本发明专利技术提供一种图像处理装置及图像处理方法。输入表示照明场景的光源的光谱特性和光分布特性的光源特性数据。输入表示场景中包括的物体的光谱特性的物体特性数据。针对具有不同波长的各光线进行光线追踪。基于所述光源特性数据和所述物体特性数据计算表示所述场景的计算机图形图像的各像素中的光谱辐射亮度。根据所述各像素中的所述光谱辐射亮度计算各像素的颜色信号值，并且生成所述场景的所述计算机图形图像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，更具体地涉及用于使用光线追踪生成图像的。
技术介绍
近年来，计算机图形(CG)已被用于各种领域。CG甚至在设计领域也被广泛使用。在该领域中，需要用于生成更加忠实于实物的图像的技术。作为用于使用CG忠实地再现实物的方法，已知包括以下技术的各种技术。例如使用多角度光谱反射特性来模拟具有光学复杂特性的涂料等的反射的方法，以及使用物体的多角度光谱反射特性来在监视器上再现高度真实图像的方法。其他示例有使用光谱折射特性来再现反射的颜色的方法，以及使用由多光谱照相机拍摄的多频带数据的方法。CG中的图像生成方法包括扫描线方法、Z-缓冲方法和光线追踪方法。在这些方法中，光线追踪法适于生成忠实于实物的图像，因为该方法能够通过追踪在3D空间中的光的传播路径来表现反射和折射。然而，光线追踪方法需要重复追踪大量光线的路径。为了在复杂场景中获得高品质图像，该方法需要大量计算。作为光线追踪方法的有效算法，提出了二叉空间分割法 、包围体法等。例如，作为使用二叉空间分割的技术，提出了如下方法:预先将虚拟空间分割为多个体素(voxel)，仅针对光线通过的体素中的物体进行交叉检测，并生成图像。然而，生成CG图像的传统方法没有考虑光源的光分布特性。这些方法无法再现在依赖于具有不同光分布特性的光源(诸如荧光灯和发光二极管(LED)照明)的场景中生成的阴影的变化。一般的光线追踪方法将光处理为与波长无关的均匀光线。该方法无法精确地再现行为根据波长而变化的物理现象(例如光透过物体后的折射)。
技术实现思路
在一个方面中，提出了一种图像处理装置，该图像处理装置用于生成计算机图形图像，所述图像处理装置包括:第一输入部，其被配置为输入表示照明场景的至少一个光源的光谱特性和光分布特性的光源特性数据；第二输入部，其被配置为输入表示在所述场景中包括的至少一个物体的光谱特性的物体特性数据；追踪部，其被配置为针对具有不同波长的各光线进行光线追踪，并且基于所述光源特性数据和所述物体特性数据来计算表示所述场景的计算机图形图像中的各像素中的光谱辐射亮度；以及生成器，其被配置为根据所述各像素中的光谱辐射亮度来计算所述各像素的颜色信号值，并且生成所述场景的所述计算机图形图像。在另一方面中，提出了一种生成计算机图形图像的图像处理方法，所述方法包括以下步骤:输入表示照明场景的至少一个光源的光谱特性和光分布特性的光源特性数据；输入表示在所述场景中包括的至少一个物体的光谱特性的物体特性数据；针对具有不同波长的各光线进行光线追踪，以基于所述光源特性数据和所述物体特性数据来计算表示所述场景的计算机图形图像中的各像素中的光谱辐射亮度；以及根据所述各像素中的所述光谱辐射亮度来计算所述各像素的颜色信号值，以生成所述场景的所述计算机图形图像。根据这些方面，通过考虑光源的光分布特性和光谱特性以及物体的光谱特性的光线追踪，能够生成忠实地再现场景的计算机图形图像。通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的其他特征将变得清楚。附图说明图1是用于说明物体的光的反射和透射的示意图。图2是示出第一实施例中图像处理装置的结构的框图。图3是示出第一实施例中图像处理装置的逻辑结构的框图。图4是示出第一实施例中图像生成处理的流程图。图5A和图5B是用于说明光源的光分布特性的示意图。图6A和图6B是例示光源的光谱福射亮度(spectral radiance)的图。图7是用于说明物体的反射特性和透射特性的示意图。图8是例示视觉特性数据的图。图9是示出第一实施例中光谱辐射亮度计算处理的流程图。图10是示出第一 实施例中颜色信号值计算处理的流程图。图1lA至IlC是分别例示光源的光分布特性的波长依赖性的图。图12是示出第二实施例中图像生成处理的流程图。图13是示出第二实施例中光谱辐射亮度计算处理的流程图。图14是示出第二实施例中光线追踪时的最大交叉计数的设置方法的概念的图。图15是示出第三实施例中光谱辐射亮度计算处理的流程图。