日浦 慎作

Exaggerated defocus cannot be achieved with an ordinary compact digital camera because of its tiny sensor size, so taking pictures that draw the attention of a viewer to the subject is hard. Many methods are available for controlling the focus and defocus of previously taken pictures. However, most of these methods require custom-built equipment such as a camera array to take pictures. Therefore, in this paper, we describe a method for creating images focused at any depth with an arbitrarily blurred background from a set of images taken by a handheld compact digital camera that is moved at random. Our method can produce various aesthetic blurs by changing the size, shape, or density of the blur kernel. In addition, we demonstrate the potential of our method through a subjective evaluation of blurred images created by our system.

コンピュータビジョンにおいて,画像中の処理対象物体の領域を抽出する手段として背景差分法が広く用いられているが,単純な背景差分法は背景の変化に対応できない.そこで多くの拡張がなされているが,背景物体の動きに再現性がある場合についてはあらかじめ得た背景画像列を固有空間により表現し,入力画像を固有空間に射影することで侵入物体の領域と背景画像とを同時推定する手法が提案されている.ここで侵入物体の領域は,画像修復問題における欠損領域と同様に扱われる.一方,固有空間を用いた欠損画像推定では,カーネルトリックを用いた非線形部分空間を利用する手法が提案されている.ところが,この手法では欠損領域が変化するとカーネル行列を再計算する必要があるため,侵入物体の検出のように,欠損領域が未知である場合には計算量が膨大になるという問題がある.そこで本論文ではカーネルトリックと繰返し投影により背景画像と未知物体領域を高速に同時推定する手法を提案する.

シーンへの入射光分布と物体表面の輝度との関係であるライトトランスポートは照明シミュレーション等に有用であるが，その計測には長時間を要し，データ量も膨大である．そこで本論文では，光源からの光がシーン内で最初に反射した結果観測される直接反射成分と，シーン内で複数回反射した結果観測される間接反射成分を分けて計測することで高速化する手法を提案する．まず，プロジェクタとカメラの各画素の幾何的な対応関係を取得し，それに基づき並列的に直接成分を計測する．また間接成分については，その空間周波数が低周波数成分に限定されることを利用して高速化を図る．Light transport is one of the useful representations of complex optical phenomena inside a scene. However, it is difficult to obtain enough sample under various lighting condition with large degrees of freedom. Therefore, in this paper, we propose a fast and efficient sampling method using the characteristics of direct and indirect components of reflected light. At first, we obtain the geometric relationships between projector and camera, then repetive dot pattern is projected to the scene for acquiring direct reflection component. Finally, stripe pattern in a small rectangular is used to measure the indirect light distribution spread within the low-frequency domain.

本論文では,三次元空間中に任意に設定した領域への侵入を複数の未校正カメラによって実時間で検知するシステムを提案する.このシステムは三次元形状復元手法の一つである視体積交差法に基づいているが,平面間透視投影を用いた限定的な形状復元を行うため検知にかかわるすべての処理を二次元空間で行うことができ,三次元空間中で完全な形状復元を行う手法に比べて効率的に物体の侵入を検知することが可能である.また,複数カメラによる形状計測において校正は避けて通ることのできない問題であり,基準物体や複雑な手順を要求される場合が多く,専門知識をもたないユーザは行うことが困難な作業である.このため,提案システムではユーザがマーカを用いて大まかに入力した点群を射影復元し,その凸包を侵入禁止領域として自動生成することにより,校正作業を不要にした.したがって,ユーザは個々のカメラの仕様や配置を意識することなく直観的に侵入禁止領域を設定することが可能である.

シーンの三次元モデルから生成したCG画像と入力画像の差の最小化によりシーンに対するカメラの位置・姿勢の変化を追跡し,同時にステレオカメラによりシーンの三次元形状を求めることで,自己位置と環境マップの同時推定(SLAM)を行う手法について述べる.ステレオカメラによる距離画像取得処理計算は濃淡画像入力に比べ著しくCPU負荷が高いため処理サイクルが不均一となりがちで,この間に追跡が不安定になったり,シーンの三次元形状の位置合せ精度が低下するおそれがある.そこで本論文ではモデリングと追跡の2種の処理を並列化し,加えてステレオ計算中の運動追跡処理を改良することによって追跡の安定度と位置合せ精度を向上させる方法について述べる.実験ではシーンモデルの更新の有無にかかわらず高精度に追跡とモデリングが同時実行できることが確認された.

コンピュータビジョンにおいて,画像中の処理対象領域を抽出する手段として背景差分法が広く用いられている.背景差分法は,あらかじめ背景となる画像を取得しておき入力画像との差分を求めることにより,背景から大きく変化した領域を処理対象領域として抽出する手法であるため,背景の変化に対応することが難しい.これに対応する手段として背景画像の更新によるものが多く提案されているが,一定の条件を満たせば新規物体を背景画像の一部と自由に置き換えられるため,背景の確からしさを保証できない.そこで本論文では固有空間を用いて動的背景の画像列を学習し,学習段階に存在しなかった未知物体領域を実時間で抽出する手法を提案する.提案手法は単純な固有空間への投影と逆投影によって構成されるが,従来手法であるBPLPによる解へ収束することを示した.また,未知物体領域と背景画像を同時推定する場合,従来手法より高速かつ高精度に推定することができる.

We developed a direction system of real-world operation from distant site. The system consists of several sets of cameras, projectors and PCs connected via network each other. At first, the 3-D shape of the object is measured using pattern light projection method, and it is sent to the distant PC. A supervisor can observe the CG of the object from any viewpoint and draw annotation figures on the CG. The direction message is sent to the real field and projected onto the object using projectors. The projected annotations are well aligned geometrically because the all cameras and projectors are calibrated with single reference object. The worker is free from any wearing equipment, ex. HMD, and multi projectors avoid the problem of occlusion by the worker body. Direction of alignment task of both existing and new object are also implemented.

滑らかな自由曲面により定義される物体の運動を追跡するためには距離画像が有効であるが, より計測安定度を向上させるためには物体表面のテクスチャなど濃淡情報を融合することが望ましい. 本論文では, 単に濃淡画像による姿勢推定手法を距離画像による追跡システムに追加するのではなく, 距離・濃淡情報の融合により対象のテクスチャマップモデルを得たと考え, モデルベース的に対象の6軸運動を求める手法を提案する. まず, こう配法に対象物体の剛体性を適用することで直接対象の運動を求める手法について述べ, 次にこの手法が簡単に距離画像による運動追跡と融合できることを示す. また, CGハードウェアにより高速な画像生成と反射率推定を行う手法を導入し, 実験により対象物体の6軸運動追跡と形状・反射率モデル獲得が実時間的に実行可能であることを示す.

本論文では, 距離画像を用いた固有空間照合より, 物体の姿勢検出を行う手法を述べる. 従来, 固有空間を用いた画像照合では, 濃淡画像の2次元照合の手法として用いられたが, これを距離画像の2次元照合ヘ応用した. 距離画像の2次元照合に固有空間を応用するにあたり, アクティブレンジファインダによる距離画像計測で生じるオクルージョンや, テクスチャによる反射光量の変化から生じる画素欠損の扱いが問題となる. 欠損画素は距離情報をもたないため, 固有ベクトルとの内積より固有空間へ射影することができない. そこで, 距離画像を用いた固有空間照合を実現するために, 画素欠損に依存しない固有空間照合を用いた姿勢検出手法を提案し, 本手法の有効性を検討する.