JP4435867B2 - 法線情報を生成する画像処理装置、方法、コンピュータプログラム、および、視点変換画像生成装置 - Google Patents
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Description
まず、本発明の第1の実施の形態による法線情報生成装置の概要を説明する。
偏光度ρ
・偏光度ρ:光がどれだけ偏光しているかを表す指標;
・偏光位相φmax:偏光主軸角度に依存して変化する輝度が最大となる角度;
・偏光推定誤差E:4画素のサンプルについて観測された輝度と近似によって得られた上述の正弦関数から定まる輝度との差の合計;
・偏光最大輝度値Imax:パターン偏光子の主軸角Φを変化させた際にとりうる最大輝度値;
・偏光最小輝度値Imin:パターン偏光子の主軸角Φを変化させた際にとりうる最小輝度値。非偏光成分。
・DD領域:第1の画像、第2の画像ともに拡散反射成分。
・SD領域:第1の画像は鏡面反射成分、第2の画像は拡散反射成分。
・DS領域:第1の画像は拡散反射成分、第2の画像は鏡面反射成分。
・SS領域:第1の画像、第2の画像ともに鏡面反射成分。
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を説明する。本実施の形態における法線情報生成装置は、ステレオ対応が求まらないオクルージョン領域に対して、別の法線情報生成処理を行なうものである。
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を説明する。
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を説明する。
参照点Pの法線方向ベクトルが以下の3点を通る平面上に存在。
・撮像素子202の焦点位置。
・撮像素子202−2の焦点位置。
・参照点P。
次に、本発明の第5の実施の形態における法線情報生成装置を説明する。第4の実施形態における法線情報生成装置との違いは、法線方向ベクトルから信頼性を評価するのではなく、領域分割部における領域分割結果から信頼性を評価することである。
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。
○attached shadow
・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。
○cast shadow
・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6の実施の形態における法線情報生成装置を説明する。
参照点Pの法線方向ベクトルが以下の3点を通る平面上に存在。
・撮像素子202の焦点位置。
・撮像素子202−2の焦点位置。
・参照点P。
次に、本発明の第7の実施の形態における法線情報生成装置を説明する。
以下、本発明の第8の実施の形態による視点変換画像生成装置を説明する。
・全体的に凹凸が激しい
・特に地球儀中央部の鏡面反射の偏光状態を拡散反射の偏光とみなしている部分の再現が特によくない。
という課題がある。拡散反射成分再現には、このような形状誤差は遮蔽エッジ部分を除きそれほど影響はない。しかし、鏡面反射のモデル化をする場合は極めて高精度で滑らかな曲面が必要であることが分かっているため、この形状誤差は問題となる。これに対し滑らかさ優先で復元した形状を微分し滑らかな法線を得る手法をとり、勾配空間(p,q)を用いた形状復元において、法線の影響を受ける項の重みを係数Wを使って制御することとした。具体的にはW=0.5で生成した表面を用いて、鏡面反射再現には、こちらの形状を用いている。
(1)Cam1とCam2という2視点位置から被写体を見た画像8201,8202を取得する。
(2)Cam2画像を視点変換して画像8203を生成する。画像8203は、Cam1の視点位置からみたCam2の画像である(図82では、「Cam2画像@Cam1視点」と記載している。
(3)8201と8203の同じ撮像画素座標どうしを比較して、輝度が小さいほうを拡散反射成分として拡散反射成分画像8204を生成する。
102 偏光画像撮像部
103 偏光情報取得部
104 ステレオ対応取得部
105 領域分割部
106 法線1自由度推定部
107 法線情報生成部
108 最適法線選択部
109 信頼性推定部
Claims (41)
- 被写体を撮像することによって前記被写体の表面における法線情報をパッシブに生成する画像処理装置であって、
各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光を受け、視点位置の異なる複数の偏光画像を取得するステレオ偏光画像撮像部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像に基づいて、被写体の法線方向ベクトルを推定する法線情報生成部と
を有し、
前記複数の偏光光に関する偏光情報を生成する偏光情報取得部であって、前記複数の偏光画像の各々を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光光の偏光角度および輝度の対応関係に基づいて、偏光情報を生成する偏光情報取得部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステレオ対応取得部と、
