Поляризация при смешанном отражении в задаче трехмерного сканирования объектов
Таамазян В.А.

Московский физико-технический институт, Москва, Россия

Аннотация:
Предлагается новый метод разделения отраженной и рассеянной компонент света, а также оценки отражательных свойств объекта (включая коэффициент преломления), основанный на фундаментальной разнице в свойствах поляризации рассеянной и отражённой компонент. Метод базируется на информации о положении камеры и информации о поляризации света в каждом из положений. В конечном итоге предложенный метод позволяет также восстановить трёхмерную форму объекта. Показанные результаты дают достаточно высокую точность разделения компонент по сравнению с ранее предложенными методами и, в отличие от них, базируются на фундаментальных принципах отражения света.

Ключевые слова:
рассеяние, отражение, поляризация, трёхмерное сканирование, форма из поляризации.

Цитирование:
Таамазян, В.А.
Поляризация при смешанном отражении в задаче трёхмерного сканирования объектов / В.А. Таамазян // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 5. – С. 764-771. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-764-771.

Литература:

  1. Atkinson, G.A. Recovery of surface orientation from diffuse polarization / G.A. Atkinson, E.R. Hancock // IEEE Transactions on Image Processing. – 2006. – Vol. 15, Issue 6. – P. 1653-1664. – DOI: 10.1109/TIP.2006.871114.
  2. Kadambi, A. Polarized 3D: High-quality depth sensing with polarization cues / A. Kadambi, V. Taamazyan, B. Shi, R. Raskar. – In: Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision. – 2015. – P. 3370-3378. – DOI: 10.1109/ICCV.2015.385.
  3. Miyazaki, D. Polarization-based inverse rendering from a single view / D. Miyazaki, R.T. Tan, K. Hara, K. Ikeuchi. – In: Proceedings of the Ninth IEEE International Conference on Computer Vision. – 2003. – P. 982-987. – DOI: 10.1109/ICCV.2003.1238455.
  4. Tan, R.T. Separating reflection components of textured surfaces using a single image / R.T. Tan, K. Ikeuchi // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2005. – Vol. 27, Issue 2. – P. 178-193. – DOI: 10.1109/TPAMI.2005.36.
  5. Morel, O. Polarization imaging applied to 3D reconstruction of specular metallic surfaces / O. Morel, F. Meriaudeau, C. Stolz, P. Gorria // Proceedings of SPIE. – 2005. – Vol. 5679. – P. 178-186. – DOI: 10.1117/12.586815.
  6. Saito, M. Measurement of surface orientations of transparent objects using polarization in highlight / M. Saito, Y. Sato, K. Ikeuchi, H. Kashiwagi // Systems and Computers in Japan. – 2001. – Vol. 32, Issue 5. – P. 64-71. – DOI: 10.1002/scj.1027.
  7. Miyazaki, D. Transparent surface modeling from a pair of polarization images / D. Miyazaki, M. Kagesawa, K. Ikeuchi // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2004. – Vol. 26, Issue 1. – P. 73-82. – DOI: 10.1109/TPAMI.2004.1261080.
  8. Miyazaki, D. Polarization-based surface normal estimation of black specular objects from multiple viewpoints / D. Miyazaki, T. Shigetomi, M. Baba, R. Furukawa, S. Hiura, N. Asada // 2012 Second International Conference on 3D Imaging, Modeling, Processing, Visualization & Transmission. – 2012. – P. 104-111. – DOI: 10.1109/3DIMPVT.2012.14.
  9. Zappa, C.J. Retrieval of short ocean wave slope using polarimetric imaging / C.J. Zappa, M.L. Banner, H. Schultz, A. Corrada-Emmanuel, L.B. Wolff, J. Yalcin // Measurement Science and Technology. – 2008. – Vol. 19, Issue 5. – 055503. – DOI: 10.1088/0957-0233/19/5/055503.
  10. Nishino, K. Determining reflectance parameters and illumination distribution from a sparse set of images for view-dependent image synthesis / K. Nishino, Z. Zhang, K. Ikeuchi. – In: Proceedings Eighth IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV 2001). – 2001. – Vol. 1. – P. 599-606. – DOI: 10.1109/ICCV.2001.937573.
  11. Lin, S. Separation of diffuse and specular reflection in color images / S. Lin, H.-Y. Shum // In: Proceedings of the 2001 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR 2001). – 2001. – Vol. 1. – P. I-341-I-346. – DOI: 10.1109/CVPR.2001.990495.
  12. Lin, S. Diffuse-specular separation and depth recovery from image sequences / S. Lin, Y. Li, S.B. Kang, X. Tong, H.Y. Shum // ECCV '02 Proceedings of the 7th European Conference on Computer Vision. – 2002. – Part III. – P. 210-224. – DOI: 10.1007/3-540-47977-5_14.
