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Segmentation based
Multi-View Stereo
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Seminar: 3D Rekonstuktion
FU-Berlin - SoSe 2011
MVS allgemein vs.
Segmentation Based MVS
Generell gilt bei MVS → homogene Flächen sind
problematisch (keine/wenig Features)
Dieses Paper:
o nutzt homogene Flächen
o benötigt nur wenig Features pro Fläche
o Flächen werden über Farbsegmentierung gefunden
o "Nebenprodukt": gute Performance
Annahme:
o Flächen, homogen in Intensitaet und Farbe, bilden
Flächen mit einheitlicher Normalen
Pipeline / Inhalt
•
•
•
•
Kamera-Kalibrierung
Farbsegmentierung
Initiale 3D-Seeds
3D-Segmente erstellen aus
1.Farbsegmenten und 3D Seeds
2.nicht zugeordneten Farbsegmenten
• Oberflächenkonstruktion (PSR)
Farbsegmentierung
Eigenschaften:
• Vorverarbeitungsprozess zur Bestimmung von
aussagekräftigen Gruppierungen / Regionen des Bildes
• vielseitig einsetzbar, wenn effizient berechenbar
Ziel:
• charakteristische homogene Regionen
Probleme:
• großflächige Farb- / Intensitätsverläufe
• Regionen mit hohen Schwankungen
→ lokale Kriterien reichen nicht aus
Farbsegmentierung
graph-based image segmentation [8]:
Farbsegmentierung - Bild als Graph
Kantengewichte entsprechen Intensitätsdifferenzen
Farbsegmentierung - Hauptkriterium
Schmelzkriterium:
DIFF(C1,C2) < MINT(C1,C2)
,mit MINT(C1,C2) = Min(INT(C1),INT(C2))
Farbsegmentierung - Algorithmus
3D Seeds
3D-Seeds durch guided matching
Gegeben:
• Bilder
Ziel:
• Initiale 3D-Seeds
Schritte:
1. Features
2. Matching
3. Triangulation
4. Clustering
3D Seeds - Features
•
•
•
•
•
wähle Reference-Image Ir
Rest: Target-Image It
unterteile in Rechtecke
guided matching
Features pro Rechteck
3D Seeds - Features
•
•
•
•
•
wähle Reference-Image Ir
Rest: Target-Image It
unterteile in Rechtecke
guided matching
Features pro Rechteck
3D Seeds - Features
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•
wähle Reference-Image Ir
Rest: Target-Image It
unterteile in Rechtecke
guided matching
Features pro Rechteck
3D Seeds - Features
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•
•
•
wähle Reference-Image Ir
Rest: Target-Image It
unterteile in Rechtecke
guided matching
Features pro Rechteck
3D Seeds - Matching
Matchende Features finden:
• Feature in Ir auf epipolare Linie in It
• NCC für alle Features der Linie
• Match, wenn max. Korrelation von Ir
zu It und umgekehrt
3D Seeds - Matching
Matchende Features finden:
• Feature in Ir auf epipolare Linie in It
• NCC für alle Features der Linie
• Match, wenn max. Korrelation von Ir
zu It und umgekehrt
3D Seeds - Matching
Matchende Features finden:
• Feature in Ir auf epipolare Linie in It
• NCC für alle Features der Linie
• Match, wenn max. Korrelation von Ir
zu It und umgekehrt
3D Seeds - Triangulation
3D-Seed erzeugen:
• klassische StereoVision
• Tiefeninformation aus
Disparität
3D Seeds - Clustering
Clustern:
• viele 3D-Seeds für
gleichen Punkt
• Cluster von Seeds
durch einen 3D-Seed
ersetzen
Segmentation Based MVS (SBMVS)
Zusammenspiel der 3D-Seeds und der Farbsegmente
Ziel:
• 3D Segmente erstellen
Schritte:
1. aus Farbsegmente und 3D Seeds
2. aus nicht zugeordneten Farbsegmenten
SBMVS - Optimale 3D Segmente
Zuordnung zwischen:
• 3D Seed X
• Farbsegment si
SBMVS - Optimale 3D Segmente
gegeben:
• 3D Koordinate - Fixpunkt
• 2D Form (Segment)
gesucht:
• Normalvektor n der Fläche
/ des Segments
Normalvektor n über durchtesten abschätzen
(pro Achsen zwischen 0° und 180° in 18° Schritten)
SBMVS - Optimale 3D Segmente
SBMVS - Optimale 3D Segmente
im Detail:
alle Pixel p aus si über n (und die epipolare Geometrie
zwischen den Kameras) auf Targetbilder It abbilden
SBMVS - Optimale 3D Segmente
• Gradientenabstieg von bester Abschätzung aus
• Abschätzung und Optimierung über alle Targetbilder It
• genau ein 3D Segment pro Farbsegment
SBMVS - freie Farbsegmente
explored
-
unexplored
-
explored
SBMVS - freie Farbsegmente
• Schnittpunkt von r und dem
benachbarten 3D Segment als
neuer 3D Seed
• Abschätzung und Optimierung
von n => 3D Segment
Oberflächkonstruktion mit PSR
Poisson Surface Reconstruction
gegeben:
• Oberflächen-Samples
gesucht:
• 3D-Mesh umbauen
Idee:
• Indikatorfunktion:
Aussen < 0 < Innen
Hintergrund:
• Poisson Gleichung: elliptische partitielle
Differentialgleichung oft bei Randwertproblemen verwendet.