前記偏光画像の輝度情報および前記複数の偏光光に関する偏光情報の少なくとも一方の情報についての類似性に基づいて、偏光画像を、光学的に共通する領域ごとに分割する領域分割部と、
前記複数の偏光画像の各々に対して、前記偏光情報に基づいて、前記領域分割部で分割された各領域に対応する、被写体の表面での法線1自由度をそれぞれ推定する法線1自由度推定部と
をさらに備え、前記法線情報生成部は、前記法線1自由度推定部でそれぞれ推定された前記法線1自由度、および、前記ステレオ対応取得部で取得された前記複数の偏光画像の対応関係に基づいて、法線方向ベクトルを推定する、画像処理装置。 - 前記複数の偏光光に関する偏光情報を生成する偏光情報取得部であって、前記複数の偏光画像の各々を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光画像の偏光角度および輝度の対応関係に基づいて、偏光情報を生成する偏光情報取得部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像のいずれかに含まれる特徴点を特定し、前記特徴点に基づいて他の前記複数の偏光画像を探索することにより、前記複数の偏光画像の各々の間で対応付けられた特徴点を特定し、各特徴点に基づいて、前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステレオ対応取得部と、
前記偏光画像の輝度情報および前記複数の偏光光に関する偏光情報の少なくとも一方の情報についての類似性に基づいて、偏光画像を、光学的に共通する領域ごとに分割する領域分割部と、
前記複数の偏光画像の各々に対して、前記偏光情報に基づいて、前記領域分割部で分割された各領域に対応する、被写体の表面での法線1自由度をそれぞれ推定する法線1自由度推定部と
をさらに備え、前記法線情報生成部は、前記法線1自由度推定部でそれぞれ推定された前記法線1自由度、および、前記ステレオ対応取得部で取得された前記複数の偏光画像の対応関係に基づいて、法線方向ベクトルを推定する、請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記偏光情報取得部は、偏光情報として、偏光度、偏光位相、偏光推定誤差、偏光最大輝度値、偏光最小輝度値の少なくとも1つを生成する、請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記領域分割部は、前記被写体の表面を、拡散反射領域および鏡面反射領域のいずれかに分割する、請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記領域分割部は、前記被写体の表面を、拡散反射領域、鏡面反射領域および陰影領域のいずれかに分割する、請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記領域分割部は、前記被写体の表面を、拡散反射領域、鏡面反射領域、アタッチト・シャドウ領域およびキャスト・シャドウ領域のいずれかに分割する、請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記領域分割部は、前記被写体の表面を、拡散反射領域、鏡面反射領域、ステレオ未対応領域およびオクルージョン領域のいずれかに分割する、請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記法線1自由度推定部は、前記拡散反射領域については、前記対応関係において輝度が最大となる偏光主軸角度を、当該領域に対応する前記被写体の出射面の法線情報として生成する、請求項4から7のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記法線1自由度推定部は、前記ステレオ未対応領域およびオクルージョン領域については、法線方向ベクトルが光軸に直交する平面上に存在することに基づいて、法線方向ベクトルを生成する、請求項7に記載の画像処理装置。
- 前記法線1自由度推定部は、前記鏡面反射領域およびアタッチト・シャドウ領域については、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、請求項4から7のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記法線情報生成部は、視点位置の異なる複数の偏光画像において、前記法線1自由度推定部が推定した入射面または出射面の交線を求めることによって、法線方向ベクトルを生成する、請求項8または請求項10に記載の画像処理装置。
- 前記法線情報生成部は、生成された法線方向ベクトルと視線方向の相対関係を評価することによって、生成された法線方向ベクトルの不定性を除去する、請求項11に記載の画像処理装置。
