强度标定，各通道之间校正因子的比率关系校正光源的颜色偏差，校正因子的大小校正多光源的强度差异。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)使用设备简单。本方法对光源与相机没有特别的要求，只需要一个标准色板作为标定工具，十分易于实现。

(2)实现过程简便。在完成光源方向标定的基础上，只需要利用相机对标准色板进行拍摄，在图像上对多光源颜色与强度进行计算，因此拍摄过程与计算过程都十分简便。

(3)计算结果准确。使用最小二乘方法对各色块列出的线性矩阵进行求解，可以得到误差最小情况下的结果。

具体实施方式

本发明的具体步骤如下：

1、单光源的强度分布均匀性标定

为了使标定结果的鲁棒性更好，我们需要做预处理去除一些误差影响。首先对光源下的白板图像拍摄3至4张，计算出平均图像，这样是为了去除掉光源的交流电在不同时刻的光强变化的影响；然后对平均图像利用5×5的高斯核进行模糊，这样用来消除白板上的一些细小的噪声影响。

计算第i个光源的白板图像中央区域的平均像素值C_avg ⁱ，对于第i个光源方向采集的数据I_o ⁱ，使用对应的白板图片I_b ⁱ进行校正的结果Iⁱ为：

$I^i(x,y)=I_o^i(x,y)\frac{c_{\mathrm{avg}}^i}{I_b^i(x,y)}$

其中(x，y)是像素坐标。

2、多光源之间的颜色与强度标定。

步骤(1)的结果校正了各光源的分布不均匀的问题，在此基础上还需要对多光源之间的颜色与强度进行校正。

拍摄各个光源下标准色卡图片，粗略指定各色块中心点与半径，计算中心点附近小块区域的平均像素值，如果半径范围内的像素值与该平均值的差别大于一定阈值，则认为该像素超出了色块区域，不参与该色块的平均值计算。

已知第i个光源的方向lⁱ、Color checker的法向n与第k个色块的真实颜色向量C_k，可以由下面的公式计算出第i个光源在RGB三个通道上的校正因子向量Rⁱ。

$I_k^i\·R^i=(n\·l^i)C_k$ (k＝1...24)

其中I_k ⁱ为第i个光源下拍摄的Color checker图像上第k个颜色块的平均像素向量，这样就得到一个线性方程组，利用最小二乘方法求解出校正因子。对于其他在该光源拍摄的图像，各通道乘以对应的校正因子来进行颜色与强度标定，各通道之间校正因子的比率关系校正光源的颜色偏差，校正因子向量的大小校正多光源之间的强度差异。

Claims (5)

1、多光源颜色强度一致性标定方法，其特征在于步骤如下：

(1)拍摄各个光源下的多张白板的图像，进行平均和模糊处理后，用来进行单光源的强度分布均匀性标定；

(2)拍摄各个光源下的标准色卡的图像，得到图像上标准色卡上每个色块的平均像素值，用来对步骤(1)的结果进行多光源之间的颜色与强度标定。

2、根据权利要求1所述多光源颜色强度一致性标定方法，其特征在于：所述的步骤(1)中对多张白板的图像进行平均和模糊处理的方法为：在各个光源下分别拍摄三张白板图像，计算得到各个相应光源下的平均图像的像素值，从而消除交流电对光源强度的随机影响；对平均图像再使用高斯核进行模糊处理，用来消除白板上的高频噪声的影响。

3、根据权利要求1所述多光源颜色强度一致性标定方法，其特征在于：所述的步骤(1)中单光源的强度分布均匀性标定的方法为：计算处理后的白板图像的中央区域的平均像素值，保存白板图像上每个像素与该平均值的比率；对于其他在该光源下拍摄的图像，每个像素乘以对应的比率来进行分布均匀性标定。

4、根据权利要求1所述多光源颜色强度一致性标定方法，其特征在于：所述的步骤(2)中得到图像上标准色卡上每个色块的平均像素值的方法为：分别拍摄在各个光源下标准色卡图片，指定各色块中心点与半径，计算中心点附近小块区域的平均像素值，如果半径范围内的像素值与该平均值的差别大于一定阈值，则认为该像素超出了色块区域，不参与该色块的平均值计算。

5、根据权利要求1所述多光源颜色强度一致性标定方法，其特征在于：所述的步骤(2)中多光源之间的颜色与强度标定的方法为：由于已知标准色板中各色块的真实颜色，以及各光源的入射角度，可以计算出理论图像各个色块的颜色值，因此根据图像上色块区域计算出平均像素值，可以计算出每个通道一个比率，将真实颜色值校正到理论计算值；所有色块可以构造一个线性系统，利用最小二乘方法求解出各通道的校正因子；对于其他在该光源拍摄的图像，各通道乘以对应的校正因子来进行颜色与强度标定，各通道之间校正因子的比率关系校正光源的颜色偏差，校正因子的大小校正多光源的强度差异。