Ähnlich zur Laplace-Gleichung.
• Octree als Datenstruktur
Poisson Surface Reconstruction
• Octree erzeugen
• Vektor-Feld
• Indikator-Funktionen
o Divergenz: Vector ->
Scalar
o Poisson-Gleichung
lösen
• Extrahiere Isofläche
Poisson Surface Reconstruction
• Octree erzeugen
• Vektor-Feld
• Indikator-Funktionen
o Divergenz: Vector ->
Scalar
o Poisson-Gleichung
lösen
• Extrahiere Isofläche
Poisson Surface Reconstruction
• Octree erzeugen
• Vektor-Feld
• Indikator-Funktionen
o Divergenz: Vector ->
Scalar
o Poisson-Gleichung
lösen
• Extrahiere Isofläche
Poisson Surface Reconstruction
• Octree erzeugen
• Vektor-Feld
• Indikator-Funktionen
o Divergenz: Vector ->
Scalar
o Poisson-Gleichung
lösen
• Extrahiere Isofläche
Poisson Surface Reconstruction
• Octree erzeugen
• Vektor-Feld
• Indikator-Funktionen
o Divergenz: Vector ->
Scalar
o Poisson-Gleichung
lösen
• Extrahiere Isofläche
Was bisher geschah ...
• Farbsegmentierung
• Initiale 3D-Seeds
• 3D-Segmente erstellen aus
1.Farbsegmente und 3D Seeds
2.nicht zugeordneten Farbsegmenten
• Oberflächenkonstruktion (PSR)
Ergebnisse
Aussagen der Autoren:
• Homogene Farb-Regionen werden gut erkannt
• Genauigkeit mit anderen Verfahren vergleichbar
• Gute Performance: 35 min vs 3h pro Bild
Unsere Bewertung:
• Vergleich der Performance relativ nichtssagend
• Genauigkeit nur in einem nicht erklärten Plot erklärt
• Algorithmen im Fließtext erklärt
Besten Dank!
Fragen?
Resources
Marc Pollefeys. Visual 3D Modeling from Images. University of North
Carolina - Chapel Hill, USA. http://www.cs.unc.edu/~marc/tutorial/
[1] http://people.cs.uchicago.edu/~pff/segment/
[8] Pedro F. Felzenszwalb and Daniel P. Huttenlocher. Efficient graphbased image segmentation. In IJCV, 2004.
[9] Y. Furukawa and J. Ponce. Accurate, dense, and robust multi-view
stereopsis. In CVPR, pages 1–8, 2007.
[10] C. Harris and M. Stephens. A combined corner and edge detector.
In 4th Alvey Vision Conference, pages 147–151, 1998.
[11] R. Hartley and A. Zisserman. Multiple view geometry in computer
vision. In Cambridge University Press, 2003.
[16] S. Kruglyak L. J. Heyer and S. Yooseph. Exploring expression
data: Identification and analysis of coexpressed genes. In Genome
Research, pages 9:1106–1115, 1999.