基于图像分解的光照估计算法 *

曹天池，李秀实，李 丹，陈嘉南，刘 爽，向未来，胡迎松

(华中科技大学计算机学院，湖北 武汉 430074)

1 引言

增强现实技术将虚拟的信息合成到真实世界中，有效地提高了用户对于现实场景的交互体验。实现真实的增强现实效果的关键在于保持虚拟对象与现实世界对象之间的一致性，一致性可以划分为时间一致性、光照一致性和几何一致性[1]。目前时间一致性与几何一致性的相关研究已经趋于成熟，而光照一致性仍然面临着许多挑战。

在实际的复杂动态光照环境下，有效的光照估计是实现光照一致性的重要先决条件之一，尤其从单幅图像中估计出场景光照的信息是一个复杂的、具有挑战性的任务。一幅图像里的光照强度是一个叠加了场景中的材质属性信息、光照信息和场景几何信息等信息的函数[2]。以往的光照估计方法常常笼统地将场景材质假设为漫反射表面，并采用局部照明模型对照明进行模拟，当场景中存在大量的镜面反射材质或者相近材质时(比如海面或者玻璃表面较多的场景)，这种方法并不能从有限的线索中准确地还原出光照信息。

早期的光照估计方法多借助辅助标志物进行，利用一个已知表面材质属性的立方体作为标志物，通过阴影或表面图像分析来获取光照信息。1998年，Debevec[3]通过组合采用不同的曝光时间拍摄的多幅镜面小球图像制作高动态范围环境图，并估算出局部场景的双向反射分布函数。这类方法对基于图像的虚拟物体渲染起到了很大作用，但其缺点是需要大量的预处理操作。……