JP2017037004A - Information processing device, information processing method and program - Google Patents

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尋之 久保
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尋之 久保
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily calculating an anisotropy evaluation value representing an intensity of the anisotropy of BRDF (a bidirectional reflectance distribution function) in a measurement target object at a high speed.SOLUTION: An information processing device for evaluating the anisotropy of a reflection characteristic of an object includes: image data acquisition means 605 for using an imaging device and a light source arranged on an optical axis of the imaging device to image an object, and acquiring image data; calibration image data acquisition means 604 for acquiring calibration image data for calibrating the imaging device and the light source; reflectance map calculation means 606 for calculating a reflectance map of the object on the basis of the image data and the calibration image data; and anisotropy evaluation value calculation means 607 for using reflectance corresponding onto a circumference with the optical axis of the imaging device as a center in the reflectance map to calculate an anisotropy evaluation value about the object.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、物体の反射特性における異方性の評価値を算出する方法に関する。   The present invention relates to a method for calculating an evaluation value of anisotropy in reflection characteristics of an object.

近年、コンピュータグラフィクス(CG)は様々な分野で利用が拡大しており、実物の質感を忠実に再現した画像を生成する技術が強く要請されている。物体の見た目の質感は反射特性と呼ばれ、金属など不透明な素材の反射特性は双方向反射率分布関数(Bi−directional Reflectance Distribution Function;BRDF)によって表される。従って、実物に忠実なCGを生成するためにはBRDFの計測は欠かすことができない。また、物体はそれぞれ特有の質感を有しており、現実の風景をCGで再現するためには多様な物体に対してBRDFを計測することが必要不可欠である。   In recent years, the use of computer graphics (CG) has expanded in various fields, and there is a strong demand for a technique for generating an image that faithfully reproduces the real texture. The texture of an object's appearance is called a reflection characteristic, and the reflection characteristic of an opaque material such as metal is represented by a bi-directional reflectance distribution function (BRDF). Therefore, BRDF measurement is indispensable for generating a CG faithful to the actual product. In addition, each object has a specific texture, and it is indispensable to measure BRDF for various objects in order to reproduce a real landscape with CG.

しかしながら、BRDFは光線の入射方向(2変数)と出射方向(2変数)とを変数とする4変数関数であるため、BRDFを計測する際には入射方向と出射方向との膨大な組み合わせについて反射率を計測する必要がある。従って計測回数も膨大となり、結果としてBRDFの計測には極めて多くの計測時間を要する。   However, since BRDF is a four-variable function in which the incident direction (two variables) and the exit direction (two variables) of the light beam are variables, when BRDF is measured, reflection is performed for a huge combination of the incident direction and the exit direction. It is necessary to measure the rate. Therefore, the number of times of measurement becomes enormous, and as a result, a very long measurement time is required for BRDF measurement.

従来、BRDFの計測を自動で実行するものとしては、ターンテーブルとアーチアームを用いる手法が従来技術として知られている(特許文献1)。ターンテーブルに計測対象物体を設置し、アーチアームに光源と受光器を取り付けて様々な入射方向と出射方向に設置することで、自動的にBRDFを計測するものであった。   Conventionally, a technique using a turntable and an arch arm is known as a conventional technique for automatically executing BRDF measurement (Patent Document 1). A BRDF is automatically measured by installing a measurement target object on a turntable, attaching a light source and a light receiver to an arch arm, and installing them in various incident directions and outgoing directions.

また、計測対象物体の等方性BRDF(Isotropic BRDF)を計測する等方性BRDF計測技術も従来技術として知られている(非特許文献1)。等方性BRDF計測技術は、計測対象物体のBRDFの等方性反射を仮定して、限られた入射方向と出射方向の組み合わせで高速にBRDFを計測するものであった。   Further, an isotropic BRDF measurement technique for measuring an isotropic BRDF (Isotropic BRDF) of an object to be measured is also known as a conventional technique (Non-Patent Document 1). The isotropic BRDF measurement technique measures BRDF at high speed with a limited combination of incident and outgoing directions, assuming isotropic reflection of the BRDF of an object to be measured.

特開2006−275955号公報JP 2006-275955 A

Wojciech Matusik, Hanspeter Pfister, Matt Brand, and Leonard McMillan. “A Data−Driven Reflectance Model”. ACM Transactions on Graphics. 22(3) 2002.Wojciech Matusik, Hanspetter Pfister, Matt Brand, and Leonard McMillan. “A Data-Driven Reflection Model”. ACM Transactions on Graphics. 22 (3) 2002.

しかしながら、特許文献1の技術ではBRDF計測の自動化が可能であるが、計測回数自体が削減されたわけではない。   However, although the technology of Patent Document 1 can automate BRDF measurement, the number of times of measurement itself has not been reduced.

