광도 스테레오

광도계 스테레오는 다른 조명 조건에서 물체를 관찰하여 물체의 표면 규범을 추정하기 위한 컴퓨터 비전 기술이다.그것은 표면이 반사하는 빛의 양이 광원과 관찰자와 관련하여 표면의 방향에 따라 결정된다는 사실에 근거한다.^[1]카메라에 반사되는 빛의 양을 측정함으로써, 가능한 표면 방향의 공간은 제한된다.다른 각도에서 충분한 광원이 제공될 경우 표면 방향은 단일 방향으로 제한되거나 심지어는 지나치게 구속될 수 있다.

이 기술은 원래 1980년에 우드햄에 의해 도입되었다.^[2]데이터가 하나의 영상인 특별한 경우를 음영에서 나온 형상이라고 하며, B. K. P.에 의해 분석되었다.1989년 뿔.^[3]광도계 스테레오는 그 후 광원 확장 및 비 람베르트 표면 마감 등 많은 다른 상황으로 일반화되었다.현재 연구는 투사된 그림자, 하이라이트, 균일하지 않은 조명이 있는 곳에서 이 방법이 작동하도록 하는 것을 목표로 하고 있다.

기본 방법

우드햄의 원래 가정(Lambertian reflectance, 알려진 점처럼 먼 광원 및 균일한 알베도)에 따르면 이 문제는 선형 방정식 $I{\displaystyle }$= ${\displaystyle L}$⋅${\displaystyle n}$ ${\displaystyle$ I$=L\$$cdotn$$}$을$($를) 뒤집으면 해결될 수 있다. $여기$서 I$${\$displaystyle$ $I}$은$$m 관측$$ $강도{\displaystyle }$ n$.$$레이스타일 n}$은(알 수 없음) 표면 $정규화$이고, L$${\$displaystyle$L}은$$(알 수 있음) $3{\displaystyle \mathrm{}}$× ${\displaystyle m}${\$displaystyle 3\time$ m$}$ 행렬이다$$.

이 모델은 문제를 선형적으로 유지하면서 균일하지 않은 알베도가 있는 표면으로 쉽게 확장할 수 있다.^[4]$k{\displaystyle }$ ${\displaystyle k}$의 알베도 반사율을 취하면 반사광 강도의 공식은 다음과 같다$.$

${\displaystyle I=k(L\cdot n)}$

$L{\displaystyle }$ ${\displaystyle L}$이(가) 사각형(정확히 3개의 조명이 있음)이고$$ 비음향인 경우 반전될 수 있으며, 다음과 같은 장점이 있다.

$L^{-1}I=kn}$

정규 벡터는 길이가 1인 것으로 알려져 있으므로, $k{\displaystyle }$ ${\displaystyle k}$은(는) 벡터 k ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle kn}$의 길이여야 하며$$$,$ $n{\displaystyle }$ ${\displaystyle n}$은 이 벡터의 정규화된 방향이다.$L{\displaystyle }$ ${\displaystyle L}$이(조명이 3개 이상) 정사각형이 아닌 경우, 단순히 양쪽을 L ${\displaystyle T^{}}$ ${\$로 곱하면 역의 일반화를 얻을 수 있다.^[5]

${\displaystyle L^{T}I=L^{T}k(L\cdot n)}$

${\displaystyle (L^{T}L)^{-1}L^{T}I=kn}$

그 후에 정상 벡터와 알베도는 위에서 설명한 대로 풀 수 있다.

비람베르트 표면

고전적인 광도계 스테레오 문제는 램버트식 표면과 완전히 분산된 반사를 가진 그 자체와 관련이 있다.이것은 많은 종류의 물질, 특히 금속, 유리, 매끄러운 플라스틱에 비현실적이며, 결과적인 정상 벡터에 이상을 초래할 것이다.

이 가정을 해제하기 위해 많은 방법들이 개발되었다.이 절에는 이 중 몇 가지가 열거되어 있다.

정반사

역사적으로 컴퓨터 그래픽에서는 일반적으로 표면을 렌더링하는 데 사용되는 모델이 램버트 표면에서 시작되어 간단한 정반사를 포함하도록 먼저 진행되었다.컴퓨터 시력은 광도계 스테레오를 이용한 비슷한 과정을 따랐다.규격 반사는 램버트 모델에서 첫 번째 편차 중 하나였다.이것들은 개발된 몇 가지 변형이다.

• 많은 기법들은 궁극적으로 표면의 반사 기능, 즉 각 방향에 얼마나 많은 빛이 반사되는지 모델링하는 것에 의존한다.^[6]이 반사 기능은 되돌릴 수 있어야 한다.카메라를 향한 반사광 강도를 측정하고, 역반사 기능이 측정된 강도에 맞도록 하여 정상 벡터에 대한 고유한 해결책이 된다.

일반 BRDF 이상

양방향 반사율 분포 함수(BRDF) 모델에 따르면 표면은 수신하는 빛의 양을 외부 방향으로 분산시킬 수 있다.이것은 불투명한 표면에 대해 가장 일반적으로 알려진 모델이다.일부 기술은 일반 BRDF를 모델링(대부분)하기 위해 개발되었다.실제로 이 모든 것은 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 위해 많은 광원을 필요로 한다.이는 일반적인 BRDF가 있는 표면을 측정할 수 있는 방법이다.

• 스캔하기 전에 명시적 BRDF를 확인하십시오.^[7]이를 위해서는 BRDF가 동일하거나 매우 유사한 다른 표면이 필요하며, 그 중 실제 기하학(또는 적어도 표면의 많은 점에 대한 정상 벡터)은 이미 알려져 있다.^[8]그런 다음 조명은 알려진 표면에 개별적으로 비추고, 카메라로 반사되는 양을 측정한다.이 정보를 사용하여 각 광원에 대한 반사 강도를 가능한 정상 벡터 목록에 매핑하는 조회 표를 만들 수 있다.이는 표면이 가질 수 있는 가능한 정상 벡터에 제약을 가하고 광도계 스테레오 문제를 측정 사이의 보간으로 감소시킨다.룩업 테이블을 보정하기 위해 일반적으로 알려진 표면은 다양한 표면 방향에 대한 구이다.
• BRDF를 대칭으로 제한.^[9]BRDF가 대칭이면 빛의 방향을 카메라 방향의 원뿔로 제한할 수 있다.어느 원뿔이 이 원뿔이 BRDF 자체, 표면의 정상 벡터 및 측정된 강도에 따라 달라진다.측정된 강도와 그에 따른 빛의 방향을 충분히 고려했을 때, 이러한 원뿔은 대략적으로 추정될 수 있고 따라서 표면의 정상적인 벡터들이 될 수 있다.

공간적으로 변화하는 양방향 분배 기능(SVBRDF), 양방향 표면 산란 반사율 분배 기능(BSSRDF)과 같은 보다 일반적인 표면을 모델링하고 상호반향을 고려하는 방향으로 일부 진전이 이루어졌다.^[10][11]그러나 그러한 방법은 광도계 스테레오에서는 여전히 상당히 제한적이다.구조화된 빛으로 더 나은 결과를 얻었다.^[12]

참고 항목

• 광도측정법
• 포토메트릭
• 스테레오 비전
• 3D 스캐너

참조