光照是影响图像质量的重要因素,光照编辑指的是对图像中的真实光照进行自定义的调整,是计算机图形学与数字图像处理等领域的研究内容之一。对图像的光照进行编辑,使得光照分布突出主体对象,有助于图像动态范围压缩、目标识别、图像增强等理论的研究。在摄影、医疗、影视动画、虚拟现实和增强现实等领域中,也常常需要对图像场景中的光照进行调整或者使光照产生动态变化。近年来,随着智能设备和图像编辑软件的发展,越来越多的用户希望能够对各种环境的图像光照进行便捷地调整,尤其是在弱光环境下,对光照编辑与增强的有效性和质量提出了更高的要求。与现实场景的人工布光不同,对图像的进行光照编辑面临着诸多挑战。虽然重加光照等方法能够对图像中的直线光源、点光源或者聚光灯进行调整,但弱光环境下的光照和阴影十分复杂,无法用简单的光照模型来表示,使得光照编辑后的结果存在亮光部分瑕疵严重、真实感缺失以及场景光照错乱等问题。这些问题严重制约了光照编辑研究及应用的快速发展。针对以上问题,本文提出了一种适用于弱光环境下的图像光照编辑与增强方法。本文首先以RGB-D图像作为输入,对深度图优化过程中的纹理复制现象进行研究,解决纹理瑕疵的问题;然后对图像的阴影分解问题进行研究,从而改善光照编辑中阴影带来的不真实感;接下来探索一种新的交互式光照编辑和增强方法,以处理弱光等复杂环境下的图像,使得光照编辑和增强的结果更加鲁棒。本文的主要研究内容以及贡献概述如下:(1)改进一种避免纹理复制的深度图几何优化方法,借鉴纹理结构提取的思路,首先将RGB图像中的纹理滤除,然后利用结构图的明暗信息对深度图进行优化,从而得到避免纹理瑕疵的精细深度图。该方法简单且有效,为光照编辑提供了较为准确的三维信息。(2)改进了一种阴影敏感的本征图像分解方法,借助阴影移除的方法,首先检测出RGB图像中的阴影置信度图,然后设计一种本征图像分解算法,将图像分解成反射率图、明暗图以及阴影图。该方法有效地将光照和阴影信息从原图像中分离出来,使得光照编辑可以在真实光照层面进行。(3)提出了一种基于球谐光照的光照编辑与增强方法,利用球谐光照模型以及光照细节图共同表示复杂的环境光;通过交互式的球谐参数调整方法对光照进行调整或增强;提出一种阴影调整算法,根据球谐光照的变化对应地调整阴影;对多个成分进行合成,从而得到光照编辑与增强后的结果。该算法解决了弱光条件或者复杂光照环境下的光照编辑问题,且结果具有较好的真实感。本文三个部分的研究内容围绕弱光环境下的光照编辑和增强这一研究主题,其中涉及到的深度图优化、本征图像分解等内容为光照编辑提供了前提,使得光照编辑和增强能够更好地处理弱光和复杂环境的图像。本文方法在不同场景下的RGB-D弱光图像上进行了光照编辑和增强的测试,大量实验结果表明本文方法具有可行性和有效性。与现有重加光照方法和图像增强方法的对比实验中,本文的结果更加符合真实的光照调整效果,拥有的瑕疵更少。