《计算机视觉：算法与应用 第二版》学习2

2.2 光度图像形成（Photometric image formation）

这一节从几何投影模型扩展到光度成像模型，解释了图像中像素的颜色或亮度值是如何生成的。

• 问题背景：几何模型描述了3D世界特征如何映射到图像的2D位置，但图像并不是由“线和点”组成，而是由离散的颜色或强度值组成。

• 核心问题：这些像素值来源于哪里？它们与环境光照、物体表面属性、几何形状、相机光学系统以及传感器特性之间的关系是什么？

• 目标：建立一组物理模型，刻画光源、物体表面、相机之间的相互作用，并构建图像生成的过程模型（generative process of image formation）。

• 参考方向：该主题与计算机图形学和图像合成紧密相关，可在相关教材中深入学习（如 Cohen & Wallace 1993, Marschner & Shirley 2015 等）。

2.2.1 光照（Lighting）

1. 光是成像的前提

• 场景必须被光源照亮才能生成图像。
• 特殊成像方式（如荧光显微镜、X射线断层扫描）不遵循此模型，本书不讨论。

2. 光源类型
   
3. 复杂光分布
   

2.2.2 反射与阴影（Reflectance and shading）

1.光与物体表面相互作用

• 当光照射到物体表面时，会发生散射与反射。
• 为描述这种相互作用，提出了多种数学模型。

2.最通用的模型：双向反射分布函数 (BRDF)

3.常用简化反射模型

• 漫反射 (Diffuse)：光均匀向各方向反射，表面看起来无高光。
• 镜面反射 (Specular)：光集中在特定方向反射，形成高光。
• Phong 着色模型：结合漫反射和镜面反射，用经验公式计算像素亮度。

4.全局光照 (Global Illumination)

• 这些反射模型可作为计算整个场景光照分布的基础。
• 全局光照考虑多次反射、折射、间接光等复杂现象。

BRDF 核心要点

漫反射（Diffuse Reflection / Lambertian Reflection）

镜面反射（Specular Reflection / Glossy Highlight）

Phong Shading 模型

1. 三个组成部分
   
2. P