CN113470154A - 图像处理方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

图像处理方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN113470154A CN202110874074.8A CN202110874074A CN113470154A CN 113470154 A CN113470154 A CN 113470154A CN 202110874074 A CN202110874074 A CN 202110874074A CN 113470154 A CN113470154 A CN 113470154A
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Abstract

本公开关于一种图像处理方法、装置、电子设备及存储介质，包括：获取待渲染对象的第一变换矩阵、第二变换矩阵，及光场图像显示模型；光场模型由多张光场图像构成；根据第一变换矩阵以及第二变换矩阵，确定出光场模型的摄影点坐标；光场模型的摄影点坐标用于从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；根据摄影点坐标，得到光场图像显示模型的目标变换矩阵；将目标光场图像作为纹理元素加载至光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过目标变换矩阵将目标光场图像显示模型变换至相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对待渲染对象进行渲染。本方法能够替代三维模型对图像进行渲染，提高了图像处理效果。

Description

图像处理方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本公开涉及计算机视觉技术，尤其涉及一种图像处理方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
传统的增强现实技术实现过程中，叠加在真实照片之上的图像往往是通过三维模型的实时渲染得到的；在这个过程中，虚拟物体的三维形状数据是不可或缺的。
然而，受限于算力及建模的成本，在对图像进行处理时往往存在高度抽象，使得大量细微结构难以通过三维模型网格进行完善的描述；即三维模型对图像进行渲染过程中会丢失大量细节，导致图像处理效果较差。因此，还需要一种能够替代三维模型对图像进行渲染的方式，以提高图像处理效果。
发明内容
本公开提供一种图像处理方法、装置、电子设备及存储介质，以至少解决相关技术中图像处理效果较差的问题。本公开的技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种图像处理方法，包括：
获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、所述待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；所述第一变换矩阵为所述待渲染对象的坐标系相对于所述相机坐标系的转换关系，所述第二变换矩阵为所述光场模型的坐标系相对于所述待渲染对象的坐标系的转换关系；所述光场模型由多张光场图像构成；所述光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；
根据所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵，确定出所述光场模型的摄影点坐标；所述光场模型的摄影点坐标用于确定出所述光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；
根据所述摄影点坐标，将所述光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，得到所述光场图像显示模型从所述光场模型的坐标系转换至所述相机坐标系的目标变换矩阵；
将所述目标光场图像作为纹理元素加载至所述光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过所述目标变换矩阵将所述目标光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对所述待渲染对象进行渲染。
在一示例性实施例中，所述根据所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵，确定出所述光场模型的摄影点坐标，包括：
将所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵相乘，得到所述光场模型在所述相机坐标下的第三变换矩阵；
分解所述第三变换矩阵，得到所述光场模型在所述相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵；
根据所述位置向量以及所述旋转矩阵，得到所述光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，在分解所述第三变换矩阵，得到所述光场模型在所述相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵之后，所述方法还包括：
获取所述旋转矩阵的三个列矩阵作为列向量；
将所述列向量进行归一化处理，得到所述旋转矩阵在所述相机坐标系下的坐标轴方向；所述坐标轴方向用于获取所述光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，所述根据所述位置向量以及所述旋转矩阵，得到所述光场模型的摄影点坐标，包括：
获取观察者方向在所述坐标轴方向上的投影长度及投影向量；所述观察者方向为从所述光场模型的位置到相机的方向；
