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电子工程代写|计算机视觉代写Computer Vision代考|Directional illumination
Directional illumination or specular illumination denotes a setup in which parallel light or light from a point light source is used to illuminate the object (Fig. 2.20a). This is the most simple type of illumination, as the setup basically consists of a single light source at a certain distance.
For matte (Lambertian) surfaces, directional illumination produces an irradiance, which depends on the angle of incidence of the light upon the surface. Thus, it can be used to determine the inclination of surfaces with respect to the illumination direction. At the edges of objects, directional illumination casts shadows, and does not illuminate occluded parts of objects. If the camera is observing the scene under a different angle, these shadows are visible in the image and might be confused with object borders.
For specular reflecting surfaces, directional illumination is not the appropriate illumination. These surfaces will appear black for all points where the reflection condition is not met and show specular reflexes for the remaining points.
Most surfaces are mixtures of Lambertian surfaces with additional specular reflection. Thus, object surfaces show highlights that might be confused with surface structures or object edges. Furthermore, these regions might be overexposed and do not contain structural information. On the other hand, the position of specular highlights allows determination of the direction of the surface normal in these areas, as the exact reflection condition is fulfilled. This might be important information for 3-D reconstruction of the scene. Figure $2.21$ a shows an example of a plant leaf illuminated with directional illumination. The leaf shows highlights and a shadow is cast at the lower edge.
电子工程代写|计算机视觉代写Computer Vision代考|Rear illumination
If only the geometrical outline of an opaque flat object is of interest, rear illumination is the common choice of illumination (Fig. 2.20c). Opaque objects appear as black objects without any structure. More interesting features can be obtained using rear illumination for semitransparent objects. For these types of objects, the transmitted radiation exhibits the entire spectrum of bulk-related interaction of radiation with matter, such as refraction, absorption, and scatter. Local inhomogeneities in the absorptivity show up as brightness patterns, integrated over the optical path of the radiation. Prominent examples of such images are $x$-ray images of medical applications. If the absorption is spectrally selective, the spectral content of the transmitted radiation carries additional information on the internal structure of objects.
Rear illumination can be set up with both directional as well as diffuse illumination. Figure $2.21 \mathrm{~b}$ shows an example of a plant leaf illuminated by a diffuser screen behind the leaf. The background and the leaf show a well separated gray value distribution. The edge of the leaf is clearly visible. As the leaf is not totally opaque, it still shows fine structures, related to the more transparent water vessels.
Rear illumination can be considered to be a special case of light field illumination. Here a direct path exists from the light source to the camera, that is, the light source directly illuminates the sensor chip (Fig. 2.20d). As long as no object is present, the image appears bright. Any object in the light path diminishes the image irradiance by refraction, absorption, and scatter of light out of the illumination path. Thus, objects appear dark in front of a bright background. This type of illumination is commonly used to detect whether small objects (particles) are present in the volume between the illumination source and the camera (Section A13).
As opposed to light field illumination, dark field illumination inhibits a direct path between the light source and the camera (Fig. 2.20e). As long as no objects are present in the illumination path, the image appears dark. Objects in the illumination path become visible by scattering, reflecting, or refracting light into the camera. Thus, objects appear bright in front of a dark background. This type of illumination is as well used to detect small particles in the illumination path.
电子工程代写|计算机视觉代写Computer Vision代考|Directional illumination
定向照明或镜面照明表示使用平行光或来自点光源的光来照亮物体的设置（图 2.20a）。这是最简单的照明类型，因为设置基本上由一定距离处的单个光源组成。
对于哑光（朗伯）表面，定向照明会产生辐照度，这取决于光在表面上的入射角。因此，它可用于确定表面相对于照明方向的倾斜度。在对象的边缘，定向照明会投射阴影，并且不会照亮对象的被遮挡部分。如果相机以不同的角度观察场景，这些阴影在图像中是可见的，并且可能与对象边界混淆。
对于镜面反射表面，定向照明不是合适的照明。对于不满足反射条件的所有点，这些表面将显示为黑色，并为其余点显示镜面反射。
大多数表面是带有额外镜面反射的朗伯表面的混合物。因此，对象表面显示可能与表面结构或对象边缘混淆的高光。此外，这些区域可能曝光过度并且不包含结构信息。另一方面，镜面高光的位置允许确定这些区域中表面法线的方向，因为满足了精确的反射条件。这可能是场景 3-D 重建的重要信息。数字2.21a 显示了用定向照明照明的植物叶子的示例。叶子显示高光，并且在下边缘投射阴影。
电子工程代写|计算机视觉代写Computer Vision代考|Rear illumination
如果只对不透明平面物体的几何轮廓感兴趣，则后方照明是照明的常见选择（图 2.20c）。不透明对象显示为没有任何结构的黑色对象。对半透明物体使用后方照明可以获得更多有趣的特征。对于这些类型的物体，透射辐射展示了辐射与物质的整体相关相互作用的整个光谱，例如折射、吸收和散射。吸收率的局部不均匀性表现为亮度模式，集成在辐射的光路上。此类图像的突出示例是X- 医学应用的射线图像。如果吸收是光谱选择性的，则透射辐射的光谱内容会携带有关物体内部结构的附加信息。
后方照明可以设置为定向照明和漫射照明。数字2.21 b显示了由叶子后面的漫射屏照亮的植物叶子的示例。背景和叶子显示出分离良好的灰度值分布。叶子的边缘清晰可见。由于叶子不是完全不透明的，它仍然显示出精细的结构，这与更透明的水容器有关。
后方照明可以认为是光场照明的一种特殊情况。这里从光源到相机存在一条直接路径，即光源直接照亮传感器芯片（图 2.20d）。只要不存在物体，图像就会显得明亮。光路中的任何物体都会通过折射、吸收和散射照明路径外的光来降低图像辐照度。因此，物体在明亮的背景前显得很暗。这种类型的照明通常用于检测照明源和相机之间的体积中是否存在小物体（粒子）（第 A13 节）。
与光场照明相反，暗场照明抑制了光源和相机之间的直接路径（图 2.20e）。只要照明路径中不存在物体，图像就会显得很暗。通过将光散射、反射或折射到相机中，照明路径中的物体变得可见。因此，物体在黑暗背景前显得明亮。这种类型的照明也用于检测照明路径中的小颗粒。
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