复杂物体表面纹理获取和三维重建的关键技术研究

Measuring object reflectance model and 3D reconstruction are important in both Computer Vision and Computer Graphics. The photos captured by normal camera are often influenced by the illuminations. Once the texture is acquired, it is hard for us to analyze it without influence of known illuminations. Thus, the method of acquiring the true texture of the objects is very important. In previous studies, researchers ignored the weakening of light transmission and assumed the parameters are isotropy. They used low-order Spherical Harmonic (SH) light source to estimate the reflectance model which always resulted in obvious errors. At the same time, those methods cannot be used in acquiring the texture of transparent objects. In this proposal, we propose to adopt Spatially Varying Bidirectional Reflectance Distribution Function for the reconstruction and use a special device to generate the high-order SH light. Specular and diffuse response can be effectively separated by this high-order light source. Besides, our method can improve the incomplete lighting from single view-point and compensate the light weakening during transmission. We will solve the problems left by pervious works such as it is hard to acquire surface texture if the objects have high specular reflectance or transparent. And we expect that our project will obtain a more accurate reflection model and 3D reconstruction result.

获取物体表面纹理和物体三维形状在计算机视觉中是十分热门的领域。普通相机拍摄得到的纹理都是带有当时光线影响的纹理，这种纹理一旦获取，就难于剔除光照对其影响。因此，如何获取物体真实纹理就变得非常重要。由于物体表面的凹凸不平以及参数的各向异性，获取物体表面参数的过程非常复杂。在以往的研究中，研究人员运用低阶的球谐光源并假设预测物体空间各点属性是相同的，而且忽略了物体与光源之间的距离，使物体表面参数的预测产生了较大的误差；另外，这些方法并不能运用在透明物体表面纹理的获取。在本研究中，我们采用空间异性的表面反射模型，运用特殊的设备产生高阶的球谐光源，利用高阶球谐光有效地分离镜面反射和漫反射分量，同时，我们对单视角下物体光照不充分和光线传播衰减的问题进行了改进，更加精确获取复杂物体的表面参数和三维模型，并解决之前研究中难以解决的复杂高镜面反射物体的参数获取以及透明物体表面纹理的获取等问题。

获取物体表面纹理和物体三维形状在计算机视觉中是十分热门的领域。普通相机拍摄得到的纹理都是带有当时光线影响的纹理，这种纹理一旦获取，就难于剔除光照对其影响。因此， 如何获取物体真实纹理就变得非常重要。由于物体表面的凹凸不平以及参数的各向异性，获取物体表面参数的过程非常复杂。在以往的研究中，研究人员运用低阶的球谐光源并假设预测物体空间各点属性是相同的，而且忽略了物体与光源之间的距离，使物体表面参数的预测产生了较大的误差；另外，这些方法并不能运用在透明物体表面纹理的获取。在本研究中，我们采用空间异性的表面反射模型，运用特殊的设备产生高阶的球谐光源，利用高阶球谐光有效地分离镜面反射和漫反射分量，同时，我们对单视角下物体光照不充分和光线传播衰减的问题进行了改进，更加精确获取复杂物体的表面参数和三维模型，并解决之前研究中难以解决的复杂高镜 面反射物体的参数获取以及透明物体表面纹理的获取等问题。针对场景3D重建技术，本研究提出了基于Hausdorf距离的三维配准ICP算法改进策略，解决了俯视模型与地面模型在规模和空间差异的问题，改进的ICP算法提高了点云配准的准确性。