직접광과 간접광의 분리시 물체의 특징에 따른 주변광 성분의 영향 조사

창원대학교 정보통신공학과조미리나

2008.12.17

목차

1. 연구 배경2. 관련 연구

- 빛의 이론- Nayar 의 고주파 조명패턴을 이용한 분리 기법

3. 직접광과 간접광의 분리 방법4. 장면과 조명과의 거리에 따른 분리5. 비활성화된 영역에서의 밝기 측정6. 이미지 처리의 응용7. 결론 및 향후 연구과제

1. 연구 배경

• 3 차원 모델링의 사실적인 표현을 위한 방법– 조명효과 적용 : 주로 표면에서의 반사– 간접조명 효과를 적용하여 더욱 사실적인 표현 가능

• 2 차원 이미지에서의 조명 성분 분리– 정반사와 난반사 분리– 직접광과 간접광의 분리

• Nayar 의 직접광과 간접광 분리– 고주파 이진 조명 패턴을 이용하여 장면의 빠른 분리 가능 – 분리결과의 합이 실제장면과 비교 : 밝기 차이가 발생– 정확한 분리를 위한 방법에 관한 연구 수행

2. 관련 연구

• 빛의 이론– 장면을 구성하는 빛은 크게 직접광 성분 (direct light) 과 간접광

성분 (indirect light) 으로 구분

source

surface

P

직접광과 전역광의 예

A

A : Direct

B

B : Interreflection

C

C : Subsurface

D

participating medium

D : Volumetric translucent surface

E

E : Diffusion

camera

2. 관련 연구• Nayar 의 고주파 조명패턴을 이용한 분리 기법

– 직접광과 간접광 성분 : 상호반사

직접광 간접광라디언스

],[],[],[ icLicLicL gd

표면

i

카메라

광원

BRDF

j

P

g jiLjiAicL ],[],[],[

2. 관련 연구• Nayar 의 고주파 조명패턴을 이용한 분리 기법

– 고주파 조명패턴

표면

카메라

광원

i

빛이 활성화된 영역

2. 관련 연구• Nayar 의 고주파 조명패턴을 이용한 분리 기법

– 고주파 조명패턴

표면

카메라

광원

i

빛이 활성화된 영역

• 빛이 활성화되지 않은 영역의 밝기 : b, 0<=b<=1

+ )1( b

- )1( bb

:0,2

1 b

직접광 간접광

],[ ],[],[],[ icLicLicLicL ggd

],[ ],[ ],[ ],[ icLicLicLicL ggd

,minmax LLLd min2LLg

2. 관련 연구

• 고주파 조명패턴

3. 직접광과 간접광의 분리

• 실험환경– 고주파 조명 패턴 : 체커보드 조명 패턴

– 해상도 : 1024*768– 상하 좌우로 2 픽셀씩 이동하여 25 개의 패턴 생성– 흰색 : 빛이 비춰지는 영역 , 검은색 : 빛이 차단된 영역

– 조명 : 빔 프로젝터 ( 해상도 :1024*768)– 디지털 카메라를 이용하여 장면 촬영

< 체커보드 조명패턴 >

3. 직접광과 간접광의 분리

• 실험환경

프로젝터

체커보드 조명

카메라

객체

카메라

프로젝터 ( 조명 )

• 분리 과정

3. 직접광과 간접광의 분리

< 장면 > < 체커보드 조명을 비추어 촬영한 이미지 >

< 최대 밝기 ( )>maxL < 최소밝기 ( )>minL

• 실험 결과

3. 직접광과 간접광의 분리

< 장면 >

< 직접광 성분 > < 간접광 성분 >

• 실험 결과

3. 직접광과 간접광의 분리

< 장면 >

< 장면 >

• 실험 결과

3. 직접광과 간접광의 분리

< 직접광 성분 >

• 실험 결과

3. 직접광과 간접광의 분리

< 간접광 성분 >

4. 장면과 조명과의 거리에 따른 분리

• 분리 결과의 정확도를 높이기 위한 실험환경 찾기 – 픽셀 크기 : 4*4, 6*6, 8*8– 조명의 위치 : 60cm, 80cm, 100cm– 직접광과 간접광 성분을 합한 장면과 실제 장면 비교– 간접광 성분의 민감도 측정

80cm60cm100cm

조명과 물체와의

거리실제 장면

직접광 +간접광

직접광 간접광

60cm

80cm

100cm

4. 장면과 조명과의 거리에 따른 분리

4*4 일때 분리결과

조명과 물체와의

거리실제 장면

직접광 +간접광

직접광 간접광

60cm

80cm

100cm

4. 장면과 조명과의 거리에 따른 분리

6*6 일때 분리결과

조명과 물체와의

거리실제 장면

직접광 +간접광

직접광 간접광

60cm

80cm

100cm

4. 장면과 조명과의 거리에 따른 분리

8*8 일때 분리결과

4. 장면과 조명과의 거리에 따른 분리

• 실험 결과– 조명의 밝기는 거리의 제곱에 반비례함– 가까운 위치에서는 빛의 반사가 큼– 멀리 있을 경우 빛의 세기가 약하므로 간접광 성분이 줄어듬