图16是示出第三实施例中光线追踪时的投射(cast)光线数的设置方法的概念的图。具体实施例方式现在将参照附图来描述本专利技术的图像处理装置和图像处理方法。应理解，以下实施例不旨在限制关于所附权利要求的本专利技术，在实施例中说明的特性的所有组合不都是解决本专利技术中的问题所必须的。第一实施例第一实施例将说明考虑到光源的光分布特性和光谱辐射亮度特性以及物体的光谱反射特性，通过光线追踪忠实地再现场景的计算机图形图像(CG图像)的生成处理。将参照图1说明根据波长而改变的光的行为。当光照射在物体上时，光被分成被物体的表面反射的光和透过物体的光。透过物体的光的折射角根据与波长λ对应的折射率而改变。例如，将说明如下情况:如图1所示，使用视点作为开始点，已经透过具有光谱折射率H1U)的空间的光线透过具有光谱折射率η2(λ)的物体101。此时，令Φ为光线相对于物体101的入射角，折射角θ (λ)由(I)式给出。θ ( λ ) = sirT1 …(I)由于折射角是光的波长λ的函数，所以要通过光线追踪而追踪的光的路径根据波长λ改变。因此，光需要被处理为光谱，以忠实地再现在给定场景中光的透射，在所述给定场景中，例如，已经透过图1中的物体101的光还透过具有光谱折射率η3( λ )的物体102。装置结构将参照图2描述第一实施例中图像处理装置的结构。如图2所示，第一实施例中的图像处理装置包括微处理器(CPU) 201、包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的主存储器202、硬盘驱动器(HDD) 203、通用接口(下文中称为I/F) 204、监视器205以及系统总线206。I/F 204将分光光度计207、外部存储设备208等连接到系统总线206。CPU201执行在HDD 203中存储的各种软件程序(计算机程序)，从而实现各种处理。CPU 201将在HDD 203中存储的用于图像处理的应用程序(下文中称为图像处理AP)加载到主存储器202中分配的工作区，并且执行图像处理AP。根据图像处理AP，CPU201将在HDD 203中存储的各种数据、从连接到I/F 204的分光光度计207和外部存储设备208输入的数据等经由系统总线206传送到主存储器202。根据图像处理AP，CPU 201针对在主存储器202的工作区存储的数据执行各种计算，经由系统总线206将计算结果显示在监视器205上，并且将这些结果存储在HDD 203中。逻辑结构将详细说明在以上结构中CPU 201根据图像处理AP生成图像并且将图像显示在监视器205上时的图像处理。图3是示出第一实施例中图像处理装置301的逻辑结构的框图。通过由CPU 201执行图像处理AP来实现图3所示的各个构建组件。参照图3，光源特性输入单元302输入代表照明场景的至少一个光源的光分布特性和光谱辐射亮度的光源特性数据307。注意，光源的光谱辐射亮度也可以简称为“光源的光谱特性”。物体特性输入单元303输入代表形成场景的至少一个物体的光谱反射特性、光谱透射特性及光谱折射率的物体特性数据308。注意，物体的光谱反射特性、光谱透射特性及光谱折射率也被简称为“物体的反射特性、透射特性及折射率”。视觉特性输入单元304输入观察场景时的视觉特性数据309。注意，从HDD 203，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生成计算机图形图像的图像处理装置，所述图像处理装置包括：第一输入部，其被配置为输入表示照明场景的至少一个光源的光谱特性和光分布特性的光源特性数据；第二输入部，其被配置为输入表示在所述场景中包括的至少一个物体的光谱特性的物体特性数据；追踪部，其被配置为针对具有不同波长的各光线进行光线追踪，并且基于所述光源特性数据和所述物体特性数据来计算表示所述场景的计算机图形图像的各像素中的光谱辐射亮度；以及生成器，其被配置为根据所述各像素中的光谱辐射亮度来计算所述各像素的颜色信号值，并且生成所述场景的所述计算机图形图像，其中，使用处理器实现所述第一输入部、所述第二输入部、所述追踪部及所述生成器中的至少一个。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木良隆，鸟居哲，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：
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