Estimation of the Reflectance Function of a Surface From 3D and Colour Data. Estimation de la Réflectance d'une Surface Connaissant Sa Géométrie et Sa Couleur

Estimation of the Reflectance Function of a Surface From 3D and Colour Data

Estimation de la Réflectance d'une Surface Connaissant Sa Géométrie et Sa Couleur

Feryel Souami Francis Schmitt 

EcoleNationaleSupérieure des Télécommunications, 46, rueBarrault- 75013PARIS

Corresponding Author Email: 
Francis.Schmitt@enst.fr
Page: 
145-157
|
Received: 
3 October 1994
|
Accepted: 
N/A
|
Published: 
30 April 1995
| Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

We propose a methodfor the estimation of the reflectance function of a surface from a set of three-dimensional (3D) data and colour data. The 3D data correspond typically to the XYZ coordinates of a set of points sampled on the surface by a laser range finder The colour data correspond to the RGBcolour components of a video camera when imaging the same set of points. We use the Torrance and Sparrow illumination model to interpret the mesured 3D and colour data. This model describes the Lambertian and the specular reflexions of the light on a surface with a reduced setofparameters characterising the surface : Lambertian reflection, surface roughness, Fresnelfunction. We present a method for the estimation ofthese parameters and we evaluate this approach with various simulated data. 

Résumé

Nous présentons dans cet article une méthode d'estimation de la fonction de réflectance d'une surface à partir de données tridimensionnelles (3D) et de données couleur. Les données tridimensionnelles peuvent être, par exemple, celles fournies par un dispositif d'acquisition laser par triangulation active ("laser range finder"). Les données couleur correspondent typiquement aux composantes trichromatiques d'une caméra couleur. Nous utilisons le modèle d'éclairement de Torrance et Sparrow pour l'interprétation physique des données 3D et couleur mesurées. Ce modèle décrit la réflexion diffuse et la réflexion spéculaire par un ensemble de paramètres :réflectance diffuse, rugosité de la surface et fonction de Fresnel. Nous présentons une méthode pour l'estimation de ces paramètres . Une évaluation de cette approche est effectuée sur un ensemble de données simulées . 

Keywords: 

Reflectance, illumination model, machine vision, coopération 3D color 

Mots clés 

Réflectance, modèle d'éclairement, vision artificielle, coopération 3D couleur.

Introduction
1. Modèle d'Éclairement
2. Réflectance et Système de Vision Encouleur
3. Estimation des Paramètres du Modèle
4. Application à des Images de Synthèse
  References

<BARI-92> R. BARIBEAU, M. RIOUX, G. GODIN "Color modeling using a polychromatic laser range sensor", IEEE Trans. On Pattern Analysis And Machine Intelligence, Vol. 14, No. 2, Feb. 1992, pp. 263-269. 

<BAJC-90> R. BAJCSY, S.W. LEE, A. LEONARDIS, "Color image segmentation and color constancy", SPIEVol. 1250, Perceiving, measuring and using color 1990, pp. 245-254. 

<BECK-63> P. BECKMANN, A. SPIZZOCHINO, "The scattering of electromagnetic waves from rough surfaces", New York : The MacMillan Company, 1963. 

<BLIN-77> J. BLINN, "Models for light reflection for computer synthesized pictures" Comp. graph.,Vol. 11, No. 2, july 1977, pp. 192-198. 

<COOK-82> R.L COOK and K.E TORRANCE, "A reflectance model for computer graphics" ACM Tran. on Graph., Vol. 1, No. 1, Jan. 1982, pp. 7-24. 

<CYBE> CYBERWARE Laboratory Inc., 8 Harris Court, Monterey, CA 93940, USA 

<EBEL-89> R. EBEL,Y.DEMAZEAU,"Inférencedeformesàpartirdes réflets casdes surfaces planes et d'ordre2", Rapport de Recherche LIFTA93, Mai 1989.

<FRAN-70> M. FRANÇON, "Vibrations lumineuses, optique cohérente", Dunod université, 1970. 

<GERS-87> R. GERSHON, A.D. JEPSON, J.TSOTOS, "From RGB to surface reflectance :computing color constant descriptors in images", IJCAI, 1987, pp. 755-758. 

<HEAL-87> G. HEALEY, T.O.BINFORD, "The role and use of color in a general vision system", Image understanding workshop, feb 1987, pp. 599613. 