また、非特許文献1の手法は異方性BRDF(Anisotropic BRDF)を対象としておらず、異方性反射が顕著な物体に対しては正確なBRDFの測定が困難である。そのため、未知の物体のBRDFを計測する場合には、予めBRDFに異方性があるかどうかを判断する必要がある。   In addition, the method of Non-Patent Document 1 does not target anisotropic BRDF (Anisotropic BRDF), and it is difficult to accurately measure BRDF for an object with significant anisotropic reflection. Therefore, when measuring the BRDF of an unknown object, it is necessary to determine in advance whether the BRDF has anisotropy.

BRDFの異方性の有無は、目視やターンテーブルに乗せた計測対象物体の反射光を受光器によって計測することで可能であるが、目視のあいまいさや異方性の有無の計測自体に多くの時間を要することが課題であった。   The presence or absence of anisotropy of BRDF can be determined by measuring the reflected light of a measurement target object placed on a turntable or by visual observation with a light receiver. It took time.

そこで、本発明の目的は、計測対象物体におけるBRDFの異方性の強さ表す異方性評価値を、簡易にかつ高速に算出可能な情報処理装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an information processing apparatus that can easily and rapidly calculate an anisotropy evaluation value representing the strength of anisotropy of BRDF in a measurement target object.

上記の目的を達成するために、本発明に係る情報処理装置は、
物体の反射特性の異方性を評価する情報処理装置であって、
撮像装置と、前記撮像装置の光軸上に配置した光源とを用いて前記物体を撮像し、画像データを取得する画像データ取得手段と(605)、
前記撮像装置と前記光源とを校正するための校正用画像データを取得する校正用画像データ取得手段と(604)、
前記画像データと前記校正用画像データをもとに前記物体の反射率マップを算出する反射率マップ算出手段と(606)、
前記反射率マップにおいて前記撮像装置の光軸を中心とした円周上に対応する反射率を用いて、前記物体に関する前記異方性評価値を算出する異方性評価値算出手段と(607)
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an information processing apparatus according to the present invention provides:
An information processing apparatus for evaluating the anisotropy of reflection characteristics of an object,
(605) an image data acquisition unit that images the object using an imaging device and a light source disposed on the optical axis of the imaging device and acquires image data;
Calibration image data acquisition means for acquiring calibration image data for calibrating the imaging device and the light source (604);
(606) a reflectance map calculating means for calculating a reflectance map of the object based on the image data and the calibration image data;
(607) anisotropy evaluation value calculation means for calculating the anisotropy evaluation value for the object using a reflectance corresponding to a circumference around the optical axis of the imaging device in the reflectance map;
It is characterized by having.

本発明に係る情報処理装置にれば、物体のBRDFの異方性評価値を算出し、これに基づいてBRDFの計測手法を選択することで、物体の反射特性計測の負荷を低減する効果を奏する。   According to the information processing apparatus of the present invention, the BRDF anisotropy evaluation value of the object is calculated, and the measurement method of the BRDF is selected based on the calculated value. Play.

実施例1に係るBRDFの異方性を説明する図The figure explaining the anisotropy of BRDF which concerns on Example 1. 実施例1に係る異方性評価値を算出するための光学系を説明する図FIG. 5 is a diagram for explaining an optical system for calculating anisotropy evaluation values according to Example 1; 実施例1に係るシステム構成例を示す図FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system configuration according to the first embodiment. 実施例1に係る画像データ取得装置の外観を示す図1 is a diagram illustrating an appearance of an image data acquisition apparatus according to a first embodiment. 実施例1に係る情報演算処理装置の内部構成を示す図The figure which shows the internal structure of the information arithmetic processing apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る概要機能構成を表す図The figure showing the outline functional composition concerning Example 1. 実施例1に係る一連の処理の流れを示すフローチャートFlowchart showing a flow of a series of processes according to the first embodiment. 実施例1に係る球形の計測対象物体を計測するための光学系を説明する図FIG. 3 is a diagram illustrating an optical system for measuring a spherical measurement target object according to the first embodiment. 実施例1に係るハーフミラーを使用するときの光学系を説明する図FIG. 5 is a diagram illustrating an optical system when using the half mirror according to the first embodiment. 実施例1に係るリング状の光源を使用するときの光学系を説明する図FIG. 5 is a diagram illustrating an optical system when using a ring-shaped light source according to the first embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
[実施例1]
現実に存在する物体(実物体)の質感を反映したCG画像を生成するためには、実物体の反射特性の計測に基づいたレンダリングをする必要がある。一般的に物体の反射特性は、ある方向の入射光と反射光との比であるBRDFによって表される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[Example 1]
In order to generate a CG image that reflects the texture of an actual object (real object), it is necessary to perform rendering based on measurement of the reflection characteristics of the real object. Generally, the reflection characteristic of an object is represented by BRDF which is a ratio of incident light and reflected light in a certain direction.

まず、本発明で評価値を算出する対象であるBRDFの異方性について図1を用いて説明する。   First, the anisotropy of BRDF, which is a target for calculating an evaluation value in the present invention, will be described with reference to FIG.