- 前記ステレオ対応取得部は、前記偏光情報取得部が取得した偏光最小輝度値を利用してステレオ画像の対応を取得する、請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記法線情報生成部は、オクルージョン領域については、法線方向ベクトルは視線ベクトルと直交することを利用し、前記法線1自由度推定部で推定した入射面または出射面上において、視線ベクトルと直交するベクトルを法線方向ベクトルとして生成する、請求項7に記載の画像処理装置。
- 被写体を撮像することによって前記被写体の表面における法線情報を生成する画像処理装置であって、
各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光を受け、視点位置の異なる複数の偏光画像を取得するステレオ偏光画像撮像部と、
前記複数の偏光光に関する偏光情報を生成する偏光情報取得部であって、前記複数の偏光画像の各々を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光画像の偏光角度および輝度の対応関係に基づいて、偏光情報を生成する偏光情報取得部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステレオ対応取得部と、
前記複数の偏光画像の各々に対して、前記偏光情報に基づいて、鏡面反射成分を仮定した処理と拡散反射成分を仮定した処理とを切り替えることにより、対応する被写体の表面での複数の法線1自由度候補を推定する法線1自由度推定部と、
前記法線1自由度推定部でそれぞれ推定された前記法線1自由度、および、前記ステレオ対応取得部で取得された前記複数の偏光画像の対応関係に基づいて、複数の法線方向ベクトル候補を生成する法線情報生成部と、
前記法線情報生成部によって生成された複数の法線方向ベクトル候補から、最適な法線方向ベクトルとして1つの候補を選択する最適法線選択部と
を備えた、画像処理装置。 - 前記法線情報生成部は、法線方向ベクトルの連続性、鏡面反射成分と拡散反射成分の空間的な連続性、偏光情報、遮蔽エッジ近傍領域の法線方向ベクトル、法線情報および奥行情報の少なくとも1つに基づいて、最適な法線方向ベクトルを選択する、請求項15に記載の画像処理装置。
- 前記法線情報生成部が生成した前記法線方向ベクトルの信頼性を推定し、前記信頼性の低さに応じて前記法線方向ベクトルを廃棄する信頼性推定部をさらに備えた、請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記法線情報生成部は、信頼性の低さに応じて、前記法線方向ベクトルを、奥行情報に基づいて求めた法線方向ベクトルに置き換える、請求項17に記載の画像処理装置。
- 前記法線情報生成部は、信頼性の低さに応じて、前記法線方向ベクトルを、近傍の法線方向ベクトルから補間処理を行なうことによって求めた法線方向ベクトルに置き換える、請求項17に記載の画像処理装置。
- 前記信頼性推定部は、前記偏光情報取得部が取得した偏光情報、前記領域分割部の領域分割結果、前記法線1自由度推定部が推定した法線1自由度情報、および、前記法線情報生成部が生成した法線方向ベクトルの少なくとも1つに基づいて、法線方向ベクトルの信頼性を推定する、請求項17に記載の画像処理装置。
- 前記信頼性推定部は、視点位置の異なる複数の偏光画像において、前記法線1自由度推定部が推定した法線1自由度情報である入射面または出射面のなす角度の大きさに応じて、推定する法線方向ベクトルの信頼性の大きさを変える、請求項20に記載の画像処理装置。
- 前記領域分割部は、前記被写体の表面を陰影領域として領域分割を行ない、
前記信頼性推定部は、前記領域分割部が陰影領域として領域分割した領域における法線方向ベクトルの信頼性を相対的により低く推定する、請求項20に記載の画像処理装置。 - 前記領域分割部は、前記被写体の表面をキャスト・シャドウ領域として領域分割を行ない、
前記信頼性推定部は、前記領域分割部がキャスト・シャドウ領域として領域分割した領域における法線方向ベクトルの信頼性を相対的により低く推定する、請求項20に記載の画像処理装置。 - 前記信頼性推定部は、前記偏光情報取得部が取得した偏光情報、および、前記領域分割部の領域分割結果から法線情報を計算し、計算された法線情報と前記法線情報生成部が生成した法線方向ベクトルとを比較し、その差に応じて、法線方向ベクトルの信頼性を変える、請求項20に記載の画像処理装置。
- 被写体を撮像することによって前記被写体の表面における法線情報を生成する画像処理装置であって、
各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光を受け、被写体の視点位置の異なる3つ以上の複数の偏光画像を取得するステレオ偏光画像撮像部と、
前記複数の偏光光に関する偏光情報を生成する偏光情報取得部であって、前記複数の偏光画像の各々を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光画像の偏光角度および輝度の対応関係に基づいて、偏光情報を生成する偏光情報取得部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステレオ対応取得部と、
前記偏光画像の輝度情報および前記複数の偏光光に関する偏光情報の少なくとも一方の情報についての類似性に基づいて、偏光画像を、光学的に共通する領域ごとに分割する領域分割部と、