60 80 1000

0.020.040.060.080.1

0.120.140.16

4*46*68*8

밝기 차이

거리 (cm)

• b 값– 빛이 활성화 되지 않은 영역에서의 직접광 성분의 비율 – 범위 : 0<=b<=1– 값 1 에 가까울수록 간접광 성분의 크기가 작아짐– 정확한 b 값의 측정이 필요함

• b 값 측정 방법– 실제 장면 = 직접광 성분 + 간접광 성분

5. 비활성화된 영역에서의 밝기 (b) 측정

],[],[],[ icLicLicL gds

],[)1(]),[],[)(1(],[],[ icLbicLicLbicLicL sgd

1],[

],[],[

icL

icLicLb

s

5. 비활성화된 영역에서의 밝기 (b) 측정

• b = 0 일때

+

=< 실제장면 >< 직접광 + 간접광 >

5. 비활성화된 영역에서의 밝기 (b) 측정

• 측정된 b = 0.2319 일 때

+

=< 실제장면 >< 직접광 + 간접광 >

• 물체 표면의 거칠기에 따른 b 값 측정

표면 거칠기 실제 장면직접광 +

간점광직접광 간접광

거친 표면b =

0.1784

매끈한 표면b =0.1702

5. 비활성화된 영역에서의 밝기 (b) 측정

• 재질에 따른 b 값 측정

물체의 재질 실제 장면직접광 +

간점광 직접광 간접광

천b =

0.1356

나무b =0.1189

양초b=0.1632

5. 비활성화된 영역에서의 밝기 (b) 측정

• 재질에 따른 b 값 측정

물체의 재질 실제 장면직접광 +

간점광직접광 간접광

유리b =

0.1549

피부b =0.1960

5. 비활성화된 영역에서의 밝기 (b) 측정

• 간접광 성분과 b 값의 관계

0 0.1 0.2 0.30

0.2

0.4

0.6

0.8

1

나무천유리양초피부

b

재질 나무 천 유리 양초 피부

b 값 0.1189 0.1356 0.1549 0.1632 0.1960

Lg 비율 (%) 28 36 47 62 76

5. 비활성화된 영역에서의 밝기 (b) 측정

장면 직접광 간접광

실제 색상

초록색으로

색상변경

분홍색으로

색상변경

• 새로운 이미지 생성

5. 이미지 처리 응용

• 간접광 성분의 특성이용 -비닐 커버에 가려진 물체의 이미지 추출

6. 이미지 처리 응용

< 직접광 성분 >

< 실제 장면 >

< 간접광 성분 >

• 이미지 향상

6. 이미지 처리 응용

< 간접광 성분 >

< 실제 장면 >

< 밝기 조절 (imadjust)>

• 이미지 향상

6. 이미지 처리 응용

< 간접광 성분 >

< 실제 장면 >

< 대비향상 ( ahapthisteq)>

• 이미지 향상

6. 이미지 처리 응용

< 간접광 성분 >

< 실제 장면 >

< 이미지 필터링 (unsharp)>

< 실제 장면 >< 직접광 + 간접광 > < 직접광 > < 간접광 >

다양한 물체의 분리 결과

< 실제 장면 >< 직접광 + 간접광 > < 직접광 > < 간접광 >

다양한 물체의 분리 결과

7. 결론 및 향후 연구 과제

• 결론– 고주파 조명패턴을 이용한 장면의 분리– 장면과 조명과의 거리에 따른 실험을 통하여 간접광 성분을

고려하여 적절한 위치를 설정– 빛이 비추어지지 않는 영역에서 존재하는 빛의 성분 값을

측정함으로 분리된 장면의 합과 실제 장면의 차이를 줄임으로 분리결과의 정확도를 높임

– 물체의 속성에 따라 측정된 값이 달라지며 간접광 성분의 영향을 많이 받음을 알 수 있었다 .

– 이미지 처리의 응용으로 간접광의 특성을 이용하여 가려진 물체의 형태를 추출 가능

7. 결론 및 향후 연구 과제

• 향후 연구 과제– 이미지 수를 줄임으로 이미지 처리시간을 단축– 간접광의 이미지 향상부분에서 물체 형태의 정확한 추출 방법 – 분리 결과를 3 차원 모델링이나 BRDF 함수에 적용

Q&A