Computer Vision 대학원생 기록지

Photometric Stereo

• 3D computer vision problem (stereopsis, surfaces reflectance estimation 등)의 한 종류
• Different illumination에 따른 object의 appearance variation 으로부터 surface normal을 추론

Material properties

• Object를 이루는 것으로 object의 appearance를 결정하는 요소 중 하나

• 위 그림처럼 동일한 camera 각도, illumination, sphere shape에도 물구하고, mateiral이 다르기 때문에 sphere마다 다른 appearance를 가짐
• Material의 따라 빛을 받고 이를 다시 반사시키는 방향 (=Surfance reflectance)이 상이함

Surface Reflectance

• Viweing direction과 illumination(=reflection) direction로 나타낼 수 있음

• direction은 위와 같이 나타낼 수 있음

•  따라서 surface reflectance도 위와 같이 표현할 수 있음

Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF)

• 다양한 material의 reflectance property를 나타내는 간단한 방법
• Viewing direction과 illumination direction이 중요하기 때문에 bidirectional이라고 지칭

• Surface reflectance의 2가지 direction의 ratio로 BRDF를 표현할 수 있음. 더 자세하게 표현하자면 BRDF는 theta 방향의 irradiance로 인한 r 방향의 radiance임
  • irradiance: 모든 방향에서 단위 면적으로 입사하는 복사량
  • radiance: 한 지점에서 특정 방향으로의 투영면적당 단위 입체각당 복사량

• non-negative한 특징과 helmoholtz reciprocity한 특징을 가지고 있음
  
  • 각 방향(radiance이든 irradiance이든)은 non-negative하기 때문에 BRDF도 non-negative함
  • Irradiance와 raidance를 맞바꾸어도 brightness은 동일하기 때문에 helmholtz reciprocity함
• BRDF는 4가지의 방향이 입력되기 때문에 4D 함수임. 하지만 Isotropic surface에서는 BRDF는 3D로 표현될 수 있음 

Isotropic Surface

• Rotationally symmetric reflectance라고도 지칭
• Surfance normal에 따라서 surface를 rotate하였을 때, 관심 point의 brightness의 값이 변하지 않을 때, rotationally symmetric하다고 부름

Global Illumination

• Indirect lighting을 simulate하는 과정을 지칭함
• 투과되는 빛도 다른 서피스를 위한 광원으로 사용될 수 있음. 이렇게 서피스에서 반사되거나 굴절되는 모든 빛을 새로운 광원으로 삼는 것을 global illimination이라고 지칭

• direct light = 광원에서 표면으로 직접 들어 온 빛
• indirect light = 표면에 들어 온 빛이 반사되어 새로운 광원처럼 사용되는 빛
  
  

Lambertian Surface

• 어느 방향에서 보아도 brightness가 동일한 surface
• 물체 표면의 brightness가 isotropic함. 예를 들어서 원목 재질은 각도에 따라서 밝기가 일정하기 때문에 isotropic하다고 볼 수 있음. 반면에 폴레우리탄 처리가 된 원목은 매끔한 표면을 가지고 있어 광원의 위치에 따라 거울면과 같은 highlight가 보이게 됨. 이는 isotropic하다고 볼 수 없음

Lambertian Cosine Law

• Lambertian cosine law에 따르면 어떠한 빛이 들어오는 각도에 따라 반사되는 빛의 intensity가 다름
• cos theta의 값의 분포는 반구 형태를 띄고 있기 때문에 0~90 사이에서 값이 형성
• theta가 벌어질 수록 빛의 intensity가 작아짐

Isotropic Reflectance

• Surface normal을 기준으로 한 빛 반사가 방향에 의존적이지 않음
• 물체의 surface의 빛 반사가 surface normal을 주변으로 고르게 분포되어 있음. 따라서 물체가 회전하여도 view 위치가 고정되어 있다면 illumination은 일정

Anisotropic Refelctance

• Surface normal을 기준으로 한 빛 반사가 방향에 의존적임
• 물체의 surface에 따라서 빛 반사가 surface normal을 주변으로 고르지 않게 분포되어 있음. 따라서 물체가 회전할 때 view 위치가 고정되어 있더라고 illumination은 일정하지 않음

Diffuse Reflection

• 빛 반사의 한 종류로 빛이 한 각도에서 surface에 도달하였을 때, 다양한 각도에서 확산해서 어떤 방향에서도 비교적 균등한 intensity로 볼 수 있음
• 동일한 세기의 빛이 모든 방향으로 고르게 반사되기 때문에 카메라를 어떤 곳에 놓던지 p 점의 색상은 동일하게 보임. 이러한 난반사는 표면의 재질에 따라 결과가 달라질 수 있다.

Specular Reflection

• 빛 반사의 한 종류로 빛이 한 각도에서 surface에 도달하였을 때, 입사되는 각도의 반사각에서만 빛을 볼 수 있음

Albedo

• 빛이 표면을 닿았을 때 반사하는 빛의 양을 뜻함
• 0과 1사이의 값을 가짐
• 0의 값에 가까울 수록 material은 들어오는 빛을 대부분 흡수하게 됨
• 1의 값에 가까울 수록 material은 들어오는 빛의 대부분을 반사하게 됨
• 주로 햇빛의 diffuse reflection을 측정한 값에 사용됨