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基于图像的景深渲染算法的研究与实现

张向泽  
【摘要】:景深是相机拍摄的图像所具有的一个重要特征,在摄影学中有着重要意义。景深效果可以用来选择性的强调画面中的一部分,吸引观察者的注意力到画面中清晰对焦的部分;景深也可以用来强调所拍摄场景的深度,增加画面的层次立体感;景深还可以用来营造出一种意境,创造特殊的艺术效果。现有的基于图像后处理的景深渲染方法都存在着缺陷。基于各向同性滤波的后处理方法会使不同深度的像素颜色不正确的混合,造成颜色泄露的缺陷。而对不同深度的区域使用同样的方式进行处理的方法由于没有考虑到前景模糊与背景模糊的区别,得到的结果在前景区域会存在模糊不连续缺陷。大部分后处理方法由于没有考虑部分遮挡的影响,没有对其进行合适的模拟,也会造成缺陷。本文提出的景深渲染算法首先将图像分为背景区域、前景区域以及聚焦区域,分不同的情况使用不同的各向异性滤波器对图像进行处理。其中背景区域使用了一个基于扩散的滤波器,以避免颜色泄漏的缺陷。前景区域使用了一个基于聚合的滤波器,以对部分遮挡的效果进行模拟。聚焦滤波对聚焦区域接近前景的边缘像素进行了特殊处理,混合了部分的前景颜色以避免模糊不连续的缺陷。此后本文又对算法做了进一步的改进,依据像素亮度的不同调节模糊核的权重,实现了对散景效果的模拟。本文使用了CUDA并行计算架构在GPU上对算法进行了并行实现,极大提高了算法的效率,并在此基础之上建立了一个用户友好的可交互的实时图像景深效果渲染系统。通过对本文提出的图像景深渲染算法进行分析和试验,并将实验结果与其他现有的图像景深渲染算法的结果进行比较,可以看到,本文提出的图像景深渲染算法可以有效避免图像后处理方法中常见的颜色泄露缺陷、模糊不连续缺陷和部分遮挡问题造成的缺陷的产生,得到较为真实的景深渲染效果。


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