平板状の計測対象物体101を原点Oに設置してその計測面の法線ベクトルをn、接ベクトルをt、従法線ベクトルをbnとする。また、原点Oに入射する光の方向ベクトル(入射方向ベクトル)をwi、点Oから反射によって出て行く光の方向ベクトル(出射方向ベクトル)をwoとする。このとき計測対象物体のBRDF frは任意の入射方向wiから出射方向woへ反射率であり、一般に次のように表される。   A flat measurement target object 101 is set at the origin O, the normal vector of the measurement surface is n, the tangent vector is t, and the subnormal vector is bn. In addition, the direction vector (incident direction vector) of light incident on the origin O is denoted by wi, and the direction vector (outgoing direction vector) of light exiting from the point O by reflection is denoted by wo. At this time, BRDF fr of the measurement target object is a reflectance from an arbitrary incident direction wi to an outgoing direction wo, and is generally expressed as follows.

なお、Lrは点Oにおけるwo方向の放射輝度、Eiは点Oにおけるwi方向の放射照度である。さらに、接ベクトルt、従法線ベクトルbn、法線ベクトルnからなる接空間において、入射方向ベクトルwiと出射方向ベクトルwoとを極座標表示したとき、それぞれ Note that Lr is the radiance in the wo direction at the point O, and Ei is the irradiance in the wi direction at the point O. Further, when the incident direction vector wi and the outgoing direction vector wo are displayed in polar coordinates in the tangent space composed of the tangent vector t, the normal vector bn, and the normal vector n, respectively,

と表される。従ってBRDFは極座標表示を用いて次のように書きかえることができる。 It is expressed. Therefore, BRDF can be rewritten as follows using the polar coordinate display.

ただしφdは次式で定める。 However, φd is determined by the following equation.

このとき、BRDFがφiに依存しない場合にはその物体のBRDFは等方性であるといい、逆にφiに依存する場合には異方性であるという。 At this time, if the BRDF does not depend on φi, the BRDF of the object is said to be isotropic, and conversely if it depends on φi, it is said to be anisotropic.

なお、φiは、wiをtとbnとからなる接平面に投影したベクトルと、接ベクトルtとのなす角であり、一般に次式で表される。   Note that φi is an angle formed by a vector obtained by projecting wi on a tangent plane composed of t and bn and the tangent vector t, and is generally expressed by the following equation.

そのため、BRDFの異方性は本質的には接ベクトル依存性によって評価することができるが、本実施例では簡単のためφiの依存性としてBRDFの異方性を評価する。   Therefore, the anisotropy of BRDF can be evaluated essentially by the tangent vector dependency, but in this embodiment, the anisotropy of BRDF is evaluated as the dependency of φi for simplicity.

本実施例では、BRDFのφiの依存性に着目して図2に示す光学系を用い、異方性を評価する。以下では具体的な異方性評価値の算出方法の詳細を説明する。   In this embodiment, paying attention to the dependence of BRDF on φi, the anisotropy is evaluated using the optical system shown in FIG. Below, the detail of the calculation method of a specific anisotropy evaluation value is demonstrated.

図2において、受光器201の位置を点E、受光器の光軸204の上に配置した光源202の位置を点Lとし、計測対象物体203と光軸204との交点を点C0する。なお、本実施例では光源202として点光源の例を説明する。また、点C0を中心とする半径rの円Cにおいて、円周上の任意の2点を点P1、点P2とし、それぞれの点における入射光ベクトルと出射光ベクトルとをwip1,wop1、wip2、wop2とする。これらのベクトルは、極座標系を用いて次式で表される。   In FIG. 2, the position of the light receiver 201 is a point E, the position of the light source 202 disposed on the optical axis 204 of the light receiver is a point L, and the intersection of the measurement target object 203 and the optical axis 204 is a point C0. In this embodiment, an example of a point light source will be described as the light source 202. In addition, in a circle C having a radius r centered on the point C0, two arbitrary points on the circumference are defined as a point P1 and a point P2, and the incident light vector and the emitted light vector at the respective points are denoted by wip1, wop1, wip2, Let it be wop2. These vectors are expressed by the following equations using a polar coordinate system.

このとき、三角形EC0P1と三角形LC0P1は同一平面上に存在し、また三角形EC0P2と三角形LC0P2も同一平面上に存在するため、次式が成り立つ。   At this time, since the triangle EC0P1 and the triangle LC0P1 exist on the same plane, and the triangle EC0P2 and the triangle LC0P2 also exist on the same plane, the following equation holds.

さらに、点P1と点P2は同一円周上にあるため次式が成立する。   Further, since the point P1 and the point P2 are on the same circumference, the following equation is established.

このとき、点P1を観測して得られる反射率 fr,p1は式(4)に従って表すと   At this time, the reflectance fr, p1 obtained by observing the point P1 is expressed according to the equation (4).

