JP4317583B2 - 法線情報生成装置および法線情報生成方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明の第1の実施の形態における法線情報生成装置の概要について説明する。
これは、例えば以下のような撮影シーンでは成り立つ。
1.屋内シーンにおいて、被写体であるボールが机の上に置かれている。また、このボールは天井に設置された蛍光灯で照らされている。
2.屋内シーンにおいて、被写体である人物が、床面に置かれた椅子に座っている。また、この人物は、窓から差し込んでくる太陽光で照らされている。
3.屋外シーンにおいて、被写体である自動車が、道路上を走行している。この被写体は、太陽光で照らされている。
(1)陰領域
・偏光度が高く、偏光推定誤差が小さい。
・多くの場合、鏡面反射特性を示す。
(2)影領域
・偏光度が低く、偏光推定誤差が大きい。
・多くの場合、拡散反射特性を示す。
次に、本発明の第2の実施の形態における法線情報生成装置について説明する。
(1)「陰領域または低反射率領域」
・偏光度が高く、偏光推定誤差が小さい。
・多くの場合、鏡面反射特性を示す。
(2)影領域
・偏光度が低く、偏光推定誤差が大きい。
・多くの場合、拡散反射特性を示す。
次に、本発明の第3の実施の形態における法線情報生成装置について説明する。
ただし、法線情報生成装置100cが置かれている状況においては、上記条件1が満たされているとは限らない。そこで、本実施の形態では、撮像条件判定部106は、上記条件1が満たされているかどうかを判定する。ここで、光源は上方にあることが多いことに着目すると、条件1は、以下の条件2では満たされない。
この条件2は、例えば、以下のような撮影シーンでは成り立つ。
1.屋外シーンにおいて、空や月、星などを撮影する。
2.屋内シーンにおいて、蛍光灯が光っている天井方向を撮影する。
次に、本発明の第4の実施の形態における法線情報生成装置について説明する。
101 偏光画像撮像部
102 偏光情報生成部
103、103a、103b、103c、1031 領域分割部
104、1041 法線情報生成部
105 発光部
106、106a 撮像条件判定部
107 信頼性判定部
110 画像情報取得部
120 陰影領域抽出部
200、200a、200b カメラ
201 パターン偏光子
202 撮像素子
203 メモリ
204 CPU
205 角度センサ
206 撮像単位
207 発光装置
208 表示部
209 スピーカ
210 ソナー
301 陰影領域検出部
302 DB(データベース)
303 偏光度比較部
304 偏光推定誤差比較部
305 領域判断部
306 蓄積部
307 領域参照部
308 拡散反射仮定法線情報生成部
309 鏡面反射仮定法線情報生成部
310 輝度比較部
311 低輝度画素検出部
312 光軸方向検出部
313 光軸方向比較部
314 陰領域存在判断部
315 撮像環境検出部
316 撮像環境認識部
Claims (22)
- 被写体の表面における法線情報を生成する法線情報生成装置であって、
前記被写体からの光の輝度に関する情報である輝度情報及び前記被写体からの光の偏光に関する情報である偏光情報を含む被写体画像に関する情報を取得する画像情報取得部と、
前記画像情報取得部で取得された輝度情報及び偏光情報に基づいて、光の当たり方によって被写体の表面に生じる陰領域、及び、被写体によって光が遮断されたことによって他の物体上に生じる影領域を、前記被写体画像から抽出する陰影領域抽出部と、
前記陰影領域抽出部で抽出された陰領域について、前記画像情報取得部で取得された偏光情報を用いて、対応する前記被写体の表面での法線を特定する法線情報を生成する法線情報生成部と
を備えることを特徴とする法線情報生成装置。 - 前記画像情報取得部は、
偏光主軸角度が異なる複数の偏光子を透過してくる光を受光することで、前記輝度情報をもつ被写体の偏光画像を取得する偏光画像撮像部と、
取得された前記偏光画像から、当該偏光画像を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光子の偏光主軸角度と前記複数の偏光子を透過した光の輝度との対応関係を用いて、前記偏光情報を生成する偏光情報生成部とを有し、
