像素滤波器、用于对像素的序列进行滤波的方法技术

像素滤波器、用于对像素的序列进行滤波的方法。一种像素滤波器包括：输入，其被设置成接收像素序列，各像素具有关联的像素值；滤波器模块，其被设置成穿过像素序列沿第一方向执行第一递归滤波操作以形成各像素的第一滤波后像素值，并且穿过像素序列沿第二方向执行第二递归滤波操作以形成各像素的第二滤波后像素值，其中，第一和第二递归滤波操作根据给定像素处的像素值和沿其相应操作方向在该像素之前的滤波后像素值形成该像素的相应滤波后像素值，之前的像素的滤波后像素值由与该像素及其之前的像素关联的数据之间的相似性测度来调整；以及滤波器逻辑，其被构造成对于序列中的各像素，组合由第一和第二递归滤波操作关于像素形成的第一和第二滤波后像素值以生成像素的滤波器输出。素的滤波器输出。素的滤波器输出。

Pixel filter and method for filtering the sequence of pixels

【技术实现步骤摘要】
像素滤波器、用于对像素的序列进行滤波的方法
[0001]本申请是申请号为201610621289.8、申请日为2016年08月01日、专利技术名称为“像素滤波器、用于对像素的序列进行滤波的方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及用于对图形处理系统中的帧的像素进行滤波的滤波器和方法，具体地，涉及用于对由路径或光线追踪渲染的帧中的像素进行滤波的滤波器和方法。

技术介绍

[0003]若干种技术可用于渲染三维(3D)场景以在计算机系统上显示。这些技术包括在计算机系统中三维描述的场景扫描线渲染到二维中、路径追踪以及光线追踪。路径追踪通过确定到达3D场景中特定视点处所限定的帧的各像素的净色(net colour)来形成图像。净色通过对从像素所接收的全部光线(包括由场景中的表面反射(潜在地为多次)的光线)的贡献求积分来计算。通过限定场景中的表面和光源的、包括表面的反射特性在内的物理上准确的模型，可以渲染非常逼真的图像。光线追踪以类似的方式形成图像，但通常针对对所渲染图像有贡献的场景中的各点，该点的颜色仅根据该点处从场景中的光源接收的光(即，仅直射光)来确定。路径和光线追踪的许多变型是可以的，包括使用路径或光线追踪来确定要应用于传统纹理映射的3D场景的光照的混合技术。
[0004]为了大幅减少使用路径或光线追踪技术渲染图像所需的计算量，通常从视点向光源向后追踪光线。这避免执行关于在捕获输出图像的视点处无法看到的光线的计算的开销。对于输出图像中的各像素穿过场景追踪的光线数量通称为每像素样本或SPP的数量。
[0005]由路径追踪渲染的帧12的例示在图1中示出，其作为3D场景100的平面图。在场景中，标称照相机101向下看走廊102，其包括窗口106，光线从光源(在这种情况下为太阳103)透过窗口106进入。照相机的视点将被渲染为帧112，该帧的各像素由穿过该像素的光线的总体来确定。走廊附加地包括沿着墙壁117的柱子104和墙壁118上的图画105。
[0006]场景可以为计算机游戏中所限定的3D场景，照相机101表示主角(protagonist)，从主角的视点玩游戏。在该示例中，场景由3D模型(限定场景几何结构的一组多边形)和可以应用于3D模型的纹理信息在计算机系统处限定。3D模型限定场景中的表面的位置和轮廓，并且各纹理限定它所应用于的表面的特性。例如，纹理将通常表示表面在表面颜色和构图方面的外观的特性，并且还可以确定其他特性(诸如表面的反射性)以及来自表面的反射为高光或漫反射的程度。
[0007]图1中示出了三个示例性光线108
‑
110，各个光线源于通过窗口106且在到达照相机101之前反射离开场景的一个或更多个表面的光源。然而，各个光线108
‑
110通过穿过要形成场景的图像所处的帧112的像素从照相机101向后追踪光线来识别。光线108穿过像素114并反射离开颜料给予光线颜色的图画105，并且引起漫反射127。接着，光线108遭遇具有低反射率(导致辉度损失)和灰色的墙壁117，并且引起漫反射128。反射127和128的扩散性质可以通过随机(通常根据兰伯特余弦定律)拾取反射角度121和122来建模。在反射128的
情况下，这使得光线被引导出窗口106。通过考虑沿着从光源到照相机的路径传播的光线量，可以确定像素114处来自光线108的贡献：通过窗口106的给定强度的实质白光作为反射128的结果变成深灰，然后在具有颜色变化的情况下被图画105反射。
[0008]光线109和110各经历单个反射。光线109穿过像素115被追溯到遇见具有较高反射率的打磨粉红色大理石的柱子104，给予光线粉色，并且引起反射125。相反，光线110穿过像素116被追溯到遇见墙壁117，因此被大量吸收，被给予灰色并经历漫反射。通过颠倒光线109和110的路径并将反射125和126的特性应用于穿过窗口106进入的光线，可以确定这些光线对像素115和116的贡献。通常，光线将从照相机仅向上追溯到一些预定数量的反射；如果在该数量的反射内未遇到光源，则光线可以被丢弃。
[0009]通过穿过像素重复多个光线(各光线穿过像素具有轻微不同(可能随机选择的)的方位)的路径追踪过程，可以通过(例如，根据蒙特卡罗积分)算出来自所有样本的结果的平均值来建立像素的颜色。通过对于帧112的各像素执行该过程，可以生成完整的帧。以该方式生成之后，帧包括由场景几何结构产生的光照信息、场景中光源的位置和特性以及存在于场景中的表面的纹理信息和表面特性。
[0010]当较少数量的光线贡献于各像素且每像素样本(SPP)低时，所渲染帧中的噪声等级可能高。增加每像素样本的数量提高所渲染帧的准确度并使得帧中的噪声等级下降。然而，增加每像素样本的数量显著增加渲染帧所需的时间。