であり、点P2を観測して得られる反射率 fr,p2は The reflectance fr, p2 obtained by observing the point P2 is

である。fr,p1とfr,p2とは、第1〜3変数(すなわちθip、θop、0)が等しい。従って計測対象物体のBRDFが等方性である(φiに依存しない)ならば円C上の任意の点で観測する反射率は等しくなる。 It is. fr, p1 and fr, p2 are equal in the first to third variables (that is, θip, θop, 0). Therefore, if the BRDF of the measurement target object is isotropic (does not depend on φi), the reflectance observed at any point on the circle C is equal.

そこで、円C上のN点での反射率を次式で表す。   Therefore, the reflectance at the point N on the circle C is expressed by the following equation.

このとき、異方性評価値βを反射率の分散σ2で表し、次式によって算出する。   At this time, the anisotropy evaluation value β is expressed by the reflectance variance σ2, and is calculated by the following equation.

ただし、   However,

とおく。 far.

なお、本実施例では異方性評価値の算出には反射率の分散を用いたがこれに限らず、例えば、反射率の最小値と最大値との差の絶対値を用いてもよい。   In this embodiment, the dispersion of the reflectance is used to calculate the anisotropy evaluation value. However, the present invention is not limited to this. For example, the absolute value of the difference between the minimum value and the maximum value of the reflectance may be used.

本実施例では、以上で説明した異方性評価値を、計測対象物体を撮像して得られる画像データに基づき算出する。さらに、算出した異方性評価値に応じて適応的にBRDFを計測することにより、計測に要する時間の短縮を実現する。   In the present embodiment, the anisotropy evaluation value described above is calculated based on image data obtained by imaging the measurement target object. Furthermore, by measuring BRDF adaptively according to the calculated anisotropy evaluation value, the time required for measurement is shortened.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図3は、本実施例に係るシステム構成例を示す図である。本システムは、異方性評価値を算出する画像処理装置301と、計測対象物体の反射特性を計測する反射特性計測装置302とで構成される。画像処理装置301は、画像データ取得を行う画像データ取得装置303と、得られた画像データから異方性評価値の算出をはじめとする後述する各種の処理を行う情報演算処理装置304とからなる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 3 is a diagram illustrating a system configuration example according to the present embodiment. This system includes an image processing device 301 that calculates an anisotropy evaluation value and a reflection property measurement device 302 that measures the reflection property of a measurement target object. The image processing apparatus 301 includes an image data acquisition apparatus 303 that acquires image data, and an information arithmetic processing apparatus 304 that performs various processes described later including calculation of anisotropy evaluation value from the obtained image data. .

本実施例では、計測対象物体を画像データ取得装置303で撮影し、得られたデータに基づいて情報演算処理装置304で異方性評価値を算出する。反射特性計測装置302は、例えば特許文献1や非特許文献1にあるような光学測定機器である。この計測装置は計測方法を切り替えることができるものとし、計測対象物体のBRDFを計測する際に異方性評価値を用いることで、計測対象物体の異方性の強さに応じて適応的にBRDFを計測することが可能である。   In this embodiment, the measurement target object is photographed by the image data acquisition device 303, and the anisotropy evaluation value is calculated by the information calculation processing device 304 based on the obtained data. The reflection characteristic measuring apparatus 302 is an optical measuring instrument as described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example. This measurement apparatus can switch the measurement method, and adaptively according to the anisotropy strength of the measurement target object by using the anisotropy evaluation value when measuring the BRDF of the measurement target object. It is possible to measure BRDF.

例えば、異方性評価値が十分小さく、BRDFが等方性であるとみなすことができる物体に対しては、非特許文献1で提案された手法を用いて等方性BRDFを高速に計測する。また、異方性評価値が大きく、BRDFの異方性が比較的大きい物体は、特許文献1で提案された手法を用いて異方性BRDFを計測する。一般に、異方性BRDFの計測よりも等方性BRDFの計測の方が計測に要する時間が短いことが知られている。そのため、例えば複数の計測対象物体がある場合、全てを特許文献1のような手法で計測するよりも、BRDFの異方性が小さいと判断された計測対象物体に関しては非特許文献1のような手法で計測することにより計測時間を削減することが可能となる。   For example, for an object whose anisotropy evaluation value is sufficiently small and the BRDF can be regarded as isotropic, the isotropic BRDF is measured at high speed using the method proposed in Non-Patent Document 1. . For an object having a large anisotropy evaluation value and a relatively large BRDF anisotropy, the anisotropic BRDF is measured using the method proposed in Patent Document 1. In general, it is known that measurement of isotropic BRDF takes less time than measurement of anisotropic BRDF. Therefore, for example, when there are a plurality of measurement target objects, the measurement target object that is determined to have a small BRDF anisotropy rather than all of the measurement target techniques as in Patent Document 1 is as in Non-Patent Document 1. Measurement time can be reduced by measuring with this method.