<HORN-86> B. K. P. HORN, "Robot Vision", Cambridge, MA : MIT Press, 1986. 

<IKEU-91 > K. IKEUCHI, K. SATO, "Determining reflectance properties of an object using range and brightness images", IEEE PAMI, Vol. 13, No. 11, Novembre 1991, pp. 1139-1153. 

<JORD-88> J. R. JORDAN, A. C. BOVIK, "Computational stereo vision using color", IEEE Control systems magazine, June 1988, pp . 31-36. 

<KLIN-90> G.J. KLINKER, S.A. SHAFFER, T. KANADE, "A physical approach to color image understanding ",International Journal of Computer Vision, NO. 4, 1990, pp 7-38. 

<LEE-92> Sang Wook LEE, Ruzena BAJCSY, "Detection of specularity using colour and multiple views", Image and Vision Computing, Vol. 10, No 10, December 1992, pp. 643-653. 

<NAYA-91> S. K. NAYAR, K. IKEUCHI, T. KANADE, "Surface reflection physical and geometrical perspectives", IEEE PAMI, Vol. 13, No. 7, July 1991, pp. 611-634. 

<PERO-88> B. PEROCHE, J. ARGENCE, D. GHAZANFARPOUR, D. MICHELUCCI, "Lasynthèse d'images",Ed. HERMES, 1988. 

<RIOU-93 > M. RIOUX, T. BIRD, "White laser, Synced Scan", IEEE Computer Graphics & Applications, May 1993, pp. 15-17. 

<ROGE-88> David F. ROGERS, "Procedural elements for computer graphics",McGraw-Hill, 1985 . 

<RUSH-90> H. E. RUSHMEIER, K. E. TORRANCE, "Extending the radiosity method to include specularly refecting and translucent materials", ACM Trans. onGraphics,Vol. 9, No. 1, Jan. 1990, pp. 1-27.

<SCHM-90> F. SCHMITT, Y. WU, H. MAITRE, JP. CRETTEZ, "Color correction for fine art paintings", Vasari project -Esprit II No 2649 - task 1.2- Dec 1990. 

<SCHM-93> F. SCHMITT, Projet CAMILLE - Traitement tridimensionnel d'objetsdeMusées,Rapport derecherche, Mission de laRechercheet de la Technologie, Ministère de la Culture, février 1993.

<SHAF-85> S.A. SHAFER, "Using color to separate reflection components",Color Research and appl.,Vol 10. No 4, 1985, pp 210-218 . 

<SHAF-90> S.A.SHAFFER, T. KANADE, G.J, KLINKER, C.L. NOVAK, " Physics-based models for early vision by machine", in Perceiving, Measuring, and Using Color,SPIE. Vol. 1250, 1990, pp. 222-235.

<SILL-89> F. SILLON, C. PUECH, "A general two-pass method integrating specular and diffuse reflection", Computer Graphics, Vol. 23, No. 3, July 1989,pp.335-344. 

<SILL-91 > F. SILLON, J. R. ARVO, S. H. WESTIN, D. P. GREENBEG, "A global illumination solution for general reflectance distributions", Computer Graphics, Vol. 25, No. 4, July 1991, pp. 187-196.

<SOUA-93> F. SOUAMI, "Traitement de la réflectance des objets dans un système d'acquisition 3Dcouleur", Thèse, Telecom Paris, Dec 1993. 

<TELL-89> P. TELLIER, K. BOUATOUCH, "Vers un modèle déclairement réaliste", Rapportinterne IRISANo 464, Avril 1989. 

<TORR-67> K.E. TORRANCE, E.M SPARROW, "Theory for off-specualr reflection from roughned surfaces", Journal of the optical society of America, Vol. 57, No 9, sept. 1967, pp. 1105-1114.

<WOLF-91 > L. B. WOLF, T. E. BOULT, "Constraining object features using a polarization reflectance model", IEEE PAMI, Vol. 13. No 7, July 1991, pp. 635-657. 

<WOOD-78> R.J WOODHAM, "Photometric streo : A reflectance map techniquefor determining surface orientation from image intensity", Proc.SPIE, vol. 155,1978, pp. 136-143. 

<WAND-87> B. A. WANDELL, "The synthesis and analysis of color image", IEEE PAMI, Vol.9, No.1, January 1987, pp.2-13. 

<WYSC-82> G. WYSZECKI, W.S. STILES, "Color Science : concepts and methods". 2nd ed., Wiley, New York, 1982,