本發(fā)明屬于計算攝像學技術領域，特別涉及一種基于卷積稀疏重構和logsum算法的光傳輸成分分解方法。

背景技術：
麻省理工學院媒體實驗室發(fā)明了采集時間精度為2ps的相機，對應每幀的時間內，光傳播的時間為0.6mm的距離，因此也叫這種相機為光速相機。這種飛秒成像裝置由三個部分組成：一是飛秒相機，以每秒750MHz的頻率發(fā)射時長為飛秒級別的激光脈沖；二是條紋相機，這種相機只能采集一維空間的光強隨時間變化的情況；三是旋轉光學系統(tǒng)，由一對旋轉鏡面組成，能夠實現相機在另一維度上的信息的掃描，進而實現二維場景的ps時間分辨率的信息的捕獲。此外，由于幀間時間過短，采集的光強太小，為了提高信噪比和采集精度，所以對于較條紋相機采集維度的另一維度的上的每一個位置需要進行多次采集。武迪等人在2012發(fā)表的基于光傳輸信號分解的論文中提出了一種簡單地基于梯度的光傳輸成分的分離方法，從最直觀的角度出發(fā)，首先計算出光傳輸時間函數關于時間的梯度信息，然后利用梯度變化的趨勢找到直接反射成分的起點和終點，然后用高斯函數對直接反射成分擬合，進而將直接反射成分和間接反射成分分離開。該方法在抗噪和復雜光傳輸的情況下的處理效果均有待改進。

技術實現要素：
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明旨在于提出一種成分分立效果好、不同成分連續(xù)性佳的光傳輸成分分解方法。一種光傳輸成分分解方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：利用光傳輸成分結構模式的先驗知識構造表示光傳輸不同成分的卷積核；S2：建立卷積稀疏重構的光傳輸分解的數學模型，并在數學模型中加入logsum逼近因子；以及S3：實現結合logsum和卷積稀疏重構算法實現光傳輸的成分分解，利用分解出的不同成分進行場景的分析與理解。在本發(fā)明的一個實施例中，所述光傳輸包括直接反射作用、多次反射作用與亞表面散射作用，所述光傳輸的理想時域-輻射度函數包括反射作用函數與亞表面散射作用函數，其中，由于相機固有的PSF核的模糊作用，所述反射結構模型用核寬度為σ高斯核函數來描述，其中，kgauss(t)為高斯核函數，t0為高斯核中心，σ為高斯核寬度，所述亞表面散射作用函數為起始于時刻t0的指數衰減函數和由相機模糊核函數高斯模糊核函數卷積得到的結果，kexp(t)=yexp(t)*kcamera其中其中，yexp(t)為對應的指數衰減函數，kcamera為場景采集系統(tǒng)對應的模糊核函數，α為指數函數的衰減系數。在本發(fā)明的一個實施例中，針對理想時域-輻射度函數，通過調整反射作用的高斯和寬度，亞表面散射作用的起始作用衰減系數α來構建表示光傳輸作用的核。在本發(fā)明的一個實施例中，通過調整反射作用的高斯和寬度，亞表面散射作用的起始作用衰減速度α來構建表示光傳輸作用的核，構建光速相機采集范圍內基本光傳輸模式組成的表示光傳輸作用的核字典，所述核字典的每一成分對應不同參數的可能的形式。在本發(fā)明的一個實施例中，在所述步驟S3中，考慮實際相機采集的精度模型，實際采集的光強時間函數是理想光強時間函數卷積高斯模糊核后的結果。在本發(fā)明的一個實施例中，所述模糊核為時域上的高斯函數，函數寬度由光速相機的采集參數決定。在本發(fā)明的一個實施例中，所述具有稀疏約束的成像模型方程為：其中，*為卷積操作，為表示光傳輸作用的卷積核，為待重構的信號，也就是輸入的光強時間信號，為光傳輸基本構成模式的函數的表征向量，其具有稀疏特性，考慮卷積作用的平移不變性，光傳輸成分的位置信息和幅值信息都包含在該重構的向量中，K為卷積核集合的核個數。在本發(fā)明的一個實施例中，利用卷積稀疏約束和logsum算法求解所述成像模型方程，得到光傳輸的基本構成模式的函數的表征向量綜上，根據本發(fā)明實施例的光傳輸成分分解方法基于卷積稀疏重構和logsum算法，重構并分解得到了光傳輸的基本構成模式，提高了深度邊緣與分離的準確性和真實性。本發(fā)明相較于現有技術來說在深度邊緣的分離效果更符合物理實際，不需要預先知道某種成分可能的個數也能通過卷積稀疏重構實現很好的分離效果。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。附圖說明本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1為本發(fā)明實施例的光傳輸成分分解方法的流程圖；圖2為某場景中某一點在整體圖像中的位置的示意圖；圖3為對應圖2中該點的光強隨時間變化的函數曲線；圖4為本發(fā)明實施例的光傳輸成分分解方法中構建的核的矩陣展開形式的結構示意圖；圖5為相機采集到的時域-輻射度值和重構結果的比較示意圖；圖6為武迪2012CVPR論文中基于梯度的分離效果和本發(fā)明的基于卷積稀疏重構和logsum分解效果的比較示意圖。