図4には、図2で示す光学系の一例としての画像データ取得装置303の外観を表す。画像データ取得装置303は、受光器としての撮像装置401、光源402、ステージ403、光源402の支持部404から構成される。光源402は撮像装置401の光軸204上に設置する。また、平板の計測対象物体203はステージ403の上に設置し、計測面の法線が光軸204と平行になるように設置する。   FIG. 4 shows the appearance of the image data acquisition device 303 as an example of the optical system shown in FIG. The image data acquisition device 303 includes an imaging device 401 as a light receiver, a light source 402, a stage 403, and a support unit 404 for the light source 402. The light source 402 is installed on the optical axis 204 of the imaging device 401. The flat measurement target object 203 is installed on the stage 403 so that the normal line of the measurement surface is parallel to the optical axis 204.

図5は情報演算処理装置304の内部構成を示す図である。情報演算処理装置304は、CPU501、RAM502、ROM503、HDDインタフェイス(I/F)504、ハードディスクドライブ(HDD)505、入力I/F506、出力I/F507、システムバス508で構成される。   FIG. 5 is a diagram showing an internal configuration of the information processing unit 304. The information processing unit 304 includes a CPU 501, RAM 502, ROM 503, HDD interface (I / F) 504, hard disk drive (HDD) 505, input I / F 506, output I / F 507, and system bus 508.

演算装置であるCPU501は、RAM502をワークメモリとして、ROM503またはHDD505に格納されたプログラムを実行し、システムバス507を介して後述する各構成を統括的に制御する。これにより、異方性評価値の算出など後述する様々な処理が実行される。HDDI/F504は、例えばシリアルATA等のインタフェイスであり、二次記憶装置としてのHDD505とシリアルバス508とを接続する。CPU501は、HDDI/F504を介してHDD505からのデータ読み出し、およびHDD505へのデータ書き込みが可能である。   The CPU 501 that is an arithmetic device executes a program stored in the ROM 503 or the HDD 505 using the RAM 502 as a work memory, and comprehensively controls each component described later via the system bus 507. Thereby, various processes to be described later such as calculation of anisotropy evaluation value are executed. The HDD I / F 504 is an interface such as serial ATA, for example, and connects the HDD 505 as a secondary storage device and a serial bus 508. The CPU 501 can read data from the HDD 505 and write data to the HDD 505 via the HDD I / F 504.

さらにCPU501は、HDD505に格納されたデータをRAM502に読み出し、同様に、HDD505に対してRAM502に展開されたデータの保存を指示することが可能である。CPU501は、RAM502に展開したデータを読み出し、プログラムとして実行することができる。なお、二次記憶装置はHDDの他、フラッシュメモリや光ディスクドライブ等の記憶デバイスでもよい。入力I/F506は、例えばRS232CやUSB等のインタフェイスであり、このI/Fを介して画像データ取得装置303と接続して画像データを受信する。   Further, the CPU 501 can read the data stored in the HDD 505 to the RAM 502 and similarly can instruct the HDD 505 to save the data expanded in the RAM 502. The CPU 501 can read the data developed in the RAM 502 and execute it as a program. The secondary storage device may be a storage device such as a flash memory or an optical disk drive in addition to the HDD. The input I / F 506 is an interface such as RS232C or USB, for example, and is connected to the image data acquisition device 303 via this I / F to receive image data.

また、出力I/F507は、例えばRS232CやUSB等のインタフェイスであり、このI/Fを介して反射特性計測装置302と接続して、算出した異方性評価値を送信する。なお入力I/F506および出力I/F507の形態に制約はなく、例えばSDメモリーカードなどの媒体を介してデータの受け渡しを行ってもよい。   The output I / F 507 is an interface such as RS232C or USB, for example, and is connected to the reflection characteristic measurement device 302 via this I / F to transmit the calculated anisotropy evaluation value. There are no restrictions on the form of the input I / F 506 and the output I / F 507, and data may be transferred via a medium such as an SD memory card.

図6は本実施例に係る機能ブロック図であり、画像取得部601、演算部602、反射特性計測部603で構成される。また、画像取得部601は、校正用画像データ取得部604、画像データ取得部605とから構成される。さらに演算部602は、反射率マップ取得部606、異方性評価値算出部607で構成される。   FIG. 6 is a functional block diagram according to the present embodiment, which includes an image acquisition unit 601, a calculation unit 602, and a reflection characteristic measurement unit 603. The image acquisition unit 601 includes a calibration image data acquisition unit 604 and an image data acquisition unit 605. Further, the calculation unit 602 includes a reflectance map acquisition unit 606 and an anisotropy evaluation value calculation unit 607.

校正用画像データ取得部604では、画像データ取得装置303を使用してBRDFが既知の物体を撮像する。画像データ取得部605では、画像データ取得装置303を使用して計測対象物体を撮像する。反射率マップ算出部606では、撮像データと校正用撮像データとを用いて反射率マップを算出する。異方性評価値算出部607では、反射率マップを用いて計測対象物体の異方性評価値を算出する。反射特性計測部603では、異方性評価値に基づき計測対象素材に適した計測方法を用いてBRDFを計測する。   The calibration image data acquisition unit 604 images an object whose BRDF is known using the image data acquisition device 303. The image data acquisition unit 605 images the measurement target object using the image data acquisition device 303. The reflectance map calculation unit 606 calculates a reflectance map using the imaging data and the calibration imaging data. The anisotropy evaluation value calculation unit 607 calculates the anisotropy evaluation value of the measurement target object using the reflectance map. The reflection characteristic measurement unit 603 measures BRDF using a measurement method suitable for the measurement target material based on the anisotropy evaluation value.

