KR100235254B1 - Shape from shading - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼성반사면의 반사특성을 추정하고 3차원 형상복원을 위하여 표본구를 이용하는 새로운 형상복원방법을 제시한다. 혼사반사면을 가지는 실제물체에 대해 단일 재질로 구성된 표본구의 각 영역에 대하여 최소평균자승법을 사용하여 반사특성을 추정할 수 있다. 또한, 강전반사 성분과 광휘점을 줄이기 위하여 판상 확산기를 이용한 확산조명 방법을 도입하였으며, 판상확산 조명하에서 추정된 반사특성 파라미터를 사용하여 밝기값과 면 법선으로 이루어진 참조영상을 생성할 수 있다. 본 발명에 따른 측광정합을 이용한 새로운 형상복원방법은 참조영상과 실제영상의 정합에 의하여 전반사 성분이 강한 물체에 대해서도 3차원 형상복원이 가능하므로 종래의 측광입체시법에 비하여 휠씬 강건한 벙법이다.The present invention proposes a new shape restoration method using a sample sphere for estimating the reflection characteristics of a hybrid reflecting surface and restoring three-dimensional shape. The reflection characteristics can be estimated by using the least mean square method for each region of a specimen sphere composed of a single material for real objects with mixed reflection surfaces. In addition, a diffusion illumination method using a plate diffuser was introduced to reduce the strong reflection component and the luminance point, and a reference image composed of brightness values and surface normals can be generated using the reflection characteristic parameters estimated under plate diffuse lighting. The new shape restoration method using photometric matching according to the present invention is much more robust than the conventional photometric method because three-dimensional shape restoration is possible even for objects having strong total reflection components by matching reference images with real images.

Description

물체의 면반사특성 추정에 의한 형상복원방법Shape Restoration Method by Estimating Surface Reflection Characteristics of Objects

제1도는 본 발명에 의한 형상복원방법의 흐름도.1 is a flow chart of the shape restoration method according to the present invention.

제2도는 토랜스-스패로(Torrance-Sparrow) 모델의 기하학적 모델을 보인 도면.2 shows a geometric model of the Torrance-Sparrow model.

제3도는 미소평면의 단면모델.3 is a cross-sectional model of a small plane.

제4도는 본 발명에서 사용되는 판상 확산조명의 개략도.4 is a schematic diagram of a plate-shaped diffused light used in the present invention.

제5도는 본 발명에 의한 방법에서 반사특성 추정을 위한 최소평균자승 방법을 보여주는 도면.5 is a view showing a least mean square method for estimating reflection characteristics in the method according to the present invention.

제6도는 본 발명에서 참조영상과 정합에 의한 형상복원방법을 도식적으로 보여주는 도면.6 is a view showing a shape restoration method by matching with the reference image in the present invention.

제7도는 종래의 측광입체시법과 본 발명에 의한 측광접합에 의하여 형상복원된 면을 보여주는 도면.7 is a view showing a shape restored by the conventional photometric stereoscopic method and the photometric junction according to the present invention.

본 발명은 밝기 영상으로부터 물체의 반사특성을 해석하고 반사특성 파라미터를 추정하여 물체의 3차원 형상을 복원하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reconstructing the three-dimensional shape of an object by analyzing the reflection characteristic of the object from the brightness image and estimating the reflection characteristic parameter.