前記陰影領域抽出部は、前記単位画像ごとに、前記偏光画像の輝度情報に基づいて、当該単位画像の輝度と予め定められたしきい値とを比較し、前記輝度が前記しきい値よりも小さい場合に、当該単位画像が、陰領域及び影領域を含む低輝度領域に属すると判断し、前記低輝度領域に属する単位画像について、前記偏光情報生成部で生成された偏光情報に基づいて、当該単位画像が陰領域及び影領域のいずれであるかを判断することによって、前記陰領域及び前記影領域を抽出する
ことを特徴とする請求項1記載の法線情報生成装置。 - 前記偏光画像撮像部は、前記偏光画像を取得するための複数の撮像単位から構成され、
前記複数の撮像単位のそれぞれは、
異なる偏光主軸角度をもつ複数の偏光子と、
前記複数の偏光子のそれぞれを通過した光を受光する複数の画素を有し、
前記偏光情報生成部は、前記撮像単位で得られた画像を前記単位画像として偏光情報を生成する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記法線情報生成部は、前記陰領域については、前記対応関係において輝度が最小となる前記偏光主軸角度を、当該領域に対応する前記被写体の入射面の法線情報として生成する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記法線情報生成部は、陰領域及び影領域のうち、陰領域だけについて前記法線情報を生成する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記陰影領域抽出部は、前記低輝度領域に属する単位画像について、前記偏光情報が鏡面反射の偏光特性を示すか否かを判断し、前記偏光情報が鏡面反射の偏光特性を示す場合に、当該単位画像を陰領域と抽出する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記偏光情報生成部は、前記偏光情報として、光がどれだけ偏光しているかを表す指標である偏光度を生成し、
前記陰影領域抽出部は、前記低輝度領域に属する単位画像における偏光度と予め定められたしきい値とを比較し、前記偏光度が前記しきい値よりも小さい場合に、当該単位画像を影領域として抽出し、前記偏光度が前記しきい値以上である場合に、当該単位画像を陰領域として抽出する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記偏光情報生成部は、前記偏光情報として、前記偏光画像撮像部で得られた輝度と、前記偏光主軸角度と前記輝度との対応関係を近似した正弦関数から定まる輝度との差である偏光推定誤差を生成し、
前記陰影領域抽出部は、低輝度領域に属する単位画像における偏光推定誤差と予め定められたしきい値とを比較し、前記偏光推定誤差が前記しきい値よりも大きい場合に、当該単位画像を影領域として抽出し、前記偏光推定誤差が前記しきい値以下である場合に、当該単位画像を陰領域として抽出をする
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記偏光画像撮像部は、前記被写体に対してフラッシュによる投光をした場合における第1偏光画像と、フラッシュによる投光をしない場合における第2偏光画像とを取得し、
前記陰影領域抽出部は、低輝度領域に属する単位画像について、前記第1偏光画像および前記第2偏光画像における輝度の差分を算出し、算出した差分と予め定められたしきい値とを比較し、前記差分が前記しきい値よりも大きい場合に、当該単位画像を陰領域または影領域として抽出する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記陰影領域抽出部は、前記低輝度領域に属する単位画像について、前記偏光情報が鏡面反射の偏光特性を示すか否かを判断し、前記偏光情報が鏡面反射の偏光特性を示す場合に、当該単位画像を「陰領域または低反射率領域」として抽出する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 前記法線情報生成部は、前記「陰領域または低反射率領域」については、前記対応関係において輝度が最小となる前記偏光主軸角度を、当該領域に対応する前記被写体の入射面の法線情報として生成する
ことを特徴とする請求項10記載の法線情報生成装置。 - 前記法線情報生成部は、「陰領域または低反射率領域」及び影領域のうち、「陰領域または低反射率領域」だけについて前記法線情報を生成する
