一种基于积分图像的精确景深渲染方法技术

本发明专利技术公开了一种基于积分图像的景深渲染方法，基于基准图像和基准图像的视差图计算景深渲染的结果Ri，j，分别计算Ri，j的整数部分

An Accurate Depth-of-Field Rendering Method Based on Integral Image

【技术实现步骤摘要】
一种基于积分图像的精确景深渲染方法
本专利技术属于计算机视觉
，尤其涉及一种基于积分图像的景深渲染方法。
技术介绍
景深渲染是指在聚焦范围内图像是清晰的，越是远离聚焦平面，图像越模糊。景深渲染可以通过突出主要场景来吸引大家的注意，也因此在计算机视觉领域发挥着重要的作用，尤其是在视角合成和虚拟现实中的应用。经过多年的研究，已经有大量的技术可以进行景深渲染，其中最常用的是可变换的空间滤波方法。空间变换滤波是指滤波核的半径会根据图像的位置不同而改变大小，越靠近聚焦平面，滤波核半径越小，图像越清晰，反之亦然。然而，直接计算滤波核半径需要遍历图像的每一个像素，这就耗费了大量的时间，计算非整数的滤波核尤其麻烦，因此，很多研究方法在计算滤波核半径的时候将其取整，以达到计算方便，提高程序运行速度的目的。但是，取整后的滤波核仅是近似值，导致景深渲染时会出现图像边缘不连续以及强度泄露的问题。近年来也有很多针对景深渲染的研究，模拟景深渲染的最直接方法是光线追踪，现有通过相机阵列捕获的光场进行景深渲染，该方法虽然可以产生非常逼真的结果，但是渲染后的图像分辨率较低。提出了一种有效的射线追踪技术，以实现参数非球面透镜产生的散景效果。然而，该方法为了实现实时的景深渲染，必须牺牲一定程度的精度。一种新型自适应滤波器，称为自适应双边深度滤波器，用于模拟景深渲染，在空间要求较少情况下实现了实时的运行结果，它还可以进一步锐化聚焦区域的边界，同时保留失焦区域的模糊性。但是，该方法必须选择适当的参数才能获得理想的结果。一种交互方式来细化通过立体相机计算出的深度图，根据不同的混淆圆滤波器对图像进行处理，计算出景深渲染的结果，然而，这需要用户参与细化深度图。也有人提出可以实时计算高质量的景深效果，该方法中的滤波器由两个相邻像素之间定义的加权函数控制，但是由于递归框架和缺少场景信息，该方法不能鲁棒地处理半遮挡区域。
技术实现思路
本专利技术根据现有技术中存在的渲染成本高、精确度抵、时间耗费过多等、问题，提出了一种基于积分图像的景深渲染方法，本专利技术不仅使用精确地计算了渲染所需的滤波核，而且引入了积分图像，提高了景深渲染的执行速度，从而达到了实时景深渲染的目的，能在简单设备上实现精确的景深渲染的同时还能兼顾其运行速度。本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于积分图像的景深渲染方法，基于基准图像和基准图像的视差图计算景深渲染的结果Ri，j，分别计算Ri，j的整数部分和小数部分计算基准图像的积分图像，利用积分图像分别对整数部分和小数部分进行处理，得到最终的景深渲染结果。进一步，所述结果Ri，j的计算方法为：其中，(m，n)是基准图像的像素点，Om，n是基准图像(m，n)处的像素值，ki，j是像素点(i，j)处的滤波核半径，m∈[i-ki，j，i+ki，j]，n∈[j-ki，j，h+ki，j]；进一步，进一步，所述整数部分其中，是对ki，j下取整；进一步，所述小数部分其中，是滤波核半径ki，j的小数部分，滤波核半径ki，j为时的计算结果，是对ki，j上取整；进一步，进一步，所述积分图像的计算过程为：基准图像中(i，j)处及该点左上角所有像素值的总和为积分图像的像素点计算出所有基准图像中(i，j)对应的积分图像的像素点，形成积分图像；进一步，所述处理过程为：将上式计算结果分别带入整数部分和小数部分输出景深渲染结果。本专利技术的有益效果：本专利技术作为一种景深渲染技术，精确计算了渲染时所需的滤波核，得到的精确的渲染结果改善了图像强度泄露和边缘不连续的缺陷，积分图的引入避免了直接计算滤波核的繁琐，提高了程序的运行速度，从而实现了实时的景深渲染。