机器视觉基础(3)---光与影

严格来说，光照和影调属于机器视觉的内容，照明在机器视觉检测功能中有着重要的地位。通过设计特殊的照明条件，可以突出待检测的特征，提高图片处理特征提取部分的可靠性，降低工作难度。

光

机器视觉赋予了空间中光更多的内涵和更科学的研究方法。光的度量通过强度，方向来描述。

辐射

从某个表面发出一束光到达另一个表面，这种关系可以通过光的辐射方程来建立。对于从表面到表面的光，可以由以下图来描述。

首先，这束光所发出的能量是L1,第二个平面所接受的能量是L2。这两者的关系可以描述为L1发出的光线强度。L1cosθ1dωdA2
这里dω 表示的是随着半径增大，单位面积上光照强度减小的性质。
也就是说，从一个表面到另一个表面的光线应该和距离，角度，发出强度有关。

接受光强

A2 平面会接受到一个光线，那么这个时候L2也就涉及到接受到的光强度是多少，有多少被吸收，有多少被反射。

漫反射

接受到的光在各个方向反射的强度是相同的

镜面反射

接受到的光沿某单一方向全部反射出去

其他情况

可以认为是漫反射和镜面反射的组合。

影

没有光的地方也就有了影

点光源的影

点光源的影在不考虑相互反射的情况下是单一的，光通量和距离的平方成反比

线光源的影

这个很重要，线光源的光通量和距离的倒数成反比。
图片展是的从平面1，2分别观察线光源的效果（平面上放个半球，光照在半球上)。也就是某点光的能量和距离成反比。

面光源的影

在比较近的情况下，面光源的光通量并不随距离变化，因为不管是否靠近光源，一个半球被光线覆盖总是全部。

从影调恢复物体的形状

求取表面法向量

在局部影调模型（物体表面的光只和光源有关，相互之间不反射）下，从物体表面的明暗恢复物体的形状是有可能的。
原理是，对于一个表面反射率相同的物体，那么，表面反射光的强度就只和光线方向和物体表面发现方向的夹角有关。对于每一个像素点物体表面都有唯一一个点与之对应。那么该点的像素值可以看作是法线与光线夹角的函数。光源点是确定的，那么假设物体上一点的坐标是图像坐标(x,y)，对应的高度是g(x,y).光源点的坐标依次是
(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，(x3,y3,z3)，(x4,y4,z4)，(x5,y5,z5)
只要光源点足够远，点光源的向量可以表示为一个常向量S。

I(x,y)=g(x,y)∗Si

其中g(x,y) 是一个与表面法向量成正比的向量。
可以解出法向量的值。

反求表面形状

法向量是w面在x,y,z方向上的偏导数值。可以通过积分来恢复x,y,z的值。
对于已知x,y点，要恢复z点的值，可以采用离散积分的形式。x固定，在y方向上，df= pian f /pian y dy。沿着y方向逐步推进即可获得该点的高度值。

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