前記偏光情報に基づいて、前記領域分割部によって分割された領域ごとに処理を切り替えることにより、対応する被写体の表面での法線1自由度を推定する法線1自由度推定部と、
前記法線1自由度推定部でそれぞれ推定された前記法線1自由度、および、前記ステレオ対応取得部で取得された前記複数の偏光画像の対応関係に基づいて、複数の法線方向ベクトルを推定する法線情報生成部と、
前記法線情報生成部によって生成された前記複数の法線方向ベクトル候補から、最適な法線方向ベクトルとして1つの候補を選択する最適法線選択部
を備えた、画像処理装置。 - 前記法線情報生成部は、視点位置の異なる前記3つ以上の複数の偏光画像から、2つの偏光画像ごとに複数の法線方向ベクトル候補を生成する、請求項25に記載の画像処理装置。
- 前記最適法線選択部は、前記ステレオ偏光画像撮像部が撮像した偏光画像、前記偏光情報取得部が取得した偏光情報、前記領域分割部の領域分割結果、前記法線1自由度推定部が推定した法線1自由度情報、および、前記法線情報生成部が生成した法線方向ベクトルの少なくとも1つに基づいて、前記複数の法線方向ベクトル候補から、最適な法線方向ベクトルとして1つの候補を選択する、請求項26に記載の画像処理装置。
- 前記最適法線選択部は、視点位置の異なる前記3つ以上の複数の偏光画像において、前記法線1自由度推定部が推定した法線1自由度情報である入射面または出射面のなす角度が最も大きい法線方向ベクトル候補を、最適な法線方向ベクトルとして推定する、請求項27に記載の画像処理装置。
- 前記最適法線選択部は、前記信頼性推定部が推定した偏光度情報および前記領域分割部の領域分割結果に基づいて法線情報を計算し、計算された法線情報と前記法線情報生成部が生成した法線方向ベクトルとを比較し、その差が最小となる法線方向ベクトル候補を最適な法線方向ベクトルとして推定する、請求項27に記載の画像処理装置。
- 被写体を撮像することによって前記被写体の表面における法線情報を生成する画像処理装置であって、
各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光を受け、被写体の視点位置の異なる3つ以上の複数の偏光画像を取得するステレオ偏光画像撮像部と、
前記複数の偏光光に関する偏光情報を生成する偏光情報取得部であって、前記複数の偏光画像の各々を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光画像の偏光角度および輝度の対応関係に基づいて、偏光情報を生成する偏光情報取得部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステレオ対応取得部と、
前記偏光画像の輝度情報および前記複数の偏光光に関する偏光情報の少なくとも一方の情報についての類似性に基づいて、偏光画像を、光学的に共通する領域ごとに分割する領域分割部と、
前記偏光情報に基づいて、前記領域分割部によって分割された領域ごとに処理を切り替えることにより、対応する被写体の表面での法線1自由度を推定する法線1自由度推定部と、
前記法線1自由度推定部でそれぞれ推定された前記法線1自由度、および、前記ステレオ対応取得部で取得された前記複数の偏光画像の対応関係に基づいて、複数の法線方向ベクトルを推定する法線情報生成部と、
を備えた、画像処理装置。 - 前記法線情報生成部は、前記法線1自由度推定部で推定した複数の入射面または出射面とのなす角が最大となる方向ベクトルを法線情報ベクトルとして生成する、請求項30に記載の画像処理装置。
- 前記法線情報生成部は、法線方向ベクトルの連続性、鏡面反射成分と拡散反射成分の空間的な連続性、偏光情報、遮蔽エッジ近傍領域の法線方向ベクトル、法線情報および奥行情報の少なくとも1つの情報を拘束条件として利用することにより、法線方向ベクトルを選択する、請求項31に記載の画像処理装置。
- 前記ステレオ偏光画像撮像部は、偏光主軸角度が異なる複数の偏光子を透過した前記被写体からの光を、前記各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光として受ける、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記ステレオ偏光画像撮像部は、回転によって偏光主軸角度が可変である偏光子を回転させることにより、前記偏光子を透過した前記被写体からの光を、前記各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光として受ける、請求項1に記載の画像処理装置。
- 被写体を撮像することによって前記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、
各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光を受け、視点位置の異なる複数の偏光画像を取得するステップと、
前記複数の偏光光に関する偏光情報を生成するステップであって、前記複数の偏光画像の各々を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光画像の偏光角度および輝度の対応関係に基づいて、偏光情報を生成するステップと、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステップと、