根据所述投影长度及所述投影向量，通过反三角函数计算得到所述观察者方向与光场模型的球面坐标系的交点坐标，将所述交点坐标作为所述光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，所述获取观察者方向在所述坐标轴方向上的投影长度及投影向量，包括：
获取所述观察者方向在Y轴方向的第一投影长度，根据所述第一投影长度确定在所述Y轴方向的第一投影向量；
将所述观察者方向减去所述第一投影向量，得到所述观察者方向在ZX平面的第二投影向量；
获取所述第二投影向量与Z轴方向的单位向量的点积，得到所述观察者方向偏离所述Z轴方向的角度的余弦值，将所述余弦值作为所述观察者方向在所述Z轴方向的第二投影长度；获取所述第二投影向量与X轴方向的单位向量的点积，得到所述观察者方向偏离所述Z轴方向的角度的正弦值，将所述正弦值作为所述观察者方向在所述X轴方向的第三投影长度。
在一示例性实施例中，所述根据所述摄影点坐标，将所述光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，得到所述光场图像显示模型从所述光场模型的坐标系转换至所述相机坐标系的目标变换矩阵，包括：
获取所述光场图像显示模型变换至所述摄影点坐标的目标旋转矩阵；
将所述目标旋转矩阵以及所述第三变换矩阵相乘，得到所述光场图像显示模型在所述相机坐标系下的目标变换矩阵。
在一示例性实施例中，所述获取所述光场图像显示模型变换至所述摄影点坐标的目标旋转矩阵，包括：
获取所述旋转矩阵在纬度方向的第一旋转矩阵，及在经度方向的第二旋转矩阵；
将所述第一旋转矩阵及第二旋转矩阵相乘，得到所述光场图像显示模型的目标旋转矩阵。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种图像处理装置，包括：
数据获取单元，被配置为执行获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、所述待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；所述第一变换矩阵为所述待渲染对象的坐标系相对于所述相机坐标系的转换关系，所述第二变换矩阵为所述光场模型的坐标系相对于所述待渲染对象的坐标系的转换关系；所述光场模型由多张光场图像构成；所述光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；
坐标确定单元，被配置为执行根据所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵，确定出所述光场模型的摄影点坐标；所述光场模型的摄影点坐标用于确定出所述光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；
坐标变换单元，被配置为执行根据所述摄影点坐标，将所述光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，得到所述光场图像显示模型从所述光场模型的坐标系转换至所述相机坐标系的目标变换矩阵；
图像渲染单元，被配置为执行将所述目标光场图像作为纹理元素加载至所述光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过所述目标变换矩阵将所述目标光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对所述待渲染对象进行渲染。
在一示例性实施例中，所述坐标确定单元，还被配置为执行将所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵相乘，得到所述光场模型在所述相机坐标下的第三变换矩阵；分解所述第三变换矩阵，得到所述光场模型在所述相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵；根据所述位置向量以及所述旋转矩阵，得到所述光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，所述坐标确定单元，还被配置为执行获取所述旋转矩阵的三个列矩阵作为列向量；将所述列向量进行归一化处理，得到所述旋转矩阵在所述相机坐标系下的坐标轴方向；所述坐标轴方向用于获取所述光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，所述坐标确定单元，还被配置为执行获取观察者方向在所述坐标轴方向上的投影长度及投影向量；所述观察者方向为从所述光场模型的位置到相机的方向；根据所述投影长度及所述投影向量，通过反三角函数计算得到所述观察者方向与光场模型的球面坐标系的交点坐标，将所述交点坐标作为所述光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，所述坐标确定单元，还被配置为执行获取所述观察者方向在Y轴方向的第一投影长度，根据所述第一投影长度确定在所述Y轴方向的第一投影向量；将所述观察者方向减去所述第一投影向量，得到所述观察者方向在ZX平面的第二投影向量；获取所述第二投影向量与Z轴方向的单位向量的点积，得到所述观察者方向偏离所述Z轴方向的角度的余弦值，将所述余弦值作为所述观察者方向在所述Z轴方向的第二投影长度；获取所述第二投影向量与X轴方向的单位向量的点积，得到所述观察者方向偏离所述Z轴方向的角度的正弦值，将所述正弦值作为所述观察者方向在所述X轴方向的第三投影长度。
在一示例性实施例中，所述坐标变换单元，还被配置为执行获取所述光场图像显示模型变换至所述摄影点坐标的目标旋转矩阵；将所述目标旋转矩阵以及所述第三变换矩阵相乘，得到所述光场图像显示模型在所述相机坐标系下的目标变换矩阵。
在一示例性实施例中，所述坐标变换单元，还被配置为执行获取所述旋转矩阵在纬度方向的第一旋转矩阵，及在经度方向的第二旋转矩阵；将所述第一旋转矩阵及第二旋转矩阵相乘，得到所述光场图像显示模型的目标旋转矩阵。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如第一方面的任一项实施例中所述的图像处理方法。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，包括：当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行第一方面的任一项实施例中所述的图像处理方法。