図7は本実施例に係る異方性評価値の算出と、これに基づくBRDF計測の流れを示すフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart showing the flow of calculation of the anisotropy evaluation value and the BRDF measurement based on the calculation of the anisotropy evaluation value according to the present embodiment.

ステップS701では、校正用画像データ取得部604が画像データ取得装置303を用いて校正用物体を撮像して校正用画像データを取得し、情報演算処理装置304に転送する。   In step S <b> 701, the calibration image data acquisition unit 604 captures a calibration object using the image data acquisition device 303 to acquire calibration image data, and transfers the calibration image data to the information processing unit 304.

本ステップで計測する校正用物体はBRDFが既知であればよく、例えば標準白色板を使用する。このとき得られた校正用画像データの各画素における輝度値をIw(w,h)とする。なお、w、hはそれぞれ校正用画像データの横方向と縦方向の画素位置である。   The calibration object to be measured in this step only needs to have BRDF, for example, a standard white plate is used. The luminance value at each pixel of the calibration image data obtained at this time is defined as Iw (w, h). Note that w and h are the horizontal and vertical pixel positions of the calibration image data, respectively.

ステップS702では、画像データ取得部605が計測対象物体を撮像して画像データを取得し、情報演算処理装置304に転送する。このとき得られた画像データの各画素における輝度値をI(w,h)とする。   In step S <b> 702, the image data acquisition unit 605 captures the measurement target object, acquires image data, and transfers the image data to the information calculation processing device 304. The luminance value at each pixel of the image data obtained at this time is defined as I (w, h).

ステップS703では、反射率マップ算出部606が、ステップS701で取得した校正用画像データとステップS702で取得した画像データとから反射率マップを算出する。反射率マップとは画像データの各画素位置に対応する撮影対象物体の反射率を格納した2次元のマップである。画素位置(w,h)に対応する反射率fr(w,h)は校正用画像データの輝度値と画像データの輝度値との比で表され、一般に次式を用いて算出する。   In step S703, the reflectance map calculation unit 606 calculates a reflectance map from the calibration image data acquired in step S701 and the image data acquired in step S702. The reflectance map is a two-dimensional map that stores the reflectance of the object to be imaged corresponding to each pixel position of the image data. The reflectance fr (w, h) corresponding to the pixel position (w, h) is represented by the ratio between the luminance value of the calibration image data and the luminance value of the image data, and is generally calculated using the following equation.

なお、fr,wは校正用物体の反射率である。ステップS704では、異方性評価値算出部607がステップS703で算出した反射率マップをもとに、計測対象物体の異方性評価値を算出する。   Fr and w are reflectances of the calibration object. In step S704, the anisotropy evaluation value calculation unit 607 calculates the anisotropy evaluation value of the measurement target object based on the reflectance map calculated in step S703.

まず、反射率マップから、光軸204を中心とした同一円周上における反射率の集合を抽出する。一例として、反射率マップにおける光軸204の画素位置を(wo,ho)とし、半径をr0とすると、N個の画素(wc1,hc1),(wc2,hc2),・・・,(wcN,hcN)がいずれも次式を満たす時、これらの画素は同一の円周上に存在する。   First, a set of reflectances on the same circumference centered on the optical axis 204 is extracted from the reflectance map. As an example, assuming that the pixel position of the optical axis 204 in the reflectance map is (wo, ho) and the radius is r0, N pixels (wc1, hc1), (wc2, hc2), ..., (wcN, When both hcN) satisfy the following equation, these pixels exist on the same circumference.

但し、i∈[1,N]である。 However, iε [1, N].

次に、反射率マップからこれらの画素位置に対応する反射率fr(wci,hci)を抽出し、これを式(18)におけるfr,iとして次式のように表す。   Next, the reflectance fr (wci, hci) corresponding to these pixel positions is extracted from the reflectance map, and this is expressed as fr, i in equation (18) as follows.

このとき、式(18)を用いて異方性評価を算出し、反射特性計測部603に送信する。   At this time, anisotropy evaluation is calculated using Expression (18) and transmitted to the reflection characteristic measurement unit 603.

ステップS705では、反射特性計測部608がステップS704で算出した異方性評価値に応じた計測方法で計測対象物体のBRDFを計測する。   In step S705, the reflection characteristic measurement unit 608 measures the BRDF of the measurement target object by a measurement method according to the anisotropy evaluation value calculated in step S704.