물체의 3차원 형상 정보의 획득 및 인식은 컴퓨터 시각 연구에 있어서 가장 중요한 연구과제중 하나이다. 특히, 물체의 반사특성으로부터 물체의 3차원 형상을 복원하는 방법(Shape From Shading, SFS) 은 중간 단계 컴퓨터의 시각 연구에서 매우 중요한 분야이다. 종래의 상기한 SFS 연구에서의 주된 관심사는 난반사 성분이 지배적인 람버션면에 한정되었다. 그러나 실제자연계의 물체는 난반사 뿐만 아니라 전반사성분이 함께 존재하는 혼성 반사의 특성을 갖는다. 혼성반사면은 물체표면의 밝기 분포가 고르지 않기 때문에 종래의 방법으로는 정확한 형상을 복원할 수 없고 반사특성을 알아내어야 한다. 이를 위하여 밝기 영상과 거리 영상을 융합하여 반사특성을 검출하려는 방법이 제안되었으나, 이는 형상복원을 위한 것이 아니고 반사 특성 자체를 검출하려는데 목적이 있는 것이었다. 또한, 다중 광원을 이용하여 전반사 성분이 발생하는 부분을 제외시키는 방법도 제안되었는데 이 방법 역시 반사특성을 알고 있어야 하는 단점이 있었다.Acquisition and recognition of three-dimensional shape information of objects is one of the most important research tasks in computer vision research. In particular, the method of restoring the three-dimensional shape of the object from the reflection characteristic of the object (Spepe From Shading, SFS) is a very important field in the visual study of the intermediate computer. The main concern in the conventional SFS studies described above is limited to the lambda face where the diffuse reflection component dominates. However, the real natural objects have the characteristics of hybrid reflection in which not only diffuse reflection but also total reflection component exist together. Since the mixed reflection surface has an uneven brightness distribution on the surface of the object, it is impossible to restore the exact shape by the conventional method and it is necessary to find out the reflection characteristics. For this purpose, a method of detecting the reflection characteristic by fusing the brightness image and the distance image has been proposed, but this is not intended for shape restoration but for the purpose of detecting the reflection characteristic itself. In addition, a method of excluding a portion in which total reflection components are generated by using multiple light sources has also been proposed, and this method also has a disadvantage in that the reflection characteristics must be known.

본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 표본구를 이용하여 물체의 반사특성을 추정하고 이를 통하여 물체의 3차원 형상을 복원하는 방법을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the disadvantages of the prior art as described above, the present invention is to provide a method for estimating the reflection characteristics of the object using a sample sphere and thereby restore the three-dimensional shape of the object.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 물체의 면반사특성으로부터 3차원 형상을 복원하는 방법에 있어서, 표본구를 사용하여 토랜스 -스패로 모델의 반사특성 파라미터를 추정하는 제1단계; 상기 제1단계에서 추정된 반사특성 파라미터를 이용하여 서로 다른 세 위치의 광원에서 면법선 성분과 밝기 값으로 이루어진 참조영상을 만드는 제2단계; 및 상기 제2단계에서 만들어진 참조영상과 동일한 재질의 임의의 형상의 물체로부터 주변 화소의 분포를 고려하여 밝기값을 매칭함에 의하여 물체의 3차원형상을 복원하는 제3단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 물체의 면반사 특성으로부터 3차원 형상을 복원하는 방법을 제시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for restoring a three-dimensional shape from the surface reflection characteristics of an object, comprising: a first step of estimating a reflection characteristic parameter of a torsion-sparo model using a sample sphere; A second step of creating a reference image including surface normal components and brightness values in three different light sources using the reflection characteristic parameters estimated in the first step; And a third step of restoring a three-dimensional shape of the object by matching brightness values from an object having an arbitrary shape having the same material as that of the reference image made in the second step, by matching brightness values. A method of restoring a three-dimensional shape from the surface reflection characteristics of an object is presented.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 의한 형상복원방법의 흐름도이다.1 is a flowchart of a shape restoration method according to the present invention.

본 발명에서는 밝기 분포를 예측하기 위하여 표본구를 사용하는 방법을 제시한다(단계 11). 표본구는 단일 재질로 이루어져 있고 관찰자의 시각방향에 대하여 거의 모든 면법선 성분을 가지고 있기 때문에 밝기 분포를 예측하기에 유리하다. 판상 확산기를 이용한 단일 광원에서 정사영된 표본구의 표본점들에 대하여 토랜스-스패로 모델을 적용한다(단계 12). 토랜스-스패로 모델의 반사특성 파라미터를 추정하기 위하여 LMS 알고리즘을 이용하며(단계 13), 추정된 반사특성 파라미터를 이용하여 서로 다른 세 위치의 광원에서 면법선 성분과 밝기 값으로 이루어진 참조영상을 만든다(단계14). 이렇게 만들어진 참조영상과 동일한 재질의 임의의 형상의 물체로부터 주변 화소의 분포를 고려하여 밝기값을 매칭함에 의하여 물체의 3차원 형상을 복원한다(단계 15).The present invention provides a method of using a sample sphere to predict the brightness distribution (step 11). The sample sphere consists of a single material and has almost all face normals in the viewer's visual direction, which is advantageous for predicting the brightness distribution. A Torrance-Sparrow model is applied to sample points of the orthographic sample projected from a single light source using a plate diffuser (step 12). The LMS algorithm is used to estimate the reflection characteristics of the Torrance-Sparrow model (step 13), and a reference image is made up of surface normal components and brightness values at three different positions using the estimated reflection characteristics parameters. Step 14). The 3D shape of the object is restored by matching brightness values in consideration of the distribution of surrounding pixels from an object of any shape having the same material as the reference image thus made (step 15).