具體實施方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。如圖1所示，本發(fā)明提出了一種光傳輸成分分解方法，包括如下步驟：S1：利用光傳輸成分結構模式的先驗知識構造表示光傳輸不同成分的卷積核。S2：建立卷積稀疏重構的光傳輸分解的數學模型并在數學模型中加入logsum逼近因子。S3：實現結合logsum和卷積稀疏重構算法實現光傳輸的成分分解，利用分解出的不同成分進行場景的分析與理解。本發(fā)明的基于卷積稀疏重構和logsum算法的光傳輸成分分解方法的具體步驟如下：第一步：利用光傳輸成分結構模式的先驗知識構造表示光傳輸不同成分的卷積核，由于光傳輸作用包括基本的反射作用及亞表面散射作用，其時域-光強（輻射度）函數具有特定表征模式，光傳輸的理想時域-輻射度函數包括反射作用函數與亞表面散射作用函數，其中，反射函數為一個沖激函數和一個高斯函數的卷積得到的結果形式：其中，kgauss(t)為高斯核函數，t0為高斯核中心，σ為高斯核寬度。亞表面散射作用函數為起始于時刻t0的指數衰減函數和由相機模糊核函數高斯模糊核函數卷積得到的結果。kexp(t)=yexp(t)*kcamera其中其中，yexp(t)為對應的指數衰減函數，kcamera為場景采集系統(tǒng)對應的模糊核函數，α為指數函數的衰減系數。圖2為某場景中某一點在整體圖像中的位置的示意圖，該點對應場景中包含成分比較復雜的點，在場景中的邊緣部分，對應該點有一個輻射度時間函數曲線如圖3所示。圖3的曲線中有兩個明顯的高斯峰，對應該點，有直接的從場景中的物體邊緣上反射回來的一次反射成分，有從該點對應的場景中的物體邊緣點對應的后面的墻上點反射回來的直接反射成分，還有從場景中的物體內部射出的全局反射成分。第二步：建立卷積稀疏重構的光傳輸分解的數學模型，并在數學模型中加入logsum逼近因子；對應實際情況中，直接反射（一次反射）成分對應高斯核寬度參數，亞表面散射成分對應的衰減系數參數α。在本實施方式中，首先利用高斯擬合大致確定場景中所有點對應高斯核寬度的大致的分布范圍，然后分別構造對應不同高斯核寬度和指數衰減系數的基核，這些核在不同位置處的分布能夠用光傳輸基矩陣的形式表示出來，如圖4所示，其中，圖4（a）是僅考慮反射作用的基核用矩陣表示出來的形式，圖中為只考慮了一種核寬度的情況。圖4（b）是考慮反射及亞表面散射的基核用矩陣表示出來的形式，圖中對兩種情況分別只考慮了一種核寬度和一種指數衰減系數的情況。第三步：實現結合logsum和卷積稀疏重構算法實現光傳輸的成分分解，利用分解出的不同成分進行場景的分析與理解。建立具有卷積稀疏約束的成像模型，方程為：其中，*為卷積操作，為表示光傳輸作用的卷積核，為待重構的信號，也就是輸入的光強時間信號，K卷積核集合的核個數，為光傳輸基本構成模式的函數的表征向量，其具有稀疏特性，考慮卷積作用的平移不變性，光傳輸成分的位置信息和幅值信息都包含在該重構的向量中。圖5為相機采集到的時域-輻射度值和重構結果的比較示意圖。圖6為武迪2012CVPR論文中基于梯度的分離效果和本發(fā)明的基于卷積稀疏重構和logsum分解效果的比較。從圖6（a）和圖6（b）中可以看出，在處理場景邊緣的點的光傳輸分解時，我們的方法能夠將同時對應光傳輸直接反射成分的兩個峰值都分離出來，而武迪的方法只能分離出其中一個，而且分離的效果非常的不準確。從圖6（c）和圖6（d）可以看出，在場景信號成分比較簡單的情況下，武迪的方法能夠分解好的地方我們也能得到比較好的結果。綜上，我們的方法在普通的情況下，能夠達到和武迪提出的方法類似的分解效果，而在更復雜的情況下能夠得到比武迪的方法更符合物理解釋的分解效果。綜上，根據本發(fā)明實施例的光傳輸成分分解方法基于卷積稀疏重構和logsum算法，重構并分解得到了光傳輸的基本構成模式，提高了深度邊緣與分離的準確性和真實性。本發(fā)明相較于現有技術來說在深度邊緣的分離效果更符合物理實際，不需要預先知道某種成分可能的個數也能通過卷積稀疏重構實現很好的分離效果。需要說明的是，流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應被本發(fā)明的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管上面已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，但上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。