根据本公开实施例的第五方面，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中包括指令，其特征在于，所述指令被服务器的处理器执行时，使得所述服务器能够执行第一方面的任一项实施例中所述的图像处理方法。
本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
首先获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；第一变换矩阵为待渲染对象的坐标系相对于相机坐标系的转换关系，第二变换矩阵为光场模型的坐标系相对于待渲染对象的坐标系的转换关系；光场模型由多张光场图像构成；光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；然后根据第一变换矩阵以及第二变换矩阵，确定出光场模型的摄影点坐标；光场模型的摄影点坐标用于确定出光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；其次根据摄影点坐标，将光场图像显示模型变换至相机坐标系，得到光场图像显示模型从光场模型的坐标系转换至相机坐标系的目标变换矩阵；最后将目标光场图像作为纹理元素加载至光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过目标变换矩阵将目标光场图像显示模型变换至相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对待渲染对象进行渲染。本公开利用摄影点坐标与目标变换矩阵，使得光场模型与待渲染对象之间进行配准，让光场模型能够跟随待渲染对象进行变化，实现了对三维模型的替代；同时光场模型能够利用光线信息对细微结构进行充分描述，以此进行图像渲染处理，提高了图像处理效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
图1是根据一示例性实施例示出的一种图像处理方法的应用环境图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种图像处理方法的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的确定出光场模型的摄影点坐标的步骤的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的得到光场模型的摄影点坐标的步骤的流程图。
图5是根据一示例性实施例示出的得到摄影点的球面坐标的步骤的流程图。
图6是根据一示例性实施例示出的得到光场窗口模型在相机坐标系下的目标变换矩阵的步骤的流程图。
图7是根据一示例性实施例示出的获取光场窗口模型变换至摄影点坐标的目标旋转矩阵的步骤的流程图。
图8是根据一示例性实施例示出的另一种图像处理方法的流程图。
图9是根据一示例性实施例示出的一种图像处理装置的框图。
图10是根据一示例性实施例示出的一种服务器的框图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开所提供的图像处理方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端110通过网络与服务器120进行交互，服务器120响应于终端110的图像处理请求，根据图像处理请求获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；第一变换矩阵为待渲染对象的坐标系相对于相机坐标系的转换关系，第二变换矩阵为光场模型的坐标系相对于待渲染对象的坐标系的转换关系；光场模型由多张光场图像构成；光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；服务器120根据第一变换矩阵以及第二变换矩阵，确定出光场模型的摄影点坐标；光场模型的摄影点坐标用于确定出光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；服务器120根据摄影点坐标，将光场图像显示模型变换至相机坐标系，得到光场图像显示模型从光场模型的坐标系转换至相机坐标系的目标变换矩阵；服务器120将目标光场图像作为纹理元素加载至光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过目标变换矩阵将目标光场图像显示模型变换至相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对待渲染对象进行渲染。
其中，终端110可以是但不限于各种智能手机、平板电脑、笔记本电脑或穿戴式设备等，服务器120可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
图2是根据一示例性实施例示出的一种图像处理方法的流程图，如图2所示，图像处理方法用于服务器中，包括以下步骤。
在步骤S210中，获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；第一变换矩阵为待渲染对象的坐标系相对于相机坐标系的转换关系，第二变换矩阵为光场模型的坐标系相对于待渲染对象的坐标系的转换关系；光场模型由多张光场图像构成；光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像。
其中，光场图像显示模型是一种网格模型，其原点落在自身坐标系旋转点上，光场图像显示模型为自身坐标系中由X轴与Y轴之间构成平面上的矩形；光场图像显示模型的宽高比与光场模型中图像的宽高比一致，因此光场图像显示模型的大小反映了光场模型相对于待渲染对象的大小；通过光场图像显示模型，可以使得任意大小的光场图像渲染至待渲染对象。