먼저 토랜스-스패로 모델을 근거로 한 물체의 반사특성을 설명한다. 토랜스-스패로 모델을 혼성반사면을 고려한 것으로서, 기하광학적인 메카니즘에 근거를 두고 빛의 물리학적 성질을 간략화하여 만든 모델이다. 토랜스-스패로 모델에서 물체의 표면은 거울과 같이 미소면들이 불규칙적으로 분포되어 있다고 가정되고, 물체의 반사특성은 다중반사와 내부산란에 의한 난반사 성분과 거울면 반사와 같은 전반사 성분의 선형적인 합으로 이루어져 있다. 난반사 성분은 람버션 법칙에 근거하고 전반사 성분은 가우스 분포를 갖는 확률적인 메커니즘을 사용한다. 따라서 단일 점광원이 물체에 비출 때 물체 표면의 한점에서 밝기값은 다음의 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.First, the reflection characteristics of the object based on the Torrance-Sparrow model are explained. The Torrance-Sparrow model considers the mixed reflection surface and is a model created by simplifying the physical properties of light based on the geometric optical mechanism. In the Torrance-Sparrow model, the surface of an object is assumed to be irregularly distributed like a mirror, and the reflection characteristic of the object is a linear sum of the total reflection component such as specular reflection and mirror reflection due to multi-reflection and internal scattering. consist of. The diffuse reflection component is based on the Lamberts law and the total reflection component uses a stochastic mechanism with Gaussian distribution. Therefore, when a single point light source shines on an object, the brightness value at one point on the surface of the object can be expressed by the following equation (1).

상기 식(1)에서 Kd, Ks, fd, fs는 각각 난반사와 전반사 가중치와 밝기의 세기를 나타낸다.In Equation (1), K d , K s , f d , and f s represent the intensity of diffuse reflection, total reflection weight, and brightness, respectively.

제2도는 토랜스-스패로 모델의 가하학적 모델을 보인 도면이다. 제2도에서 벡터h는 시간벡터v와 광원벡터j의 이분각 벡터로 정의된다.2 is a diagram showing a geometrical model of the Torrance-Sparrow model. In FIG. 2, the vector h is defined as a dichotomous vector of the time vector v and the light source vector j.

난반사와 전반사의 세기는 양방향 분포함수으로써 다음의 식(2)와 같이 정의된다.The intensity of diffuse reflection and total reflection is a bidirectional distribution function, defined by the following equation (2).

상기 식(2)에서 ρ, n, s, F, G는 각각 반사도를 의미하는 알벨도 상수, 면법선 벡터, 광원의 위치벡터, 입사광과 반사광의 세기의 비를 나타내는 Fresnel 계수, 그림자와 가려짐 효과를 고려한 기하감쇠항을 의미한다. 또한 함수 P는 미소면의 면기울기를 가우스 분포로써 정의하는데 제2도에서와 같이 미소평면의 단점을 고려할때 다음의 식(3)과 같이 나타낼 수 있다. 제3도는 미소평면의 단면모델을 보여준다.In Equation (2), ρ, n, s, F, and G are Albedo constants, surface normal vectors, position vectors of light sources, Fresnel coefficients representing the ratios of incident and reflected light intensities, and shadows, respectively. Means the geometric attenuation term taking effect into account. In addition, the function P defines the surface slope of the microsurface as a Gaussian distribution, which can be expressed as the following equation (3) in consideration of the disadvantage of the microplane as shown in FIG. 3 shows a cross-sectional model of a microplane.