技术实现思路

[0011]根据本专利技术的第一方面，提供了一种像素滤波器，该像素滤波器包括：
[0012]输入，该输入被设置成接收像素序列，各像素具有关联的像素值；
[0013]滤波器模块，该滤波器模块被设置成穿过所述像素序列沿第一方向执行第一递归滤波操作，以形成各像素的第一滤波后像素值，并且穿过所述像素序列沿第二方向执行第二递归滤波操作，以形成各像素的第二滤波后像素值，其中，所述第一递归滤波操作和所述第二递归滤波操作根据给定像素处的所述像素值和沿各操作方向在该像素之前的所述滤波后像素值形成该像素的相应滤波后像素值，所述之前的像素的所述滤波后像素值由与该像素及其之前的像素关联的数据之间的相似性测度来调整；以及
[0014]滤波器逻辑，该滤波器逻辑被构造成对于所述序列中的各像素，组合由所述第一递归滤波操作和所述第二递归滤波操作关于所述像素形成的所述第一滤波后像素值和所述第二滤波后像素值，以生成所述像素的滤波器输出。
[0015]所述第二方向可以与所述第一方向相反。
[0016]所述第一递归滤波操作和所述第二递归滤波操作可以被构造成调整所述之前的像素的所述滤波后像素值，使得该像素值对所述滤波后像素值的贡献在所述相似性测度表示高相似性时比在所述相似性测度表示低相似性时大。
[0017]第一递归滤波操作和第二递归滤波操作可以被构造成对于各像素，通过确定以下内容之间的差来形成各像素的各第一滤波后像素值和第二滤波后像素值：
[0018]表示在由第一参数调整序列的之前的像素的相应滤波后像素值时的各递归滤波操作的输出的第一中间值；和
[0019]表示在由第二参数调整序列的之前的像素的相应滤波后像素值时的各递归滤波
操作的输出的第二中间值。
[0020]第一参数与第二参数之间的差可以至少为比第一参数和第二参数二者之一的尺寸至少小一个数量级。
[0021]所述输入还可以被设置成接收另外的像素序列，所述另外的像素序列包括来自所述滤波器输出的至少一个像素值，并且所述滤波器模块还被设置成对所述另外的像素序列执行所述第一递归滤波操作和所述第二递归滤波操作。
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素滤波器，所述像素滤波器包括：输入，该输入被设置成接收像素的序列，各像素具有关联的像素值；滤波器模块，该滤波器模块被设置成通过所述像素的序列沿第一方向执行第一递归滤波操作以形成各像素的第一滤波后像素值，其中，所述第一递归滤波操作根据给定像素处的像素值和沿所述第一方向在该给定像素之前的前一像素的滤波后像素值形成该给定像素的第一滤波后像素值，该前一像素的滤波后像素值用与该给定像素和所述前一像素有关的、不存在于该给定像素和所述前一像素的像素值中的数据之间的相似性测度进行调整，其中，所述相似性测度是依赖于以下一项或更多项形成的：在3D场景的帧中该给定像素和所述前一像素所表示的各个表面在该3D场景中的场景深度的差的测度；和在3D场景的帧中该给定像素和所述前一像素所表示的各个表面的法向量之间的角度的测度；以及滤波器逻辑，所述滤波器逻辑被构造成，对于所述序列的各个像素，根据所述第一滤波后像素值生成该像素的滤波器输出。