例えば、異方性評価値があらかじめ定めた閾値より小さい場合には、BRDFを高速に計測可能な非特許文献1で提案された手法を用いる。また、異方性評価値があらかじめ定めた閾値より大きい場合にはBRDFを自動で計測可能な特許文献1で提案された手法を用いて計測を行う。   For example, when the anisotropy evaluation value is smaller than a predetermined threshold value, the method proposed in Non-Patent Document 1 capable of measuring BRDF at high speed is used. Further, when the anisotropy evaluation value is larger than a predetermined threshold value, measurement is performed using the method proposed in Patent Document 1 capable of automatically measuring BRDF.

なお、画像データ取得部605が取得する画像データや校正用画像データ取得部604が取得する校正用画像データには、光源202の支持部404が映りこみ、計測対象物体や校正用素材が一部遮蔽され、異方性評価値を正確に算出できないことがある。その場合、撮像装置201からみた支持部404の位置や形状の情報を予め取得しておくことで、この情報に基づき画像データや校正用画像データにおける遮蔽部分を検出することが可能となる。   Note that the image data acquired by the image data acquisition unit 605 and the image data for calibration acquired by the calibration image data acquisition unit 604 are reflected by the support unit 404 of the light source 202, and the measurement target object and the calibration material are partially included. It is shielded and the anisotropy evaluation value may not be calculated accurately. In this case, by acquiring in advance information on the position and shape of the support unit 404 viewed from the imaging device 201, it becomes possible to detect a shielded portion in image data and calibration image data based on this information.

この遮蔽部分に関しては反射率の算出を取りやめ、反射率マップの遮蔽画素には反射率を格納しない。さらに、異方性評価値算出部607では、反射率を抽出する円周上に遮蔽画素が存在する場合には、これらの画素からは反射率を抽出せず、その他の画素から抽出した反射率を用いて異方性評価値を算出すればよい。   With respect to this shielding portion, the calculation of the reflectance is canceled, and the reflectance is not stored in the shielding pixel of the reflectance map. Furthermore, in the anisotropy evaluation value calculation unit 607, when there are shielding pixels on the circumference from which the reflectance is extracted, the reflectance is not extracted from these pixels, but the reflectance extracted from other pixels is extracted. The anisotropy evaluation value may be calculated using

なお、本実施例では計測対象物体の形状として平板の例を説明したがこれに限らない。球形や円錐などのように、光軸204を中心とする回転体であればよい。図8には計測対象物体として球体801を使用した例を示す。光軸204は球体801の中心Qを通過するように配置する。この場合、式(15)と式(16)との関係を満たして同一円周上の任意の2点で観測するBRDFの第1〜3変数が等しくなる。このため、上述した情報処理方法によって異方性評価値を算出することが可能となる。   In this embodiment, an example of a flat plate is described as the shape of the measurement target object, but the shape is not limited to this. Any rotating body centered on the optical axis 204 may be used, such as a sphere or a cone. FIG. 8 shows an example in which a sphere 801 is used as a measurement target object. The optical axis 204 is disposed so as to pass through the center Q of the sphere 801. In this case, the first to third variables of BRDF that satisfy the relationship between Expression (15) and Expression (16) and are observed at two arbitrary points on the same circumference are equal. For this reason, it is possible to calculate the anisotropy evaluation value by the information processing method described above.

なお、ステップS704において半径r0の大きさに特に制限はなく、任意に定めてよい。なお、本実施例では光源として図2に示す点光源の例を説明したがこれに限らない。光源の形状は球体や円形など、光軸を中心とする回転体であれば、式(15)と式(16)との関係を満たして計測面の同一円周上の任意の2点で観測するBRDFの第1〜3変数が等しくなる。このため、上述した情報処理方法によって異方性評価値を算出することが可能となる。   In step S704, the size of the radius r0 is not particularly limited and may be arbitrarily determined. In the present embodiment, the example of the point light source shown in FIG. 2 is described as the light source, but the present invention is not limited to this. If the shape of the light source is a rotating body centered on the optical axis, such as a sphere or a circle, observation is performed at two arbitrary points on the same circumference of the measurement surface, satisfying the relationship between Equation (15) and Equation (16). The first to third variables of BRDF to be equalized. For this reason, it is possible to calculate the anisotropy evaluation value by the information processing method described above.

なお、図2や図8に示した光学系を用いた場合、画像取得部601が取得する画像データや校正用画像データには、光源が計測対象物体を覆う遮蔽部分が存在する。これを避けるために、図9に示すように光学系にハーフミラー901を使用してもよい。これによって光源によって遮蔽されることなく画像データと校正用画像データの取得が可能となる。   When the optical system shown in FIGS. 2 and 8 is used, the image data acquired by the image acquisition unit 601 and the image data for calibration include a shielding portion where the light source covers the measurement target object. In order to avoid this, a half mirror 901 may be used in the optical system as shown in FIG. As a result, the image data and the calibration image data can be acquired without being blocked by the light source.