상기 식(3)에서 σ 는 면거칠기를 나타내고, a는 미소면의 방향을 의미한다.In said formula (3), (sigma) represents surface roughness and a means the direction of a micro surface.

이제, 표본구를 이용한 반사특성 파라미터의 추정방법과 판상 확산기를 이용한 조명방법을 제시한다.Now, a method of estimating reflection characteristic parameters using a sample sphere and an illumination method using a plate diffuser are presented.

제4도는 판상 확산조명의 개략도이다.4 is a schematic view of a plate-shaped diffused light.

확산조명은 물체의 표면을 고르게 비출 뿐만 아니라 강전반사 성분과 강휘점을 줄이는 목적으로 사용된다. 본 발명에서는 반투명한 얇은 재질을 이용한 판상 확산기를 이용한다. 광원이 판상 확산기상의 한 점에 조사될때 그 점에서의 조도는 다음의 식(4)와 같이 나타낼 수 있다.Diffuse lighting is used to evenly lighten the surface of an object, as well as to reduce the strong reflection component and intensity. In the present invention, a plate-shaped diffuser using a translucent thin material is used. When the light source is irradiated to a point on the plate diffuser, the illuminance at that point can be expressed by the following equation (4).

상기 식(4)에서 Isource는 광원의 세기를 나타내고, r과는 각각 광원과 확산기 사이의 거리와 법선각도를 뜻한다. 따라서 확산기 전체를 투과하는 광도의 세기는 다음의 식(5)와 같이 조도 E를 면적분하여 구할 수 있다.In Equation (4), I source represents the intensity of the light source , r and Are the distance and normal angle between the light source and the diffuser, respectively. Therefore, the intensity of light transmitted through the entire diffuser can be obtained by dividing the roughness E by the area as shown in Equation (5) below.

상기 식(5)에서 ι는 확산기를 투과하는 광원의 감쇠 상수이다.Is the attenuation constant of the light source passing through the diffuser.

토랜스-스패로 모델로 정의할 수 있는 물체에 대해 목적으로 하는 반사 특성은 전반사 가중치, Fresnel 계수, 면거칠기등이다. 이와 같은 반사특성 계수들은 상호 독립적이지만 비선형적으로 이루어져 있기 때문에 그 추정이 어렵다. 앞에서 보인 식(1), 식(2), 식(3)의 관계에서 반사특성 파라미터[Ks, F, 1/2σ2]를 추정하기 위하여 본 발명에서는 최소평균자승 벙법을 표본구에 적용하여 각 계수를 계산한다.The target reflection characteristics for objects that can be defined by the Torrance-Sparrow model are total reflection weights, Fresnel coefficients, and surface roughness. These reflection coefficients are independent of each other but are nonlinear, which makes the estimation difficult. In order to estimate the reflection characteristic parameters [K s , F, 1 / 2σ 2 ] in the relationship between Equations (1), (2), and (3) shown above, the present invention applies the least mean square method to the sample sphere. Calculate each coefficient.

제5도는 본 발명에 의한 방법에서 반사특성 추정을 위한 최소평균 자승 방법을 보여주는 도면이다. 광원의 위치가 표본구에 대해 충분히 거리를 두고 있고, 표본구의 지름이 작으면 표본구의 중심에 가까운 점들에 대해 광원은 수직 입사된다고 가정할 수 있다. 본 발명에서는 광원이 수직입사되는 부분에 대하여 해석한다. 광원으로부터 입사되는 빛의 단면을 전자파면으로 생각할 수 있다. 빛이 제1매질에서 제2매질로 입사될 때 각 매질의 굴절률을 η1, η2라고 하면, Fresnel 계수 F를 정의함에 있어서 수직입사를 가정하면 입사각θi와 투과되는 각θt는 서로 길다. 따라서 Fresnel계수는 다음의 식(6)과 같이 , 각 매질의 굴절률과 입사 및 투과각으로 나타낼 수 있다.5 is a view showing a minimum mean square method for estimating reflection characteristics in the method according to the present invention. If the location of the light source is sufficiently far from the sample sphere, and the diameter of the sample sphere is small, it can be assumed that the light source is perpendicularly incident to the points near the center of the sample sphere. In this invention, it analyzes about the part into which a light source is perpendicularly incident. The cross section of light incident from a light source can be considered as an electromagnetic wave surface. When the indices of refraction of each medium are η 1 and η 2 when light is incident from the first medium to the second medium, the angle of incidence θ i and the angle of transmission θ t are long mutually assuming vertical incidence in defining the Fresnel coefficient F. . Therefore, the Fresnel coefficient can be expressed by the refractive index, the incident and the transmission angle of each medium, as shown in the following equation (6).