待渲染对象是指待进行光场重建的目标，待渲染对象可以是人体上的任意部位，例如面部、躯干部、四肢部等；还可以是其他种类，例如动物的身体部位或者存在形状的物体。第一变换矩阵是指待渲染对象的姿态变换齐次矩阵，表示待渲染对象的坐标系相对于相机坐标系的转换关系；第二变换矩阵是光场模型的相对变换齐次矩阵，此矩阵在待渲染对象的坐标系下，第二变换矩阵的平移分量为光场模型的旋转中心在待渲染对象的坐标系下的位置；第二变换矩阵表示光场模型的坐标系相对于待渲染对象的坐标系的转换关系。光场模型是由一组角度不同的图像组成的，能够根据姿态变换选择不同的图像进行显示，以完成渲染。
举例说明，当待渲染对象是面部模型时，第一变换矩阵可采用4x4的姿态变换齐次矩阵，也可以采用其他姿态变换齐次矩阵；第一变换矩阵在相机坐标系下，该相机坐标系中，相机位于原点，+X轴指向左边，+Y轴指向上边，+Z轴指向屏幕外。
在步骤S220中，根据第一变换矩阵以及第二变换矩阵，确定出光场模型的摄影点坐标；光场模型的摄影点坐标用于确定出光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像。
其中，摄影点坐标为球面坐标系坐标；摄影点坐标在经过线性变换后，能够表示光场模型被观察时的角度，因此通过摄影点坐标能够从光场模型中选取出进行渲染的光场图像。光场图像作为纹理元素贴附于光场图像显示模型，可对待渲染对象进行图像渲染的处理。
具体地，服务器通过第一变换矩阵以及第二变换矩阵之间进行叠加，可以将光场模型变换至相机坐标系下，得到光场模型在相机坐标系下的位置，以及光场模型的坐标轴方向；依据光场模型在相机坐标系下的位置，以及坐标轴方向确定出观察者方向在各个坐标轴上的投影向量，利用投影向量等于观察者方向偏离坐标轴正方向的角度的三角函数值的特点，通过反三角函数运算，得到光场模型的在球面坐标系下的坐标，作为摄影点坐标。
在摄影点坐标在与光场模型合成光场图像之前，还需要对摄影点坐标进行线性变换；经线性变换后的摄影点坐标能够与光场模型合成光场图像，光场图像作为纹理元素贴附在光场图像显示模型上。
在步骤S230中，根据摄影点坐标，将光场图像显示模型变换至相机坐标系，得到光场图像显示模型从光场模型的坐标系转换至相机坐标系的目标变换矩阵。
具体地，目标变换矩阵是使得光场模型变换至相机坐标系的变换矩阵。光场图像显示模型预先定义在光场模型局部坐标系下；服务器为将光场图像显示模型变换至相机坐标系下，需先将光场图像显示模型从光场模型局部坐标系旋转至摄影点处；其中，摄影点坐标的坐标值，用于确定将光场图像显示模型旋转至摄影点时，在经度方向以及纬度方向的旋转矩阵；将两个方向的旋转矩阵进行叠加即得到光场图像显示模型旋转至摄影点的旋转矩阵。再将光场图像显示模型从摄影点变换至相机坐标系下，以此得到光场图像显示模型在相机坐标系下的变换矩阵作为目标变换矩阵。
在步骤S240中，将目标光场图像作为纹理元素加载至光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过目标变换矩阵将目标光场图像显示模型变换至相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对待渲染对象进行渲染。
具体地，服务器得到光场图像显示模型的目标变换矩阵后，能够根据待渲染对象与光场模型进行实时配准；使得光场模型能够正确匹配待渲染对象，跟随待渲染对象的姿态变换进行同步变换；同时光场图像显示模型显示的光场图像对待渲染对象进行实时渲染。
上述图像处理方法中，首先获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；第一变换矩阵为待渲染对象的坐标系相对于相机坐标系的转换关系，第二变换矩阵为光场模型的坐标系相对于待渲染对象的坐标系的转换关系；光场模型由多张光场图像构成；光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；然后根据第一变换矩阵以及第二变换矩阵，确定出光场模型的摄影点坐标；光场模型的摄影点坐标用于确定出光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；其次根据摄影点坐标，将光场图像显示模型变换至相机坐标系，得到光场图像显示模型从光场模型的坐标系转换至相机坐标系的目标变换矩阵；最后将目标光场图像作为纹理元素加载至光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过目标变换矩阵将目标光场图像显示模型变换至相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对待渲染对象进行渲染。本公开利用摄影点坐标与目标变换矩阵，使得光场模型与待渲染对象之间进行配准，让光场模型能够跟随待渲染对象进行变化，实现了对三维模型的替代；同时光场模型能够利用光线信息对细微结构进行充分描述，以此进行图像渲染处理，提高了图像处理效果。
在一示例性实施例中，如图3所示，在步骤S220中，根据第一变换矩阵以及第二变换矩阵，确定出光场模型的摄影点坐标，具体可以通过以下步骤实现：
在步骤S221中，将第一变换矩阵以及第二变换矩阵相乘，得到光场模型在相机坐标下的第三变换矩阵。
具体地，第一变化矩阵与第二变换矩阵均为矩阵形式，可以通过获取第一变化矩阵与第二变换矩阵的矩阵乘积结果，实现第一变换矩阵以及第二变换矩阵的叠加，作为光场模型在相机坐标下的第三变换矩阵。
第三变化矩阵M可以通过以下方式获得：
M＝M1×M2；
其中，M1表示第一变换矩阵，M2表示第二变换矩阵，M1和M2都是相似变换，即第一变换矩阵及第二变换矩阵仅包含平移、旋转和一致放缩变换；M表示第三变换矩阵。
在步骤S222中，分解第三变换矩阵，得到光场模型在相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵。
