Градиенты текстуры
В повседневной речи под текстурой подразумевается свойство поверхностей, связанное с осязательными ощущениями, которое оно напоминает (слово "текстура" имеет тот же корень, что и слово "текстиль"). А в проблематике машинного зрения этим словом обозначается тесно связанное понятие, определяющее наличие повторяющегося в пространстве рисунка на поверхности, который может быть обнаружен визуально. В качестве примеров можно назвать одинаковый ряд окон на здании, стежки на свитере, пятна на шкуре леопарда, травинки на лужайке, гальку на берегу и толпу людей на стадионе. Иногда взаимное расположение повторяющихся рисунков является весьма регулярным, как в случае стежков на свитере, а в других случаях, таких как галька на берегу, регулярность обеспечивается только в определенном статистическом смысле: плотность расположения гальки приблизительно одинакова в разных частях пляжа.
Сказанное выше является справедливым применительно только к реальной сцене, а на изображении кажущиеся размеры, форма, взаиморасположение и другие характеристики элементов текстуры (называемых текселами) действительно различаются, как показано на рис. 24.12. Например, черепицы выглядят одинаковыми только в реальной сцене, а на изображении размеры и форма проекций черепиц варьируют, и это связано с двумя описанными ниже основными причинами.
1. Различия в расстояниях от текселов до видеокамеры. Напомним, что в перспективной проекции удаленные объекты кажутся меньшими. Коэффициент масштабирования равен 1 / z.
2. Различия в ракурсах текселов. Эта причина связана с ориентацией каждого тексела относительно линии зрения, направленной от камеры. Если тексел расположен перпендикулярно линии зрения, то ракурс отсутствует. Величина эффекта ракурса пропорциональна cose, где а — угол поворота плоскости тексела.
Проведя определенные выкладки в рамках математического анализа, можно вычислить выражения для скорости изменения различных характеристик текселов изображения, таких как площадь, ракурс и плотность. Такие показатели называются градиентами текстуры и являются функциями от формы поверхности, а также от углов ее поворота и наклона по отношению к местонахождению наблюдателя.
Для восстановления данных о форме из данных о текстуре можно использовать следующий двухэтапный процесс: а) измерить градиенты текстуры; б) определить оценочные значения формы поверхности, а также углов ее поворота и наклона, которые могли бы привести к получению измеренных градиентов текстуры. Результаты применения этого процесса приведены на рис. 24.12.
Примеры применения процесса восстановления формы: сцена, на которой показан градиент текстуры. Восстановление данных об ориентации поверхности может быть выполнено на основании предположения, что реальная текстура является однородной. Вычисленное значение ориентации поверхности показано путем наложения на изображение белого кружка и указателя, трансформированного так, как если бы кружок был нарисован на поверхности в этом месте (а); восстановление данных о форме по данным о текстуре в случае криволинейной поверхности (изображения любезно предоставлены Джитендрой Маликом (Jitendra Malik) и Рут Розенхольц (Ruth Rosenholtz) [972]) (б)