Upload
daisuke-miyazaki
View
448
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
Computer Graphics Laboratory, Hiroshima City University
偏光による形状推定および色の解析
宮崎大輔
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
コンピュータビジョンとコンピュータグラフィックス
コンピュータビジョン(CV) コンピュータグラフィックス(CG)
偏光?マルチスペクトル?
現実世界 情報 デジタルデータ 画像
偏光?マルチスペクトル?
黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)イントロ(1/2)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
本日のトピック
1.視体積交差法と偏光を利用した鏡面物体の三次元形状計測
2.偏光レイトレーシング法を用いた透明物体の三次元形状計測
3.偏光と反射モデルとウェーブレット圧縮を利用した物体の見えの再現
4.メタメリズム生起のための油絵の具の調合割合の算出
※この発表では偏光=直線偏光 ※この発表ではスペクトル=分光スペクトル
形状計測 色の解析
実写 CG
光源A 光源B
黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)イントロ(2/2)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
Computer Graphics Laboratory, Hiroshima City University
視体積交差法と偏光を利用した鏡面物体の三次元形状計測
4つの話題のうちの1つ目
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
滑らかな黒色物体の形状計測
形状計測
偏光 → 法線視体積交差法 → 3次元座標
複数視点で観測
黒い
鏡面反射
イントロ(2) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)黒色形状(1/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
偏光と法線の関係
法線の候補
反射面
非偏光
偏光カメラ
部分偏光
方位角最小輝度の時の偏光角=反射面=法線の候補
イントロ(2) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)黒色形状(2/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
2視点以上から法線を一意に決定
カメラ1
方位角1
法線
方位角2
カメラ2
反射面2 反射面1
物体表面
イントロ(2) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)黒色形状(3/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
視体積交差法
物体
カメラ
画像
シルエット
視体積
復元される3次元形状
対象物体の3次元形状
シルエットから復元
イントロ(2) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)黒色形状(4/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験装置
ライティングドーム
対象物体
回転台
偏光カメラ
24視点で撮影
一様光源
イントロ(2) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)黒色形状(5/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
計測対象物体
真の形状
視体積交差法のみ
提案手法視体積交差法+偏光
イントロ(2) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)黒色形状(6/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
計測対象物体 視体積交差法のみ
提案手法視体積交差法+偏光
イントロ(2) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)黒色形状(7/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
Computer Graphics Laboratory, Hiroshima City University
偏光レイトレーシング法を用いた透明物体の三次元形状計測
4つの話題のうちの2つ目
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
目的
• 透明な物体の3次元形状を計測する
– 偏光を解析する
仮想透明物体
実透明物体
偏光解析
イントロ(2) 黒色形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)透明形状(1/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
偏光レイトレーシング
光線の追跡
偏光状態の計算
ミュラー計算法
イントロ(2) 黒色形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)透明形状(2/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
形状計測アルゴリズム
反復計算形状を更新していく
計算された正規化ストークスベクトル(偏光レイトレーシングを使用)
2
min
入力正規化ストークスベクトル(偏光カメラの計測結果)
初期形状
最終結果
イントロ(2) 黒色形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)透明形状(3/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
カメラアダプタ
コンピュータ
モノクロTVカメラ
IR/UVカットフィルタ
電動偏光板
ジオデジックドーム
偏光板コントローラ 内部に透明物体
40Wランプ
プラスチック球
計測装置コクーン
イントロ(2) 黒色形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)透明形状(4/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験結果
アクリル半球屈折率 1.5
直径 30mm
3000
0 5025
1500
誤差/ループ
dxdyII RE
2
誤差(高さ):0.61mm
誤差(法線):7.0
初期形状(従来法)
50ループ
誤差(高さ):2.8mm
誤差(法線):14
初期形状(従来法)
10ループ
イントロ(2) 黒色形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)透明形状(5/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験結果
初期形状(従来法)
10ループ
ガラス(屈折率 1.5)
イントロ(2) 黒色形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)透明形状(6/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験結果
初期形状(手動設定)
推定形状(10ループ)
イントロ(2) 黒色形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2)透明形状(7/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
Computer Graphics Laboratory, Hiroshima City University
偏光と反射モデルとウェーブレット圧縮を利用した物体の見えの再現
4つの話題のうちの3つ目
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
偏光による反射成分の分離
一般的な写真
拡散反射成分
鏡面反射成分
完全偏光 非偏光
鏡面反射 拡散反射
完全偏光
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 条件等色(7) まとめ(2)反射CG(1/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
拡散反射モデル
光源方向と法線(物体の向き)が同じ向きのとき,最も明るくなる
コサイン関数により陰影を表現
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 条件等色(7) まとめ(2)反射CG(2/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
