三維重建技術(shù)一直是制約三維人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展的一大阻力。在眾多三維重建技術(shù)中,光度立體技術(shù)因其具有重建精度高、重建成本較低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),深受人們的喜愛(ài)。傳統(tǒng)的光度立體技術(shù)使用的是平行光,由于平行光的限制,使得傳統(tǒng)的光度立體技術(shù)的應(yīng)用范圍非常小。因此,為了使光度立體技術(shù)能夠應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域,本課題使用點(diǎn)光源、線光源代替平行光進(jìn)行光度立體三維重建的研究。本課題深入分析了點(diǎn)光源的發(fā)光模型,發(fā)現(xiàn)通用的led點(diǎn)光源是各向異性光源,它的發(fā)光強(qiáng)度不僅隨距離而衰減,還會(huì)隨發(fā)光角度而衰減。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,把點(diǎn)光源按照它真實(shí)發(fā)光模型處理的重建結(jié)果的精度,明顯高于把點(diǎn)光源當(dāng)作理想點(diǎn)光源處理的重建結(jié)果的精度。重建過(guò)程中需要標(biāo)定光源方向,傳統(tǒng)的標(biāo)定方法需要放置參照物,本課題提出了激光標(biāo)定法,實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)光源方向的自動(dòng)標(biāo)定。為了提高重建結(jié)果的精度,本課題提出將迭代算法和陰影處理算法用于三維重建。對(duì)于直徑為40mm的半球面,本課題提出的點(diǎn)光源光度立體技術(shù)的最高重建精度為0.63mm。點(diǎn)光源處于不同位置時(shí)圖像噪聲對(duì)重建結(jié)果影響不同,因此本課題還分析了點(diǎn)光源的最佳位置應(yīng)該滿足的約束條件,當(dāng)點(diǎn)光源處于最佳位置時(shí)圖像噪聲... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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生物特征識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域如何獲得準(zhǔn)確的三維人臉數(shù)據(jù)一直是制約三維人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展的一大因素

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-1點(diǎn)光源照射余弦反射體根據(jù)式（2.4）可知，點(diǎn)光源L照射到面元ds上的照度為：=（2.7）其中，dΦ為點(diǎn)光源L發(fā)送面元ds上的光通量，ds為面元ds的面積。根據(jù)式（2.3）可知點(diǎn)光源沿某一方向的單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量為：=（2.8）=2（2.9）=2（2.10）其中，dΩ中為點(diǎn)光源L沿光源方向的單位立體角,ds為面元ds的面積，θ為方向與法線方向的夾角。將式（2.10）代入式（2.7）得：=2=2（2.11）根據(jù)式（2.11）可知點(diǎn)光源照射到面元ds的照度為E，它只與點(diǎn)光源的光強(qiáng)I、光源方向與物體表面法線方向夾角的余弦值以及點(diǎn)光源與物體表面的距離有關(guān)。面元ds接收到點(diǎn)光源L傳輸過(guò)來(lái)的光能量E后，面元ds會(huì)向各個(gè)方向幅射光能量。面元ds向各個(gè)方向輻射的總能量的大小與點(diǎn)光源傳輸過(guò)來(lái)的總能量E成正比，而它向每個(gè)方向輻射能量的大小與面元ds的反射特性有關(guān)。由于物體表面是余弦反射體，根據(jù)余弦反射體的特性可知，面元ds向各個(gè)方向的輻射亮度都一樣。所以，相機(jī)V接收到面元ds反射過(guò)來(lái)光能量與面元ds的反射情況無(wú)關(guān)，只與面元ds接收到點(diǎn)光源L傳輸過(guò)來(lái)的光能量E有關(guān)。然后相機(jī)將接收到的光能量按照一定的比例轉(zhuǎn)化為圖像上對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值。按照式（2.11）可知光能量E（或照度E）只與點(diǎn)光源的光強(qiáng)I、光源方向與面元ds法線方向的夾角的余弦值以及點(diǎn)光源與面元ds的距離有關(guān)。也就是，圖像P上與面元ds對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的灰度值只與點(diǎn)光源的光強(qiáng)I、光源方向與面元ds法線方向的夾角的余弦值以及點(diǎn)光源與面元ds的距離有關(guān)。這樣式（2.11）就可以表示為,點(diǎn)光源照射余弦反射體時(shí)，余弦反射體所成的圖像上的灰度信息與光源信息、物體表面法向之間的關(guān)系。2、平行光照射余弦反射體平行光是一種特殊的光，它?

第二章光度立體技術(shù)的基本原理9而平行光只會(huì)沿某一特定方向進(jìn)行傳播；點(diǎn)光源發(fā)出的光的光強(qiáng)會(huì)隨距離而衰減，而理想的平行光的光強(qiáng)不會(huì)隨距離而衰減。圖2-2表示的是，一束平行光單獨(dú)照射余弦反射體時(shí)，相機(jī)對(duì)該余弦反射體進(jìn)行成像的示意圖。其中，平行光的光強(qiáng)度為I，平行光的光源方向?yàn)椋晃矬w表面是余弦反射體，面元ds是物體表面的一個(gè)面元，面元ds的法線方向?yàn)�；法線方向與光源方向的夾角為θ；相機(jī)V的感光元件接收到物體表面反射過(guò)來(lái)的光，然后對(duì)物體表面進(jìn)行成像，所成的圖像為P，面元ds在圖像P上對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)為（x,y）。圖2-2平行光照射余弦反射體平行光照射到面元ds的照度為：==（2.12）由于物體表面是余弦反射體，余弦反射體向各個(gè)方向反射的光能量都相同，所以相機(jī)最后接收到面元ds反射過(guò)來(lái)的光能量只與平行光照射到面元ds的照度E有關(guān)。這樣式（2.12）就可以表示為,平行光照射余弦反射體時(shí)，余弦反射體所成的圖像上的灰度信息與光源信息、物體表面法向之間的關(guān)系。2.2陰影恢復(fù)形狀光度立體技術(shù)就是根據(jù)圖像上的灰度信息與光源信息、物體表面法向之間的關(guān)系，求出物體表面的梯度信息，最后再根據(jù)梯度信息計(jì)算出物體表面的三維信息。而光度立體技術(shù)是在陰影恢復(fù)形狀（SFS）算法[17]的基礎(chǔ)上發(fā)展過(guò)來(lái)的，因此為了更加深刻的研究光度立體技術(shù)，就需要了解一下陰影恢復(fù)形狀（SFS）算法。Horn等學(xué)者首先根據(jù)圖像上的灰度信息與光源信息、物體表面法向之間的關(guān)系提出了陰影恢復(fù)形狀（SFS）算法。傳統(tǒng)的陰影恢復(fù)形狀算法，假設(shè)光源為等光強(qiáng)的平行光或可近似為等光強(qiáng)平行光的無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)光源；物體表面為余弦反射體；相機(jī)利用正交投影進(jìn)行成像。根據(jù)余弦反射體的成像模型可知，平行光照射余弦反射體時(shí)，圖像上某一像素點(diǎn)的灰度信息可以表

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本文編號(hào)：3513460