  13. Tan, R.T. Separating reflection components based on chromaticity and noise analysis / R.T. Tan, K. Nishino, K. Ikeuchi // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2004. – Vol. 26, Issue 10. – P. 1373-1379. – DOI: 10.1109/TPAMI.2004.90.
  14. Ma, W.C. Rapid acquisition of specular and diffuse normal maps from polarized spherical gradient illumination / W.-Ch. Ma, T. Hawkins, P. Peers, Ch.-F. Chabert, M. Weiss, P. Debevec // EGSR'07 Proceedings of the 18th Eurographics conference on Rendering Techniques. – 2007. – P. 183-194. – DOI: 10.2312/EGWR/EGSR07/183-194.
  15. Ghosh, A. Multiview face capture using polarized spherical gradient illumination / A. Ghosh, G. Fyffe, B. Tunwattanapong, J. Busch, X. Yu, P. Debevec // ACM Transactions on Graphics. – 2011. – Vol. 30, Issue 6. – 129. – DOI: 10.1145/2070781.2024163.
  16. Nayar, S.K. Separation of reflection components using color and polarization / S.K. Nayar, X.S. Fang, T. Boult // International Journal of Computer Vision. – 1997. – Vol. 21, Issue 3. – P. 163-186. – DOI: 10.1023/A:1007937815113.
  17. Zickler, T. Reflectance sharing: Predicting appearance from a sparse set of images of a known shape / T. Zickler, R. Ramamoorthi, S. Enrique, P.N. Belhumeur // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2006. – Vol. 28, Issue 8. – P. 1287-1302. – DOI: 10.1109/TPAMI.2006.170.
  18. Guarnera, G.C. Estimating surface normal from spherical stokes reflectance fields / G.C. Guarnera, P. Peers, P. Debevec, A. Ghosh // ECCV'12 Proceedings of the 12th international conference on Computer Vision. – 2012. – Vol. 2. – P. 340-349. – DOI: 10.1007/978-3-642-33868-7_34.
  19. Schechner, Y.Y. Instant dehazing of images using polarization / Y.Y. Schechner, S.G. Narasimhan, S.K. Nayar // Proceedings of the 2001 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR 2001). – 2001. – Vol. 1. – P. I–325-I–332. – DOI: 10.1109/CVPR.2001.990493.
  20. Cula, O.G. Polarization multiplexing and demultiplexing for appearance-based modeling / O.G. Cula, K.J. Dana, D.K. Pai, D. Wang // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2007. – Vol. 29, Issue 2. – P. 362-367. – DOI: 10.1109/TPAMI.2007.39.
  21. Schechner, Y.Y. Generalized mosaicing: Polarization panorama / Y.Y. Schechner, S.K. Nayar // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2005. – Vol. 27, Issue 4. – P. 631-636. – DOI: 10.1109/TPAMI.2005.79.
  22. Treibitz, T. Active polarization descattering / T. Treibitz, Y.Y. Schechner // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2009. – Vol. 31, Issue 3. – P. 385-399. – DOI: 10.1109/TPAMI.2008.85.
  23. Lanman, D. Polarization fields: Dynamic light field display using multi-layer LCDs / D. Lanman, G. Wetzstein, M. Hirsch, W. Heidrich, R. Raskar // ACM Transactions on Graphics. – 2011. – Vol. 30, Issue 6. – 186. – DOI: 10.1145/2070781.2024220.
  24. Schechner, Y.Y. Self-calibrating imaging polarimetry / Y.Y. Schechner // 2015 IEEE International Conference on Computational Photography (ICCP). – 2015. – DOI: 10.1109/ICCPHOT.2015.7168374.
  25. Wolff, L.B. Constraining object features using a polarization reflectance model / L.B. Wolff, T.E. Boult // IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence. – 1991. – Vol. 13, Issue 7. – P. 635-657. – DOI: 10.1109/34.85655.
  26. Rahmann, S. Reconstruction of specular surfaces using polarization imaging / S. Rahmann, N. Canterakis // Proceedings of the 2001 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR 2001). – 2001. – Vol. 1. – P. I–149-I–155. – DOI: 10.1109/CVPR.2001.990468.
  27. Hecht, E. Optics / E. Hecht. – 4th ed. – San Francisco: Addison-Wesley, 2002. – 698 p. – ISBN: 978-0-8053-8566-3.
  28. Jakob, W. Mitsuba renderer [Electronical Resource] / W. Jakob. – URL: http://www.mitsuba-renderer.org (request date 26.09.2010).
  29. Izadi, S. Kinectfusion: Real-time 3D reconstruction and interaction using a moving depth camera / S. Izadi, D. Kim, O. Hilliges, D. Molyneaux, R. Newcombe, P. Kohli, J. Shot­ton, S. Hodges, D. Freeman, A. Davison, A. Fitzgibbon // UIST '11 Proceedings of the 24th annual ACM symposium on User interface software and technology. – 2011. – P. 559-568. – DOI: 10.1145/2047196.2047270.
  30. Wetzstein, G. Hand-held schlieren photography with light field probes / G. Wetzstein, R. Raskar, W. Heidrich // 2011 IEEE International Conference on Computational Photography (ICCP). – 2011. – 8 p. – DOI: 10.1109/ICCPHOT.2011.5753123.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20