中文摘要：

双向反射率分布函数（BRDF）可以表征材料的光学反射特性，随着多光谱成像技术的广泛应用，BRDF在基于图像的场景分析中将会起到越来越重要的作用。本项目拟针对油画、水墨画和雕像等2D或3D艺术品，研制专门的成像可测角度的分光光度计。从理论和方法上解决艺术品材料表面特定区域和指定入射/反射角度下光谱反射率亦即BRDF的采集问题。用PCA法或ICA法解决光谱通道优化的问题；采用光谱反射率线性模型实现高精度光谱反射率重建；构建BRDF模型，为实测BRDF数据的插值和压缩提供理论依据。采用经配准的双CCD多光谱成像系统进行辐射测量；采用测角器控制光源、物体、相机的空间几何关系。设计并实现BRDF数据库，为场景分析提供依据；由多光谱图像重构材料的BRDF；研究基于BRDF的三维场景多光谱成像仿真方法，实现场景的三维重现和高保真彩色显示。该项目可极大地推动数字博物馆的发展，也为相关领域的研究奠定基础。

结论摘要：

双向反射率分布函数（BRDF）可以表征材料的光学反射特性，随着多光谱成像技术的广泛应用，BRDF在基于图像的场景分析中将会起到越来越重要的作用。本项目针对国画、油画等2D艺术品，从理论和方法上解决艺术品材料表面特定区域和指定入射/反射角度下光谱反射率亦即BRDF的采集问题，力图实现在观察环境、材质、纹理、颜色、质感等方面的真实复制。由多光谱图像重构材料的BRDF信息，构建BRDF模型，为实测BRDF数据的插值和压缩提供理论依据。实验结果表明，所研究的BRDF模型，对粗糙度大的目标表面BRDF进行统计建模都是可行、有效的，而具有方向性的物体表面只能采用四参量模型。用PCA法、R矩阵法等光谱反射率线性模型实现高精度光谱反射率重建。采用两个CMOS成像结构，其中1个彩色CMOS，1黑白CMOS，黑白CMOS用来增强灰度信息，再配合合适的滤光片。实验证明，基于R矩阵的10通道多光谱成像系统重建的光谱反射率精度最高。同时，研究了滤光片优化方法，实验证明，优化选取的滤光片的透过率与复制对象的颜色符合对立色原理。进一步将研究优化滤光片的数学算法。利用亮度信息匹配再现国画艺术品的颜色信息。结合HSI色空间理论对国画亮度与色度信息进行分离，利用Gaussian函数对不同照明角度下PR-715实测图像色块的亮度数值进行拟合，从而建立对应的空间函数关系式。结果表明，利用亮度信息匹配方法可以避开色度信息，仅对亮度信息处理，降低复杂程度，准确对国画色块图像进行重建，具有较高可行性与可靠性。提出一种在普通照明环境下结合基向量法和多项式模型来重建物体表面的光谱反射比的方法。初步研究了基于BRDF的3D场景多光谱成像仿真方法。项目可极大地推动数字博物馆的发展，也为相关领域的研究奠定基础。