[論文レビュー] 3D Surface Reconstruction of Underwater Objects

C. J. Prabhakar, Pavan Kumar|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2012

Image Enhancement Techniques参考文献 21被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、ステレオ画像を用いた水中オブジェクトの新規3次元表面再構成手法を提案する。照明、散乱、ノイズによる画像劣化を段階的前処理（同型フィルタリング、ウェーブレットノイズ除去、異方的フィルタリング）、未キャリブレーションの補正、グラフカットに基づく高密度ステレオマッチング、および三角測量によって解決する。本手法は、厳しい水中撮影環境下でも正確な3次元再構成を達成する。

ABSTRACT

In this paper, we propose a novel technique to reconstruct 3D surface of an underwater object using stereo images. Reconstructing the 3D surface of an underwater object is really a challenging task due to degraded quality of underwater images. There are various reason of quality degradation of underwater images i.e., non-uniform illumination of light on the surface of objects, scattering and absorption effects. Floating particles present in underwater produces Gaussian noise on the captured underwater images which degrades the quality of images. The degraded underwater images are preprocessed by applying homomorphic, wavelet denoising and anisotropic filtering sequentially. The uncalibrated rectification technique is applied to preprocessed images to rectify the left and right images. The rectified left and right image lies on a common plane. To find the correspondence points in a left and right images, we have applied dense stereo matching technique i.e., graph cut method. Finally, we estimate the depth of images using triangulation technique. The experimental result shows that the proposed method reconstruct 3D surface of underwater objects accurately using captured underwater stereo images.

研究の動機と目的

• 劣化した水中ステレオ画像からの3次元表面再構成の課題に対処すること。
• 非均一な照度、光の散乱、吸収、浮遊粒子が原因となる画像品質の問題を軽減すること。
• ステレオマッチングの前処理として、画像品質を向上させるパイプラインを開発すること。
• 未キャリブレーションのステレオ補正と高密度対応マッチングを用いて正確な深度推定を可能とすること。
• 最小限のキャリブレーションで、現実の水中環境においても信頼性の高い3次元表面再構成を実現すること。

提案手法

• 水中画像の非均一な照度を補正するために、同型フィルタリングを適用する。
• 浮遊粒子に起因するガウスノイズを低減するために、ウェーブレットベースのノイズ除去を用いる。
• エッジを保持しながら画像を平滑化するために、異方的拡散フィルタリングを適用する。
• 左・右のステレオ画像を共通平面に合わせるために、未キャリブレーション補正を実行する。
• 補正済み画像間のピクセル対応を計算するために、グラフカットに基づく高密度ステレオマッチングを実装する。
• 補正されたステレオペア内の対応点から三角測量を用いて深度マップを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 水中の照明や粒子状物質による画像劣化は、3次元再構成の前処理でどのように効果的に軽減できるか。
• RQ2 正確なカメラキャリブレーションがなくても、未キャリブレーションのステレオ補正が正確な深度推定を可能にするか。
• RQ3 グラフカット法を用いた高密度ステレオマッチングは、前処理済みの水中ステレオ画像に対してどのように性能を発揮するか。
• RQ4 提案された前処理パイプラインは、3次元表面再構成の精度をどの程度向上させるか。
• RQ5 全パイプラインは、実際のステレオ画像ペアから水中オブジェクトの詳細な3次元表面を再構成できるか。

主な発見

• 同型フィルタリング、ウェーブレットノイズ除去、異方的フィルタリングからなる段階的前処理パイプラインは、劣化した水中画像の品質を顕著に向上させる。
• 未キャリブレーション補正により、ステレオ画像ペアが正常に一致し、正確な対応計算が可能となった。
• グラフカットに基づく高密度ステレオマッチングは、補正済みステレオ画像間の対応ピクセルを効果的に同定した。
• 対応点の三角測量により、3次元表面再構成に適した信頼性の高い深度マップが得られた。
• 全体のパイプラインは、実際のステレオ画像データから水中オブジェクトの正確な3次元表面再構成を示した。
• 実験結果により、厳しい水中撮影環境下でも本手法が頑健な性能を発揮することが検証された。