2.根据权利要求1所述的像素滤波器，其中：所述滤波器模块还被设置成通过所述像素的序列沿第二方向执行第二递归滤波操作，以形成各像素的第二滤波后像素值，其中，所述第二递归滤波操作根据给定像素处的像素值和沿所述第二方向在该给定像素之前的前一像素的滤波后像素值形成该给定像素的第二滤波后像素值，该前一像素的滤波后像素值用与该给定像素和所述前一像素有关的、不存在于该给定像素和该前一像素的像素值中的数据之间的相似性测度进行调整；并且所述滤波器逻辑被构造成，对于所述序列的各个像素，对通过所述第一递归滤波操作和所述第二递归滤波操作形成的关于该像素的所述第一滤波后像素值和所述第二滤波后像素值进行组合，以生成该像素的滤波器输出。3.根据权利要求2所述的像素滤波器，其中，所述第二方向与所述第一方向相反。4.根据权利要求1至3中任一项所述的像素滤波器，其中，与该给定像素和所述前一像素有关的所述数据包括关于3D场景的基本信息，使得所述相似性测度指示该给定像素和所述前一像素是否属于所述场景的公共特征。5.根据权利要求1至3中任一项所述的像素滤波器，其中，所述相似性测度依赖于以下测度的乘积：i)由该给定像素和所述前一像素表示的场景深度之间的差异，以及ii)由该给定像素和所述前一像素表示的相应表面的法向量之间的角度。6.根据权利要求1至3中任一项所述的像素滤波器，其中，所述场景深度表示为1/d，其中，d是所述3D场景中的深度。7.根据权利要求1至3中任一项所述的像素滤波器，其中，所述相似性测度是依赖于超过两个场景深度值形成的。8.根据权利要求7所述的像素滤波器，其中，深度值变化率的不连续性表示不同的表面方位。9.根据权利要求1至3中任一项所述的像素滤波器，其中，所述相似性测度是附加地依
赖于该给定像素和所述前一像素的亮度和颜色中的一项或更多项的相似性形成的。10.根据权利要求2或3所述的像素滤波器，其中，所述第一递归滤波操作和所述第二递归滤波操作形成所述第一滤波后像素值和所述第二滤波后像素值的权重，该权重依赖于对滤波后像素值有贡献的像素值的置信度测度。11.根据权利要求10所述的像素滤波器，其中，对所述第一滤波后像素值和所述第二滤波后像素值进行组合包括使用形成的权重计算所述第一滤波后像素值和所述第二滤波后像素值的加权平均值。12.根据权利要求1至3中任一项所述的像素滤波器，其中，所述第一递归滤波操作被配置成调整所述前一像素的滤波后像素值，使得与当所述相似性测度指示低相似性时相比，当所述相似性测度指示高相似性时，所述前一像素的滤波后像素值对所述给定像素的所述第一滤波后像素值的贡献较大。13.一种用于对像素的序列进行滤波的方法，各个像素具有关联的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：想象技术有限公司，
类型：发明
国别省市：