具体地，通过对第三变换矩阵进行矩阵分解，可以得到三维的位置向量以及旋转矩阵；位置向量表示光场模型在相机坐标系下的位置；旋转矩阵表示光场模型在相机坐标系下变换的姿态。
光场模型在相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵可以通过以下方式获得：
P,R＝decompose(M)；
其中，decompose表示对变换矩阵进行矩阵分解的操作；P表示光场模型在相机坐标系下的位置向量，R表示3×3旋转矩阵。
在步骤S223中，根据位置向量以及旋转矩阵，得到光场模型的摄影点坐标。
具体地，已知位置向量表示光场模型在相机坐标系下的位置，由此根据位置向量可以计算出相对的观察者方向；旋转矩阵的各列可以通过归一化处理后得到各个坐标轴方向；根据观察者方向与各个坐标轴方向上投影向量与投影长度的函数关系，可以确定出光场模型的摄影点坐标。
本公开实施例提供的技术方案，将光场模型在相机坐标下的第三变换矩阵分解得到位置向量以及旋转矩阵，利用函数关系可以进一步通过位置向量以及旋转矩阵得到光场模型的摄影点坐标，实现了摄影点坐标的快速确定，同时所需的计算步骤较少，数据量小，便于计算机设备进行高效运算。
在一示例性实施例中，在步骤S222中，在分解第三变换矩阵，得到光场模型在相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵之后，还包括：获取旋转矩阵的三个列矩阵作为列向量；将列向量进行归一化处理，得到旋转矩阵在相机坐标系下的坐标轴方向；坐标轴方向用于获取光场模型的摄影点坐标。
具体地，旋转矩阵的每一列分别为光场模型局部坐标系的坐标轴在相机坐标系下的向量，通过对各个坐标轴进行归一化处理能够得到各个坐标轴的方向。
结构为3×3的旋转矩阵R在相机坐标系下的坐标轴方向可以通过以下方式获得：
X＝normalize(R_:0)；
Y＝normalize(R_:1)；
Z＝normalize(R_:2)；
其中，X，Y，Z分别为旋转矩阵在相机坐标系下的坐标轴方向，normalize为对向量进行向量归一化处理的操作，R_表示旋转矩阵的各个列，0，1，2分别表示列数。
本公开实施例提供的技术方案，通过对旋转矩阵进行归一化处理，得到旋转矩阵在相机坐标系下的坐标轴方向，便于后续确定光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，如图4所示，在步骤S223中，根据位置向量以及旋转矩阵，得到光场模型的摄影点坐标，包括：
在步骤S241中，获取观察者方向在坐标轴方向上的投影长度及投影向量；观察者方向为从光场模型的位置到相机的方向。
具体地，观察者方向可以取从光场模型位置到相机方向的单位向量，即：
D＝normalize(-P)；
其中，D表示观察者方向，normallze表示向量归一化处理的操作，P表示光场模型在相机坐标系下的位置向量。
在步骤S242中，根据投影长度及投影向量，通过反三角函数计算得到观察者方向与光场模型的球面坐标系的交点坐标，将交点坐标作为光场模型的摄影点坐标。
具体地，在三维坐标轴下，可以通过观察者方向在一个坐标轴上的投影长度和投影向量，得到观察者方向在其他坐标轴上的投影向量与投影长度；在坐标轴方向上的投影长度与观察者方向偏移各个坐标轴正方向的角度的三角函数值之间存在函数关系，因此可以通过函数关系，利用反三角函数对具体的角度值进行求解，得到在球面坐标系坐标作为光场模型的摄影点坐标。
本公开实施例提供的技术方案，利用投影长度及投影向量与角度的函数关系，通过反三角函数得到观察者方向与各个坐标轴方向偏离的角度，得到摄影点坐标；无需额外参数，根据函数关系对坐标进行求解，得到光场模型的摄影点坐标，提高了光场模型摄影点坐标的确定效率。
在一示例性实施例中，如图5所示，在步骤S241中，获取观察者方向在坐标轴方向上的投影长度及投影向量，包括：
在步骤S251中，获取观察者方向在Y轴方向的第一投影长度，根据第一投影长度确定在Y轴方向的第一投影向量。
具体地，坐标轴方向包括X轴方向、Y轴方向及Z轴方向；X轴方向与Z轴方向构成ZX平面；观察者方向在Y轴方向的第一投影长度的值，与观察者方向偏离Y轴正方向的角度的余弦值相等；该余弦值为经度方向角度的余弦值；即：
cosθ＝D·Y；
其中，cosθ表示观察者方向偏离Y轴正方向的角度(经度方向角度，单位为弧度)的余弦值，D表示观察者方向，Y表示Y轴方向，·表示点乘运算。
第一投影向量通过以下方式获得：
Dy＝Y×cosθ；
其中，Dy表示观察者方向在Y轴方向上的投影，即第一投影向量；
在步骤S252中，将观察者方向减去第一投影向量，得到观察者方向在ZX平面的第二投影向量。
具体地，观察者方向在ZX平面的第二投影向量通过以下方式获得：
DZX＝D-Dy；
其中，DZX表示观察者方向在ZX平面的第二投影向量；
在步骤S253中，获取第二投影向量与Z轴方向的单位向量的点积，得到观察者方向偏离Z轴方向的角度的余弦值，将余弦值作为观察者方向在Z轴方向的第二投影长度；获取第二投影向量与X轴方向的单位向量的点积，得到观察者方向偏离Z轴方向的角度的正弦值，将正弦值作为观察者方向在X轴方向的第三投影长度。
具体地，第二投影长度通过以下方式获得：
Figure BDA0003189793540000131
其中，
Figure BDA0003189793540000132
为观察者方向偏离Z轴方向的角度(纬度方向角度，单位为弧度)的余弦值，·表示点乘运算；Z表示Z轴方向。
第三投影长度通过以下方式获得：
Figure BDA0003189793540000133
其中，
Figure BDA0003189793540000134
为观察者方向偏离X轴方向的角度(纬度方向角度，单位为弧度)的正值，·表示点乘运算；X表示X轴方向。
本公开实施例提供的技术方案，通过获取观察者方向在各个坐标轴的投影向量和投影长度，计算得到观察者方向从各个坐标轴方向偏离的角度的正弦值和余弦值，实现了对角度的确定，便于确定出光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，如图6所示，在步骤S230中，根据摄影点坐标，将光场图像显示模型变换至相机坐标系，得到光场图像显示模型从光场模型的坐标系转换至相机坐标系的目标变换矩阵，包括：
