Was ist photometrisches Stereo?
In Computergrafiken und insbesondere in Computer Vision-Anwendungen ist photometrisches Stereo der Prozess der Erstellung eines dreidimensionalen (3D) Modells oder der Darstellung eines zweidimensionalen (2D) Bildes basierend auf der Art und Weise, wie die Objekte im Bild reflektiert oder gebrochen werden Licht. Wenn auf ein Objekt ein photometrischer Stereo-Algorithmus angewendet wird, muss mehr als ein Quellbild für die Analyse verfügbar sein. Für jedes der zu verwendenden Quellbilder sollte das Objekt im Allgemeinen in einer statischen Position erscheinen, während die Lichtquelle bewegt wird, um verschiedene Aspekte der Oberfläche des Objekts freizulegen. Einfache Methoden der photometrischen Stereobildgebung müssen die Position der Lichter in Bezug auf das Objekt kennen und funktionieren am besten, wenn das Objekt aus einem einzigen Material besteht, sodass die Lichter und Schatten vorhersehbar gemessen werden können. Viel fortgeschrittenere Algorithmen und Techniken erfordern nicht so viel Information im Voraus und können verschiedene Annahmen treffen oder sogar Oberflächen interpolieren, um ein teilweise verdecktes Bild zu vervollständigen.
Das Grundkonzept von photometrischem Stereo besteht darin, mehrere Bilder eines Objekts mit der Lichtquelle in jedem Bild aufzunehmen, das um das Objekt bewegt wird, während sich das Objekt an derselben Stelle befindet. Indem genau gemessen wird, wie die Schatten und Lichter in jedem Bild auf die Oberfläche des Objekts fallen, können die Oberflächennormalen - die Richtung, in die eine Oberfläche weist - berechnet werden. Nach dem Zusammenstellen von Informationen über die Normalen der messbaren Bereiche eines Objekts über eine Reihe von 2D-Bildern kann ein 3D-Modell des Objekts erstellt werden.
Faktoren wie die Tiefe der Schatten und die Intensität der Lichter helfen dabei, die unterschiedlichen Höhen der Oberflächentopographie zu bestimmen. Objekte mit einer glänzenden Oberfläche lassen sich am einfachsten mit photometrischem Stereo messen, während Objekte aus einem Material mit subtileren Schatten, z. B. weichem Stoff, schwieriger sein können. Ein Objekt mit einer stark reflektierenden Oberfläche, wie beispielsweise poliertem Chrom, kann ohne ordnungsgemäße Bildanpassung Probleme bereiten, da die Reflexionen zu falschen Ergebnissen führen können. Die Algorithmen funktionieren am besten, wenn es nur eine einzige Lichtquelle und keine projizierten Schatten gibt, im Gegensatz zu einem Flächenlicht, mehreren Lichtquellen oder einem Licht, das durch ein Fenster oder eine andere Öffnung scheint.
Es gibt verschiedene Anwendungen für photometrische Stereotechniken. In der Echtzeitverarbeitung von Computer Vision kann damit die Tiefe von Objekten innerhalb einer Szene bestimmt werden. Es kann auch verwendet werden, um genaue 3D-Modelle von Objekten in Fotografien für historische, archivarische oder analytische Zwecke zu erstellen.