표본구 영상은 중심으로부터 몇 개의 작은 영역으로 나누고 전반사 가중치 ks와 Fresnsl 계수 F는 O에 가까운 값으로 초기화된다. 각 영역에서 밝기값의 평균 자승 오차를 줄이도록 반사특성 계수를 갱신한다. 오차함수는 표본구의 실제밝기값과 계산된 밝기값의 차의 제곱으로 다음의 식(7)과 같이 정의할 수 있다.The sample plot image is divided into several smaller regions from the center and the total reflection weights k s and the Fresnsl coefficient F are initialized to values close to O. The reflection characteristic coefficient is updated to reduce the mean square error of the brightness value in each region. The error function is the square of the difference between the actual brightness of the sample sphere and the calculated brightness, and can be defined as shown in Equation (7) below.

상기 식(7)가 같은 오차함수를 목적함수로 둔다. 반사특성 계수는 오차함수가 최소로 되도록 스텝사이즈 u만큼씩 갱신된다. 면거칠기 성분인 σ를 고정시키고 나머지 두 개의 면특성계수를 다음의 식(8)과 같이 추정할 수 있다.Equation (7) assumes the same error function as the objective function. The reflection characteristic coefficient is updated by the step size u so that the error function is minimized. The surface roughness component σ is fixed, and the remaining two surface characteristic coefficients can be estimated by the following equation (8).

상기 식(8)에서 편미분항은 다음의 식(9)과 같이 각 영역내에서 각각의 반사특성 파라미터에 대한 오차의 편미분의 합으로 이루어진다.In Equation (8), the partial derivative term is made up of the sum of partial derivatives of the errors for each reflection characteristic parameter in each region as shown in Equation (9) below.

본 발명에 의한 방법의 제2단계에서는 표본구와 동일한 재질로 이루어진 물체의 형상복원을 위하여 참조영상을 만든다. 참조영상은 표본구와 동일한 크기의 구영상으로써 서로 다른 세 위치의 광원이 조사되었을 경우에 대하여 추정된 반사특성 파라미터를 토랜스-스패로 모델에 적용하여 생성한다. 따라서, 참조영상은 모든 방향의 법선벡터와 밝기값으로 이루어진다.In the second step of the method according to the present invention, a reference image is generated for restoring the shape of an object made of the same material as the sample sphere. The reference image is a spherical image of the same size as the sample sphere and is generated by applying the estimated reflection characteristic parameter to the torrance-sparo model for the case where light sources of three different positions are irradiated. Therefore, the reference image is composed of normal vectors and brightness values in all directions.

본 발명에서 제시하는 형상복원방법은 각기 다른 세 방향의 광원에서 생성된 참조영상과 표본구와 동일재질로 이루어진 임의의 형상을 갖는 물체의 영상시간의 매칭을 통해 이루어진다. 매칭의 전략으로 실제영상의 밝기값에 대해 참조영상 내의 후보점들의 주변화소를 고려하여 오차의 가장 작은 참조영상의 법선벡터로 택하는 방법을 사용한다. 이러한 방법은 한 화소의 밝기값이 아닌 주변화소의 밝기 분포에 영향을 고려하였으므로 갑작스런 밝기의 변화에 의한 오차를 줄이고 평활화 연산의 효과를 가지기 때문에 후처리과정이 필요없다.The shape restoration method proposed by the present invention is achieved by matching the image time of an object having an arbitrary shape made of the same material as the reference image and the sample sphere generated from light sources in three different directions. As a matching strategy, a method of selecting the normal vector of the reference image with the smallest error by considering the peripheral pixels of candidate points in the reference image with respect to the brightness value of the real image. Since this method considers the influence of the brightness distribution of the surrounding pixels instead of the brightness value of one pixel, it does not need the post-processing process because it reduces the error caused by the sudden change of brightness and has the effect of smoothing operation.