在步骤S231中，获取光场图像显示模型变换至摄影点坐标的目标旋转矩阵。
具体地，需要先将光场图像显示模型旋转至摄影点，再将光场图像显示模型变换至相机坐标系；因此需要先获取光场图像显示模型变换至摄影点坐标的目标旋转矩阵，以实现将光场图像显示模型旋转至摄影点的操作。
在步骤S231中，将目标旋转矩阵以及第三变换矩阵相乘，得到光场图像显示模型在相机坐标系下的目标变换矩阵。
具体地，通过叠加目标旋转矩阵以及第三变换矩阵，即得到光场图像显示模型在相机坐标系下的目标变换矩阵；目标变换矩阵通过以下方式获得：
T＝M×Rlocal；
其中，T表示目标变换矩阵，M表示第三变化矩阵，Rlocal表示目标旋转矩阵。
本公开实施例提供的技术方案，通过将目标旋转矩阵与第三变换矩阵进行叠加，便于得到光场图像显示模型在相机坐标系下的目标变换矩阵，使得光场模型能够通过光场图像显示模型与待渲染对象配准，起到了代替三维模型的技术效果，同时光场模型能够提高图像处理效果。
在一示例性实施例中，如图7所示，在步骤S231中，获取光场图像显示模型变换至摄影点坐标的目标旋转矩阵，包括：
在步骤S271中，获取旋转矩阵在纬度方向的第一旋转矩阵，及在经度方向的第二旋转矩阵。
具体地，纬度方向的旋转矩阵Rθ通过以下方式获得：
Figure BDA0003189793540000141
经度方向的旋转矩阵
Figure BDA0003189793540000142
通过以下方式获得：
Figure BDA0003189793540000143
其中，π为圆周率，θ为观察者方向沿经度方向偏离Y轴方向的角度，
Figure BDA0003189793540000144
为观察者方向沿纬度方向偏离Z轴方向的角度；(1.0,0.0,0.0)表示纬度方向，
(0.0,1.0,0.0)表示经度方向；
在步骤S272中，将第一旋转矩阵及第二旋转矩阵相乘，得到光场图像显示模型的目标旋转矩阵。
具体地，目标旋转矩阵Rlocal可通过分别获取纬度方向的旋转矩阵以及经度方向的旋转矩阵，并将两个方向的旋转矩阵相互叠加得到。
目标旋转矩阵Rlocal通过以下方式获得：
Figure BDA0003189793540000145
本公开实施例提供的技术方案，通过分别获取纬度方向的旋转矩阵以及经度方向的旋转矩阵，叠加后得到光场图像显示模型的目标旋转矩阵，使得光场图像显示模型能够通过目标旋转矩阵旋转至摄影点，便于后续目标变换矩阵的确定。
图8是根据一示例性实施例示出的另一种图像处理方法的流程图，如图8所示，该图像处理方法用于如图1所示的服务器中，包括以下步骤：
步骤S810中，获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；第一变换矩阵为待渲染对象的坐标系相对于相机坐标系的转换关系，第二变换矩阵为光场模型的坐标系相对于待渲染对象的坐标系的转换关系；光场模型由多张光场图像构成；光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像。
步骤S820中，将第一变换矩阵以及第二变换矩阵相乘，得到光场模型在相机坐标下的第三变换矩阵；分解第三变换矩阵，得到光场模型在相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵；根据位置向量以及旋转矩阵，得到光场模型的摄影点坐标。
步骤S830中，获取观察者方向在Y轴方向的第一投影长度，根据第一投影长度确定在Y轴方向的第一投影向量；将观察者方向减去第一投影向量，得到观察者方向在ZX平面的第二投影向量。
步骤S840中，获取第二投影向量与Z轴方向的单位向量的点积，得到观察者方向偏离Z轴方向的角度的余弦值，将余弦值作为观察者方向在Z轴方向的第二投影长度；获取第二投影向量与X轴方向的单位向量的点积，得到观察者方向偏离Z轴方向的角度的正弦值，将正弦值作为观察者方向在X轴方向的第三投影长度。
步骤S850中，根据投影长度及投影向量，通过反三角函数计算得到观察者方向与光场模型的球面坐标系的交点坐标，将交点坐标作为光场模型的摄影点坐标；光场模型的摄影点坐标用于确定出光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像。
步骤S860中，获取旋转矩阵在纬度方向的第一旋转矩阵，及在经度方向的第二旋转矩阵；将第一旋转矩阵及第二旋转矩阵相乘，得到光场图像显示模型的目标旋转矩阵；将目标旋转矩阵以及第三变换矩阵相乘，得到光场图像显示模型在相机坐标系下的目标变换矩阵。
步骤S870中，将目标光场图像作为纹理元素加载至光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过目标变换矩阵将目标光场图像显示模型变换至相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对待渲染对象进行渲染。
其中，摄影点坐标与光场模型合成光场图像前，需要对摄影点坐标进行线性变化，可以通过以下方式进行：
Figure BDA0003189793540000161
Figure BDA0003189793540000162
其中，latitude表示经线性变换后的坐标，longitude表示
Figure BDA0003189793540000163
经线性变换后的坐标；θ为观察者方向沿经度方向偏离Y轴方向的角度，为观察者方向沿纬度方向偏离Z轴方向的角度。
本公开实施例提供的技术方案，利用摄影点坐标与目标变换矩阵，使得光场模型与待渲染对象之间进行配准，让光场模型能够跟随待渲染对象进行变化，实现了对三维模型的替代；同时光场模型能够利用光线信息对细微结构进行充分描述，以此进行图像渲染处理，提高了图像处理效果。
应该理解的是，虽然图2-8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
