7、户外图像阴影建模与检测方法解析

户外图像阴影建模与检测方法解析

1. 引言

在大多数户外场景中，阴影是常见现象，但它给机器人视觉和图像处理带来了诸多问题。为解决这些问题，研究人员提出了两种新的模型：三色衰减模型和三色线性模型，用于从单张户外图像中建模和提取阴影。

1.1 阴影的基本信息

阴影可进一步分为本影和半影区域。本影区域仅受漫射天光照射，半影区域受部分直射阳光和漫射天光照射，非阴影区域受日光（直射阳光和漫射天光）照射。由于天光是日光的一部分，阴影区域的光强度必然低于相应的非阴影背景。具体的光照和光强度信息如下表所示：
| 区域 | 光照情况 | 光强度 |
| — | — | — |
| 非阴影 | 日光（阳光 + 天光） | 高 |
| 半影 | 部分直射阳光 + 漫射天光 | 中 |
| 本影 | 漫射天光 | 低 |

2. 三色衰减模型

2.1 模型原理

设 [FR FG FB] 为彩色图像 F 中像素值的三色向量，[FNSR FNSG FNSB] 为非阴影背景区域的像素值向量，[FSR FSG FSB] 为相应阴影区域的像素值向量，[ΔR ΔG ΔB] 为阴影和非阴影区域的衰减向量。它们之间的关系如下：
[
\begin{cases}
FSR = FNSR - \Delta R \
FSG = FNSG - \Delta G \
FSB = FNSB - \Delta B
\end{cases}
]
若 ΔR、ΔG、ΔB 不同，则阴影区域三个通道的差异与相应非阴影背景区域不同。例如，当 ΔR >