제6도는 본 발명에서 참조영상과 정합에 의한 형상복원방법을 도시적으로 보여주는 도면이다.6 is a view showing a shape restoration method by matching the reference image in the present invention.

제1영상의 한점(Xo,yo)에 대해 대응하는 참조영상의 후보점들이 C={(X1y1),(X2y2)…,(Xnyn)}으로 결정된다. 각각의 후보점들에 대해 나머지 두장의 영상에서 각각의 참조영상과 인접한 화소와의 절대오차의 합이 가장작은 점을 그 점의 법선 벡터 V로 결정한다. 이러한 관계를 N×N 인접 화소에 대하여 고려할 때 다음의 식(10)으로 나타낼 수 있다.The candidate points of the corresponding reference picture with respect to one point (X o , y o ) of the first picture are C = {(X 1 y 1 ), (X 2 y 2 ). , (X n y n )}. For each candidate point, the point where the sum of the absolute errors between each reference image and the adjacent pixel is the smallest in the remaining two images is determined as the normal vector V of the point. This relationship can be expressed by the following equation (10) when considering the N × N adjacent pixels.

상기 식(10)에서 I1과 I2는 각각 실제영상의 밝기값이고, S1과 S2는 대응하는 참조영상의 밝기값이다.In Equation (10), I1 and I2 are the brightness values of the actual image, respectively, and S1 and S2 are the brightness values of the corresponding reference image.

제7도는 종래의 측광입체시법과 본 발명에 의한 측광접합법에 의하여 형상복원된 면을 보여주는 도면이다. 제7도의 상단에 도시된 것이 종래의 측광입체시법에 의하여 형상복원된 면이고, 제7도의 하단에 도시된 것이 본 발명에 의한 측광정합법에 의하여 형상복원된 면이다.7 is a view showing a shape restored by the conventional photometric stereoscopic method and the photometric bonding method according to the present invention. Shown at the top of FIG. 7 is a surface restored by the conventional photometric stereoscopic method, and shown at the bottom of FIG. 7 is a surface restored by the photometric matching method according to the present invention.

본 발명에서 제안된 측광정합법은 참조영상과의 매칭을 통하여 직접적인 거리 정보를 획득하여 미분 연산에 의하여 발생하는 잡음과 불연속점에 대한 밝기값의 불일치 등의 문제를 해결하였을 뿐만 아니라, 물체의 주변 화소값을 고려하여 평활화연산의 효과를 적용하여 영상 취득시 발생하는 잡음에 대한 영향을 줄였다.The photometric matching method proposed in the present invention not only solves the problem of noise and discontinuity in brightness due to differential operation by matching distance with the reference image, but also solves the problem of object's surroundings. The effect of the smoothing operation in consideration of the pixel values is applied to reduce the influence on the noise generated during image acquisition.

상술한 바와 같이, 본 발명은 혼성반사면의 반사특성을 추정하고 3차원 형상복원을 위하여 표본구를 이용하는 새로운 형상복원방법을 제시한다. 혼성반사면을 가지는 실제물체에 대해 단일 재질로 구성된 표본구의 각 영역에 대하여 최소평균자승법을 사용하여 반사특성을 추정할 수 있다. 또한, 강전반사 성분과 광휘점을 줄이기 위하여 판상 확산기를 이용한 확산조명 방법을 도입하였으며, 판상확산 조명하에서 추정된 반사특성 피라미터를 사용하여 밝기값과 면 법선으로 이루어진 참조영상을 생성할 수 있다. 본 발명에 따른 측광정합을 이용한 새로운 형상복원 참조영상과 실제영상의 정합에 의하여 전반사 성분이 강한 물체에 대해서도 3차원 형상복원이 가능하므로 종래의 측광입체시법에 비하여 훨씬 강건한 방법이다.As described above, the present invention proposes a new shape restoration method using a sample sphere for estimating the reflection characteristics of the hybrid reflection surface and restoring the three-dimensional shape. The reflection property can be estimated by using the least mean square method for each region of the specimen sphere composed of a single material for a real object with mixed reflection surface. In addition, a diffusion illumination method using a plate diffuser was introduced to reduce the strong reflection component and the luminance point, and a reference image composed of brightness values and plane normals can be generated by using reflection characteristic parameters estimated under plate diffusion illumination. The new shape restoration using the photometric matching according to the present invention allows a three-dimensional shape restoration even for an object having a strong total reflection component by matching the reference image with the actual image, which is much more robust than the conventional photometry method.