图8是根据一示例性实施例示出的一种图像处理装置框图。参照图9，该装置包括数据获取单元902，坐标确定单元904、坐标变换单元906和图像渲染单元908。
数据获取单元902，被配置为执行获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；第一变换矩阵为待渲染对象的坐标系相对于相机坐标系的转换关系，第二变换矩阵为光场模型的坐标系相对于待渲染对象的坐标系的转换关系；光场模型由多张光场图像构成；光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；
坐标确定单元904，被配置为执行根据第一变换矩阵以及第二变换矩阵，确定出光场模型的摄影点坐标；光场模型的摄影点坐标用于确定出光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；
坐标变换单元906，被配置为执行根据摄影点坐标，将光场图像显示模型变换至相机坐标系，得到光场图像显示模型从光场模型的坐标系转换至相机坐标系的目标变换矩阵；
图像渲染单元908，被配置为执行将目标光场图像作为纹理元素加载至光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过目标变换矩阵将目标光场图像显示模型变换至相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对待渲染对象进行渲染。
在一示例性实施例中，坐标确定单元904，还被配置为执行将第一变换矩阵以及第二变换矩阵相乘，得到光场模型在相机坐标下的第三变换矩阵；分解第三变换矩阵，得到光场模型在相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵；根据位置向量以及旋转矩阵，得到光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，坐标确定单元904，还被配置为执行获取旋转矩阵的三个列矩阵作为列向量；将列向量进行归一化处理，得到旋转矩阵在相机坐标系下的坐标轴方向；坐标轴方向用于获取光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，坐标确定单元904，还被配置为执行获取观察者方向在坐标轴方向上的投影长度及投影向量；观察者方向为从光场模型的位置到相机的方向；根据投影长度及投影向量，通过反三角函数计算得到观察者方向与光场模型的球面坐标系的交点坐标，将交点坐标作为光场模型的摄影点坐标。
在一示例性实施例中，坐标确定单元904，还被配置为执行获取观察者方向在Y轴方向的第一投影长度，根据第一投影长度确定在Y轴方向的第一投影向量；将观察者方向减去第一投影向量，得到观察者方向在ZX平面的第二投影向量；获取第二投影向量与Z轴方向的单位向量的点积，得到观察者方向偏离Z轴方向的角度的余弦值，将余弦值作为观察者方向在Z轴方向的第二投影长度；获取第二投影向量与X轴方向的单位向量的点积，得到观察者方向偏离Z轴方向的角度的正弦值，将正弦值作为观察者方向在X轴方向的第三投影长度。
在一示例性实施例中，坐标变换单元906，还被配置为执行获取光场图像显示模型变换至摄影点坐标的目标旋转矩阵；将目标旋转矩阵以及第三变换矩阵相乘，得到光场图像显示模型在相机坐标系下的目标变换矩阵。
在一示例性实施例中，坐标变换单元906，还被配置为执行获取旋转矩阵在纬度方向的第一旋转矩阵，及在经度方向的第二旋转矩阵；将第一旋转矩阵及第二旋转矩阵相乘，得到光场图像显示模型的目标旋转矩阵。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
图10是根据一示例性实施例示出的一种用于图像处理的设备1000的框图。例如，设备1000可以为一服务器。参照图10，设备1000包括处理组件1020，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1022所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1020的执行的指令，例如应用程序。存储器1022中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1020被配置为执行指令，以执行上述图像处理的方法。
设备1000还可以包括一个电源组件1024被配置为执行设备1000的电源管理，一个有线或无线网络接口1026被配置为将设备1000连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1028。设备1000可以操作基于存储在存储器1022的操作系统，例如Windows 9Server，MacOS X，Unix，Linux，FreeBSD或类似。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器1022，上述指令可由设备1000的处理器执行以完成上述方法。存储介质可以是计算机可读存储介质，例如，计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，该计算机程序存储在计算机可读存储介质中，设备的至少一个处理器从该计算机可读存储介质读取并执行该计算机程序，使得设备执行本公开的任一项实施例中的图像处理方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、所述待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；所述第一变换矩阵为所述待渲染对象的坐标系相对于所述相机坐标系的转换关系，所述第二变换矩阵为所述光场模型的坐标系相对于所述待渲染对象的坐标系的转换关系；所述光场模型由多张光场图像构成；所述光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；