ことを特徴とする請求項10記載の法線情報生成装置。 - 前記偏光情報生成部は、前記偏光情報として、光がどれだけ偏光しているかを表す指標である偏光度を生成し、
前記陰影領域抽出部は、低輝度領域に属する単位画像における偏光度と予め定められたしきい値とを比較し、前記偏光度が前記しきい値よりも小さい場合に、当該単位画像を影領域として抽出し、前記偏光度が前記しきい値以上である場合に、当該単位画像を「陰領域または低反射率領域」として抽出する
ことを特徴とする請求項10記載の法線情報生成装置。 - 前記偏光情報生成部は、前記偏光情報として、前記偏光画像撮像部で得られた輝度と、前記偏光主軸角度と前記輝度との対応関係を近似した正弦関数から定まる輝度との差である偏光推定誤差を生成し、
前記陰影領域抽出部は、低輝度領域に属する単位画像における偏光推定誤差と予め定められたしきい値とを比較し、前記偏光推定誤差が前記しきい値よりも大きい場合に、当該単位画像を影領域として抽出し、前記偏光推定誤差が前記しきい値以下である場合に、当該単位画像を「陰領域または低反射率領域」として抽出する
ことを特徴とする請求項10記載の法線情報生成装置。 - 前記法線情報生成装置はさらに、前記偏光画像撮像部による撮像の対象となる撮像シーンが、前記法線情報生成部が正確な法線情報を生成できる撮像条件として予め定められた撮像条件を満たしているか否かを判定する撮像条件判定部を備え、
前記陰影領域抽出部は、前記撮像条件判定部によって撮像条件が満たされていないと判定された場合には、低輝度領域としての領域抽出を中止する
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 予め定められた前記撮像条件は、「被写体が存在する撮影シーンには、近傍に広い面を有する物体が存在し、ある広い面から被写体に関して反対方向には光源が存在する」という条件である
ことを特徴とする請求項15記載の法線情報生成装置。 - 前記撮像条件判定部は、前記偏光画像撮像部の撮像方向を検出する角度センサを有し、前記角度センサによって前記偏光画像撮像部が水平面よりも上方を向いていることが検出された場合に、前記撮像シーンが前記撮像条件を満たしていないと判定する
ことを特徴とする請求項15記載の法線情報生成装置。 - 前記撮像条件判定部は、音波を発生し、前記音波の反射波を受信することで、周囲の対象物までの距離を測定するソナーを有し、前記ソナーによって当該法線情報生成装置の近傍に物体があるか否かを判断し、物体がないと判断した場合に、前記撮像シーンが前記撮像条件を満たしていないと判定する
ことを特徴とする請求項15記載の法線情報生成装置。 - 前記法線情報生成装置はさらに、前記陰影領域抽出部による領域抽出の結果を評価する
ことで、領域抽出の信頼性があるか否かを判定し、信頼性がないと判定した場合に、前記陰影領域抽出部による領域抽出の結果および前記法線情報生成部により生成された法線情報を破棄する信頼性判定部を備える
ことを特徴とする請求項2記載の法線情報生成装置。 - 信頼性判定部は、前記陰影領域抽出部による領域抽出の結果、低輝度領域において陰領域が存在するか否かを判断し、低輝度領域において陰領域が存在しない場合に、前記領域抽出の信頼性がないと判定する
ことを特徴とする請求項19記載の法線情報生成装置。 - 被写体の表面における法線情報を生成する法線情報生成方法であって、
前記被写体からの光の輝度に関する情報である輝度情報及び前記被写体からの光の偏光に関する情報である偏光情報を含む被写体画像に関する情報を取得する画像情報取得ステップと、
前記画像情報取得ステップで取得された輝度情報及び偏光情報に基づいて、光の当たり方によって被写体の表面に生じる陰領域、及び、被写体によって光が遮断されたことによって他の物体上に生じる影領域を、前記被写体画像から抽出する陰影領域抽出ステップと、
前記陰影領域抽出ステップで抽出された陰領域について、前記画像情報取得ステップで取得された偏光情報を用いて、対応する前記被写体の表面での法線を特定する法線情報を生成する法線情報生成ステップと
を含むことを特徴とする法線情報生成方法。 - 被写体の表面における法線情報を生成する法線情報生成装置のためのプログラムであって、
請求項21記載の法線情報生成方法をコンピュータに実行させる
ことを特徴とするプログラム。
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