Claims (3)

물체의 면반사특성으로부터 3차원 형상을 복원하는 방법에 있어서, 단일 재질로 이루어져 있고 관찰자의 시각방향에 대하여 모든 면법선성분을 가지는 표본구에 대하여, 반투명한 얇은 재질로 된 판상 확산기를 통한 단일 광원에서 정사영된 표본구 영상을 표본구의 중심으로부터 몇 개의 작은 영역으로 나누고, 각 영역에서 실제밝기값과 계산된 밝기값의 평균 자승 오차를 줄이도록 파라미터들을 갱신함에 의하여 트랜스-스패로 모델의 반사특성 파라미터인 전반사 가중치(ks), Fresnel 계수(F), 면거칠기에 관련된 계수(σ) 들을 추정하는 단계; 상기 제1단계에서 추정된 반사특성 파라미터를 이용하여 서로 다른 세 위치의 광원에서 면법선 성분과 밝기 값으로 이루어진 참조영상을 만드는 제2단계; 및 상기 제2단계에서 만들어진 참조영상과 동일한 재질의 임의의 형상의 물체로부터 주변 화소의 분포를 고려하여 밝기값을 매칭함에 의하여 물체의 3차원 형상을 복원하는 제3단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 물체의 면반사특성으로부터 3차원 형상을 복원하는 방법.A method of restoring a three-dimensional shape from the surface reflection characteristics of an object, comprising: a single light source through a plate-shaped diffuser made of a translucent thin material for a sample sphere composed of a single material and having all face normal components in the viewer's visual direction. By dividing the orthogonal sample image into several smaller regions from the center of the sample sphere and updating the parameters to reduce the mean square error of the actual and calculated brightness values in each region, Estimating the total reflection weight k s , the Fresnel coefficient F, and the coefficients σ related to the surface roughness; A second step of creating a reference image including surface normal components and brightness values in three different light sources using the reflection characteristic parameters estimated in the first step; And a third step of restoring the three-dimensional shape of the object by matching brightness values in consideration of the distribution of the surrounding pixels from an object of any shape having the same material as the reference image made in the second step. A method of restoring three-dimensional shape from the surface reflection characteristics of an object. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 참조영상은 표본구와 동일한 크기의 구영상으로써 서로 다른 세 위치의 광원이 조사되었을 경우에 대하여 추정된 반사특성 파라미터를 토랜스-스패로 모델에 적용하여 생성되는 것임을 특징으로 하는 물체의 면반사특성으로부터 3차원 형상을 복원하는 방법.2. The reference image of claim 1, wherein in the second step, the reference image is a spherical image having the same size as the sample sphere and is generated by applying the estimated reflection characteristic parameter to the torsion-sparrow model when the light sources at three different positions are irradiated. A method of restoring a three-dimensional shape from the surface reflection characteristics of an object. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서 매칭은 실제영상의 밝기값에 대해 참조영상 내의 후보점들의 주변화소를 고려하여 오차가 가장 작은 참조영상의 법선벡터를 해당 점의 법선벡터로 택하는 방법을 사용하는 것임을 특징으로 하는 물체의 면반사특성으로부터 3차원 형상을 복원하는 방법.The method of claim 1, wherein the matching in the third step selects a normal vector of the reference image having the smallest error as a normal vector of the corresponding point by considering peripheral pixels of candidate points in the reference image with respect to a brightness value of the actual image. Method to restore the three-dimensional shape from the surface reflection characteristics of the object, characterized in that using the.
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