根据所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵，确定出所述光场模型的摄影点坐标；所述光场模型的摄影点坐标用于确定出所述光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；
根据所述摄影点坐标，将所述光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，得到所述光场图像显示模型从所述光场模型的坐标系转换至所述相机坐标系的目标变换矩阵；
将所述目标光场图像作为纹理元素加载至所述光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过所述目标变换矩阵将所述目标光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对所述待渲染对象进行渲染。
2.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述根据所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵，确定出所述光场模型的摄影点坐标，包括：
将所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵相乘，得到所述光场模型在所述相机坐标下的第三变换矩阵；
分解所述第三变换矩阵，得到所述光场模型在所述相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵；
根据所述位置向量以及所述旋转矩阵，得到所述光场模型的摄影点坐标。
3.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，在分解所述第三变换矩阵，得到所述光场模型在所述相机坐标系下的位置向量以及旋转矩阵之后，所述方法还包括：
获取所述旋转矩阵的三个列矩阵作为列向量；
将所述列向量进行归一化处理，得到所述旋转矩阵在所述相机坐标系下的坐标轴方向；所述坐标轴方向用于获取所述光场模型的摄影点坐标。
4.根据权利要求3所述的图像处理方法，其特征在于，所述根据所述位置向量以及所述旋转矩阵，得到所述光场模型的摄影点坐标，包括：
获取观察者方向在所述坐标轴方向上的投影长度及投影向量；所述观察者方向为从所述光场模型的位置到相机的方向；
根据所述投影长度及所述投影向量，通过反三角函数计算得到所述观察者方向与光场模型的球面坐标系的交点坐标，将所述交点坐标作为所述光场模型的摄影点坐标。
5.根据权利要求4所述的图像处理方法，其特征在于，所述获取观察者方向在所述坐标轴方向上的投影长度及投影向量，包括：
获取所述观察者方向在Y轴方向的第一投影长度，根据所述第一投影长度确定在所述Y轴方向的第一投影向量；
将所述观察者方向减去所述第一投影向量，得到所述观察者方向在ZX平面的第二投影向量；
获取所述第二投影向量与Z轴方向的单位向量的点积，得到所述观察者方向偏离所述Z轴方向的角度的余弦值，将所述余弦值作为所述观察者方向在所述Z轴方向的第二投影长度；获取所述第二投影向量与X轴方向的单位向量的点积，得到所述观察者方向偏离所述Z轴方向的角度的正弦值，将所述正弦值作为所述观察者方向在所述X轴方向的第三投影长度。
6.根据权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，所述根据所述摄影点坐标，将所述光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，得到所述光场图像显示模型从所述光场模型的坐标系转换至所述相机坐标系的目标变换矩阵，包括：
获取所述光场图像显示模型变换至所述摄影点坐标的目标旋转矩阵；
将所述目标旋转矩阵以及所述第三变换矩阵相乘，得到所述光场图像显示模型在所述相机坐标系下的目标变换矩阵。
7.一种图像处理装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，被配置为执行获取相机坐标系下待渲染对象的第一变换矩阵、所述待渲染对象的坐标系下光场模型的第二变换矩阵，及光场模型的坐标系下的光场图像显示模型；所述第一变换矩阵为所述待渲染对象的坐标系相对于所述相机坐标系的转换关系，所述第二变换矩阵为所述光场模型的坐标系相对于所述待渲染对象的坐标系的转换关系；所述光场模型由多张光场图像构成；所述光场图像显示模型用于在虚拟空间中显示光场图像；
坐标确定单元，被配置为执行根据所述第一变换矩阵以及所述第二变换矩阵，确定出所述光场模型的摄影点坐标；所述光场模型的摄影点坐标用于确定出所述光场模型被观察的角度，并从多张光场图像中确定出用于渲染的目标光场图像；
坐标变换单元，被配置为执行根据所述摄影点坐标，将所述光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，得到所述光场图像显示模型从所述光场模型的坐标系转换至所述相机坐标系的目标变换矩阵；
图像渲染单元，被配置为执行将所述目标光场图像作为纹理元素加载至所述光场图像显示模型的显示区域，得到目标光场图像显示模型；通过所述目标变换矩阵将所述目标光场图像显示模型变换至所述相机坐标系，变换后的目标光场图像显示模型用于对所述待渲染对象进行渲染。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至6中任一项所述的图像处理方法。
9.一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如权利要求1至6中任一项所述的图像处理方法。
10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中包括指令，其特征在于，所述指令被服务器的处理器执行时，使得所述服务器能够执行如权利要求1至6任一项所述的图像处理方法。
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