附图说明图1为本专利技术基于积分图像的精确景深渲染方法的流程示意图；图2为本专利技术精确计算滤波核示意图；图3中(a)为原图和(b)为景深渲染的结果图；图4为本专利技术和滤波核半径取整的方法分别对图3(a)中的原图进行渲染后得到的图像细节部分对比，其中，4(a)为滤波核半径取整结果，4(b)为本专利技术的结果；图5为本专利技术的方法在图像的同一位置聚焦所得到的光圈与时间关系的折线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术所提出的一种基于积分图像的景深渲染方法，具体过程如下：图像数据预处理；在本实施例中，采用双目相机获取同一场景的左视图和右视图，以左图为景深渲染的基础图像，左图和右图之间的视差图像。如图3(a)为原图，图3(b)为通过可变换的滤波对(a)进行景深渲染的结果。图(a)中(i，j)位置处的像素值记为Oi，j，通过滤波核对其处理的结果为(b)中对应的位置，记为Ri，j，计算方法如式(1)所示：ki，j＝|A*(dispi，j-dispf)|(2)其中，(m，n)是基准图像的像素点，Om，n是基准图像(m，n)处的像素值，ki，j是像素点(i，j)处的滤波核半径，m∈[i-ki，j，i+ki，j]，n∈[j-ki，j，j+ki，j]，A是和光圈大小成比例关系的系数，如果A越大，则光圈越大，图也意味着像景深渲染时失焦区域更模糊，反之亦然。dispi，j是像素(i，j)处的视差，dispf是聚焦平面处的视差。由于滤波核半径ki，j不一定是整数，传统的方法是对其取整，忽略小数部分的影响，导致景深渲染结果不精确。因此，在本专利技术中，我们为了精确地计算滤波核，再将其计算时分为两个部分，即整数部分和小数部分滤波核整数部分计算：参考图2，整数部分为图中的菱形阴影部分，它是以像素(i，j)为中心，边长为的正方形，具体计算方法如下式所示：其中，是对ki，j下取整；滤波核小数部分计算：由于像素都是整数，非整数的滤波核半径ki，j无法直接同像素计算，所以这里需要单独计算其小数部分。如图2，小数部分由图中的斜纹阴影和矩形阴影组成，它是边长为2*ki，j+1的正方形与边长为的正方形之间的差值，如下式所示：其中，是滤波核半径ki，j的小数部分，滤波核半径ki，j为时的计算结果，是对ki，j上取整；是滤波核半径为时的计算结果，也就是精确滤波核半径ki，j的小数部分。这里我们虽然精确的计算了景深渲染的结果，但是直接进行计算显然是非常耗时的。为了提高效率，实现实时的景深渲染，本专利技术基于积分图像计算景深渲染所需的滤波核。积分图像的计算过程为：基准图像中(i，j)处及该点左上角所有像素值的总和为积分图像的像素点计算出所有基准图像中(i，j)对应的积分图像的像素点，形成积分图像。利用积分图像有效地计算和如下式所示。将上式(6)、(7)计算结果分别带入公式(4)、(5)，输出如图4所示的景深渲染结果。其中，是基准图像及该点左上角所有像素值的总和；是基准图像及该点左上角所有像素值的总和；是基准图像及该点左上角所有像素值的总和；是基准图像及该点左上角所有像素值的总和；是基准图像及该点左上角所有像素值的总和；是基准图像及该点左上角所有像素值的总和，是基准图像及该点左上角所有像素值的总和；是基准图像及该点左上角所有像素值的总和。对于渲染图像的每个像素，无论内核大小有多大，我们都只需要13次加法和减法，以及3次乘法，运行时间不会随着滤波核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于积分图像的景深渲染方法,其特征在于，基于基准图像和基准图像的视差图计算景深渲染的结果Ri，j，分别计算Ri，j的整数部分

【技术特征摘要】
1.一种基于积分图像的景深渲染方法,其特征在于，基于基准图像和基准图像的视差图计算景深渲染的结果Ri，j，分别计算Ri，j的整数部分和小数部分计算基准图像的积分图像，利用积分图像分别对整数部分和小数部分进行处理，得到最终的景深渲染结果。2.根据权利要求1所述的一种基于积分图像的景深渲染方法，其特征在于，所述结果Ri，j的计算方法为：其中，(m，n)是基准图像的像素点，Om，n是基准图像(m，n)处的像素值，ki，j是像素点(i，j)处的滤波核半径，m∈[i-ki，j，i+ki，j]，n∈[j-ki，j，j+ki，j]。3.根据权利要求1或2所述的一种基于积分图像的景深渲染方法，其特征在于，4.根据权利要求3所述的一种基于积分图像的景深渲染方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，彭艳红，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32