Miyazaki microoptics2013

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


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)



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)



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



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)



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




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




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




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




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




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




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




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)



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




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




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




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


10ループ




実験結果


10ループ

ガラス(屈折率 1.5)




実験結果

初期形状(手動設定)

推定形状(10ループ)




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




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)



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




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




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




入力データ

形状画像




実験結果




その他の結果(5:1)




メタメリズム生起のための油絵の具の調合割合の算出




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)



色の知覚

赤(X)

緑(Y)

青(Z)

光源

物体網膜

脳

錐体




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)




絵の具の調合

絵の具データベースD 混合割合w




コスト関数最小化

E1 E2

Dw1 Dw2 Dw1 Dw2

pE1Dw1 pE1Dw2 pE2Dw1 pE2Dw2arg minw1,w2

2 0.5




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




実験結果

光源1 光源2




まとめ



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)



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)



(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.

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