鏡面反射モデル
鏡の方向のとき,最も明るくなる
ガウス関数(正規分布)により艶っぽさを表現
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 条件等色(7) まとめ(2)反射CG(3/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験装置
レーザ距離計測装置
光源
カメラ
偏光板
対象物体
回転台
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 条件等色(7) まとめ(2)反射CG(4/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
入力データ
形状 画像
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 条件等色(7) まとめ(2)反射CG(5/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験結果
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 条件等色(7) まとめ(2)反射CG(6/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
その他の結果(5:1)
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 条件等色(7) まとめ(2)反射CG(7/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
Computer Graphics Laboratory, Hiroshima City University
メタメリズム生起のための油絵の具の調合割合の算出
4つの話題のうちの3つ目
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
メタメリズムアート
光源1 光源2
絵の具1
絵の具2
絵の具1
絵の具2
・絵画・アトラクション・広告・透かし
同じ色に見える 違う色に見える
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) まとめ(2)条件等色(1/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
色の知覚
赤(X)
緑(Y)
青(Z)
光源
物体 網膜
脳
錐体
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) まとめ(2)条件等色(2/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
スペクトル分布
等色関数(CIE-XYZ)
ライト1 絵の具1
絵の具2
X: 0.36
Y: 0.50
Z: 0.14
X: 0.36
Y: 0.50
Z: 0.14ライト1等色関数
(CIE-XYZ)
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) まとめ(2)条件等色(3/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
絵の具の調合
絵の具データベースD 混合割合w
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) まとめ(2)条件等色(4/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
コスト関数最小化
E1 E2
Dw1 Dw2 Dw1 Dw2
pE1Dw1 pE1Dw2 pE2Dw1 pE2Dw2arg minw1,w2
2 0.5
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) まとめ(2)条件等色(5/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験結果
混合塗料1 混合塗料2
光源1 光源2
R: 20
G: 108
B: 0
R: 7
G: 86
B: 5
R: 51
G: 82
B: 23
R: 110
G: 19
B: 16
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) まとめ(2)条件等色(6/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
実験結果
光源1 光源2
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) まとめ(2)条件等色(7/7)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
Computer Graphics Laboratory, Hiroshima City University
まとめ
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
本日のトピック
1.視体積交差法と偏光を利用した鏡面物体の三次元形状計測
2.偏光レイトレーシング法を用いた透明物体の三次元形状計測
3.偏光と反射モデルとウェーブレット圧縮を利用した物体の見えの再現
4.メタメリズム生起のための油絵の具の調合割合の算出
形状計測 色の解析
実写 CG
光源A 光源B
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(1/2)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
CG Lab, Hiroshima City University
発表文献
• 本日の内容– Daisuke Miyazaki, Takuya Shigetomi, Masashi Baba, Ryo Furukawa, Shinsaku Hiura, Naoki
Asada, "Polarization-based surface normal estimation of black specular objects from multiple viewpoints," Proc. 3D Imaging, Modeling, Processing, Visualization & Transmission, pp. 104-111, 2012.
– Daisuke Miyazaki, Katsushi Ikeuchi, "Shape estimation of transparent objects by using inverse polarization raytracing," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 29, no. 11, pp. 2018-2030, 2007.
– Daisuke Miyazaki, Takushi Shibata, Katsushi Ikeuchi, "Wavelet-texture method: Appearance compression by polarization, parametric reflection model, and Daubechies wavelet," International Journal of Computer Vision, vol. 86, no. 2-3, pp. 171-191, 2010.
– Daisuke Miyazaki, Kazuki Nakamura, Masashi Baba, Ryo Furukawa, Masahito Aoyama, ShinsakuHiura, Naoki Asada, "A first introduction to metamerism art," SIGGRAPH ASIA Posters, 2012.
• 偏光とコンピュータの様々な研究の紹介– 宮崎大輔, 池内克史, "偏光の基礎理論とその応用," 情報処理学会論文誌 コンピュータビジョンとイメージメディア, Vol. 1, No. 1, pp. 64-72, 2008.6
• ウェブページ– http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/~miyazaki/
イントロ(2) 黒色形状(7) 透明形状(7) 反射CG(7) 条件等色(7) まとめ(2/2)
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/
Computer Graphics Laboratory, Hiroshima City University
(c) Daisuke Miyazaki 2013
All rights reserved.
http://www.cg.info.hiroshima-cu.ac.jp/~miyazaki/
宮崎大輔, "偏光による形状推定および色の解析," 第127回微小光学研究会, 東京, 2013年3月.