また、光源が計測対象物体を覆う遮蔽部分をなくすことを目的として、光軸を中心とする回転体の一例として図10に示すリング光源1001を使用してもよい。この場合、撮像装置201はリング光源の中空の部分から計測対象物体を撮像することができるため、画像取得部601は光源に遮蔽されずに画像データと校正用画像データの取得が可能となる。   Further, for the purpose of eliminating the shielding portion where the light source covers the measurement target object, a ring light source 1001 shown in FIG. 10 may be used as an example of a rotating body centered on the optical axis. In this case, since the imaging apparatus 201 can image the measurement target object from the hollow portion of the ring light source, the image acquisition unit 601 can acquire image data and calibration image data without being shielded by the light source.

なお、本実施例では校正用画像データは計測によって取得したがこれに限らない。例えば、予めハードディスクドライブ(HDD)505に記録した校正用画像データをHDD インタフェイス(I/F)504を通じて読み出すことによって取得してもよい。   In this embodiment, the calibration image data is acquired by measurement, but the present invention is not limited to this. For example, the image data for calibration previously recorded in the hard disk drive (HDD) 505 may be acquired by reading through the HDD interface (I / F) 504.

上記で述べた情報処理方法を用いれば、計測対象物体の異方性評価値を算出することが可能となる。また、算出した異方性評価値に応じた手法でBRDFを計測することで、高速なBRDFの計測が可能となる。   If the information processing method described above is used, the anisotropy evaluation value of the measurement target object can be calculated. Further, by measuring BRDF by a method according to the calculated anisotropy evaluation value, it is possible to measure BRDF at high speed.

n 法線ベクトル、t 接ベクトル、bn 従法線ベクトル、
wi 方向ベクトル(入射方向ベクトル)、wo 方向ベクトル(出射方向ベクトル)
n normal vector, t tangent vector, bn binormal vector,
wi direction vector (incident direction vector), wo direction vector (exit direction vector)

Claims (10)

物体の反射特性の異方性を評価する情報処理装置であって
撮像装置と、前記撮像装置の光軸上に配置した光源とを用いて前記物体を撮像し、画像データを取得する画像データ取得手段と(605)、
前記撮像装置と前記光源とを校正するための校正用画像データを取得する校正用画像データ取得手段と(604)、
前記画像データと前記校正用画像データをもとに前記物体の反射率マップを算出する反射率マップ算出手段と(606)、
前記反射率マップにおいて前記撮像装置の光軸を中心とした円周上に対応する反射率を用いて、前記物体に関する前記異方性評価値を算出する異方性評価値算出手段と(607)
を有することを特徴とする情報処理装置。
An information processing apparatus that evaluates the anisotropy of reflection characteristics of an object, and that captures the object using an imaging device and a light source disposed on the optical axis of the imaging device to obtain image data. Means (605),
Calibration image data acquisition means for acquiring calibration image data for calibrating the imaging device and the light source (604);
(606) a reflectance map calculating means for calculating a reflectance map of the object based on the image data and the calibration image data;
(607) anisotropy evaluation value calculation means for calculating the anisotropy evaluation value for the object using a reflectance corresponding to a circumference around the optical axis of the imaging device in the reflectance map;
An information processing apparatus comprising:
前記異方性評価値算出手段は、前記異方性評価値として前記物体の反射特性の接線ベクトル依存度を算出することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the anisotropy evaluation value calculation unit calculates a tangent vector dependency of the reflection characteristic of the object as the anisotropy evaluation value. 前記異方性評価値取得手段は前記円周上の反射率の分散に基づいて算出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the anisotropy evaluation value acquisition unit calculates based on a variance of reflectance on the circumference. 前記物体の計測面の法線は前記光軸と平行であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a normal line of the measurement surface of the object is parallel to the optical axis. 前記物体の計測面の形状は前記光軸を中心とした回転体であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the shape of the measurement surface of the object is a rotating body centered on the optical axis. 前記光源は点光源であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the light source is a point light source. 前記光源の形状は前記光軸を中心とした回転体であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the shape of the light source is a rotating body centered on the optical axis. 校正用画像データ取得手段は、前記撮像装置と前記光源とを用いて反射率が既知の校正用物体を撮像し、校正用画像データを取得することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の情報処理装置。 8. The calibration image data acquisition means captures a calibration object with a known reflectance using the imaging device and the light source, and acquires calibration image data. The information processing apparatus according to any one of claims. 校正用画像データ取得手段は、記憶装置に保存されたデータを読み出すことによって校正用画像データを取得することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の情報処理装置。 8. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the calibration image data acquisition unit acquires the calibration image data by reading data stored in the storage device. 前記情報処理装置は前記異方性評価値に基づいて前記物体の前記反射特性を計測する反射特性計測手段(603)を有することを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の情報処理装置。 The said information processing apparatus has the reflection characteristic measurement means (603) which measures the said reflection characteristic of the said object based on the said anisotropy evaluation value, The one of Claim 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned. The information processing apparatus described.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113218916A (en) * 2021-05-13 2021-08-06 东北师范大学 Method for estimating chlorophyll content by utilizing anisotropy coefficient

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