前記複数の偏光画像の各々に対して、前記偏光情報に基づいて、鏡面反射成分を仮定した処理と拡散反射成分を仮定した処理とを切り替えることにより、対応する被写体の表面での複数の法線1自由度候補を推定するステップと、
前記偏光画像の輝度情報および前記複数の偏光光に関する偏光情報の少なくとも一方の情報についての類似性に基づいて、偏光画像を、光学的に共通する領域ごとに分割するステップと、
前記偏光情報に基づいて、前記領域分割部によって分割された領域ごとに処理を切り替えることにより、対応する被写体の表面での法線1自由度を推定するステップと、
推定された前記法線1自由度、および、前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係に基づいて、複数の法線方向ベクトルを推定するステップと、
生成された前記複数の法線方向ベクトル候補から、最適な法線方向ベクトルとして1つの候補を選択するステップと
を包含する、情報処理方法。 - 被写体を撮像することによって前記被写体の表面における法線情報を生成する画像処理装置のためのコンピュータプログラムであって、請求項35に記載の方法に包含される各ステップを前記画像処理装置のコンピュータに実行させる、コンピュータプログラム。
- 複数の異なる視点位置で被写体を撮像することによって前記被写体の撮影時とは異なる任意視点位置からみた画像を合成する視点変換画像生成装置であって、
複数の異なる視点位置の各々において偏光方向が異なる複数の偏光光を受け、視点位置の異なる複数の偏光画像を取得するステレオ偏光画像撮像部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像に基づいて、被写体の法線方向ベクトルを法線情報として推定する法線情報生成部と、
前記法線情報から前記被写体の3次元形状を復元する形状復元部と、
前記3次元形状に基づいて、撮影された前記被写体の画像の視点位置を変換する視点変換部と
を備え、
所定の反射モデルによって、視点変換された画像から鏡面反射画像を生成する鏡面反射画像生成部と、
複数の画像を合成して1枚の画像を生成する合成部と、
画像を提示する提示部と
をさらに備え、
前記視点変換部は、前記被写体の画像から拡散反射成分と鏡面反射成分とを分離して得られる拡散反射画像および前記法線情報生成部から得られる法線画像の両方を視点変換し、
前記鏡面反射画像生成部は、視点変換された前記法線画像から鏡面反射画像を生成し、
前記合成部は、視点変換された前記拡散反射画像および生成された前記鏡面反射画像を合成し、
前記提示部は、合成された画像を提示する、視点変換画像生成装置。 - 視点位置の異なる前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステレオ対応取得部をさらに備え、
前記形状復元部は、前記法線情報生成部から得られる法線画像および前記ステレオ対応取得部から得られる前記複数の偏光画像間で対応する画素の特徴点に対応する3次元位置を用いて、前記被写体の3次元形状を復元する、請求項37に記載の視点変換画像生成装置。 - 視点変換された2次元画像を、観察者の視点位置に応じて逐次2次元画面に表示する提示部を有する、請求項37に記載の視点変換画像生成装置。
- 観察者の視点位置における2種類の視差画像を生成することにより、多視点で立体表示を行う提示部を有する、請求項37に記載の視点変換画像生成装置。
- 被写体を撮像することによって前記被写体の形状を復元する画像生成装置であって、
各視点位置において偏光方向が異なる複数の偏光光を受け、視点位置の異なる複数の偏光画像を取得するステレオ偏光画像撮像部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像に基づいて、被写体の法線方向ベクトルを法線情報として推定する法線情報生成部と、
前記法線情報から前記被写体の3次元形状を復元する形状復元部と
を備え、
前記複数の偏光光に関する偏光情報を生成する偏光情報取得部であって、前記複数の偏光画像の各々を構成する単位画像のそれぞれについて、前記複数の偏光光の偏光角度および輝度の対応関係に基づいて、偏光情報を生成する偏光情報取得部と、
視点位置の異なる前記複数の偏光画像の画素ごとの対応関係を推定するステレオ対応取得部と、
前記偏光画像の輝度情報および前記複数の偏光光に関する偏光情報の少なくとも一方の情報についての類似性に基づいて、偏光画像を、光学的に共通する領域ごとに分割する領域分割部と、
前記複数の偏光画像の各々に対して、前記偏光情報に基づいて、前記領域分割部で分割された各領域に対応する、被写体の表面での法線1自由度をそれぞれ推定する法線1自由度推定部と
をさらに備え、前記法線情報生成部は、前記法線1自由度推定部でそれぞれ推定された前記法線1自由度、および、前記ステレオ対応取得部で取得された前記複数の偏光画像の対応関係に基づいて、法線方向ベクトルを推定する、画像生成装置。
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