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JP7632404B2 - Light Source Estimation System - Google Patents
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Description

本開示は、光源推定システムに関する。 This disclosure relates to a light source estimation system.

特許文献1には、単一視点の広視野角撮像画像を用いて、照明環境を精度よく推定することが開示されている。 Patent document 1 discloses a method for accurately estimating the lighting environment using a wide-angle image captured from a single viewpoint.

特開2021-149679号公報JP 2021-149679 A

本出願人は、以下の課題を見出した。実環境をモデル化した3次元モデルに光源設定を行うとき、実際の光源を再現するように光源設定を行いたい場合がある。しかし、撮像画像は、光源だけでなく、カメラのシャッター速度やゲインによる影響も受けているため、最適な光源設定を探索することは困難であった。 The applicant has discovered the following problem. When setting a light source for a three-dimensional model that models a real environment, it is sometimes desirable to set the light source so as to reproduce an actual light source. However, captured images are affected not only by the light source but also by the camera's shutter speed and gain, making it difficult to find optimal light source settings.

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、レンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータをカメラの設定に同期させ、3次元モデルに対する適切な光源設定を探索する光源推定システムを実現する。 This disclosure was made in consideration of these problems, and realizes a light source estimation system that synchronizes shooting parameters related to the brightness of a rendered image with the camera settings and searches for appropriate light source settings for a three-dimensional model.

本開示の一態様の光源推定システムは、規定の光源下における撮像領域の第1の撮像画像を取得する第1の取得手段と、
前記撮像領域をモデル化した3次元モデル内に前記規定の光源に対応する光源設定を行い、前記3次元モデルから生成した第1のレンダリング画像と前記第1の撮像画像との差分が小さくなるように、前記第1のレンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータを調整する調整手段と、
未知の光源下における前記撮像領域の第2の撮像画像を取得する第2の取得手段と、
前記カメラパラメータを調整した後、前記3次元モデルから生成された第2のレンダリング画像と、前記第2の撮像画像との差分が小さくなるように、前記未知の光源に対応する光源設定を探索する探索手段と、
を備える。
A light source estimation system according to an aspect of the present disclosure includes: a first acquisition unit that acquires a first captured image of an imaging area under a specified light source;
an adjustment means for setting a light source corresponding to the specified light source in a three-dimensional model that models the imaging area, and adjusting a shooting parameter related to brightness of the first rendering image so that a difference between a first rendering image generated from the three-dimensional model and the first captured image becomes small;
a second acquisition means for acquiring a second captured image of the imaging area under an unknown light source;
a search means for searching for a light source setting corresponding to the unknown light source so that a difference between a second rendering image generated from the three-dimensional model and the second captured image becomes small after adjusting the camera parameters;
Equipped with.

本開示によれば、レンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータをカメラの設定に同期させ、3次元モデルに対する適切な光源設定を探索する光源推定システムを実現できる。 The present disclosure makes it possible to realize a light source estimation system that synchronizes the shooting parameters related to the brightness of a rendered image with the camera settings and searches for appropriate light source settings for a three-dimensional model.

実施形態1にかかる光源推定システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a light source estimation system according to a first embodiment. 実施形態1にかかるサーバの構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a server according to the first embodiment. マテアリアル設定方法の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing the flow of a material setting method.

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Specific embodiments to which the present disclosure is applied will be described in detail below with reference to the drawings. However, the present disclosure is not limited to the following embodiments. In addition, the following descriptions and drawings have been simplified as appropriate for clarity of explanation.

実施形態1
以下、図面を参照して実施形態1にかかる光源推定システムについて説明する。図1は、実施形態1にかかる光源推定システム1000の構成を示すブロック図である。光源推定システム1000は、カメラ100およびサーバ200を備えている。カメラ100およびサーバ200は、ネットワークNを介して相互に通信可能に接続されている。
EMBODIMENT 1
Hereinafter, a light source estimation system according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a block diagram showing a configuration of a light source estimation system 1000 according to the first embodiment. The light source estimation system 1000 includes a camera 100 and a server 200. The camera 100 and the server 200 are connected to each other via a network N so as to be able to communicate with each other.

カメラ100は、家屋10内などに設置される。カメラの数は複数であってもよい。カメラ100は、例えば、部屋の隅に配置されていてもよい。カメラ100は、ホームセンサとも言う。カメラ100は、撮像領域20の撮像画像を撮像する。カメラ100は、ネットワークNを介して撮像画像をサーバ200に出力する。 The camera 100 is installed in the house 10, etc. There may be more than one camera. The camera 100 may be placed, for example, in the corner of a room. The camera 100 is also called a home sensor. The camera 100 captures an image of the imaging area 20. The camera 100 outputs the captured image to the server 200 via the network N.

カメラ100によって撮像される撮像領域20は3次元モデル化されており、サーバ200はその3次元モデルを記憶している。撮像領域20には、例えば、流し台や家具(例:ソファー、棚、机)が配置されている。撮像領域20には、家具等が複数配置されていてもよい。また、撮像領域20は、壁や床を含んでいてもよい。 The imaging area 20 captured by the camera 100 is three-dimensionally modeled, and the server 200 stores the three-dimensional model. For example, a sink and furniture (e.g., a sofa, a shelf, a desk) are arranged in the imaging area 20. Multiple pieces of furniture may be arranged in the imaging area 20. The imaging area 20 may also include walls and a floor.

カメラ100は、撮像画像の明るさに関する設定を変更する機能を備えている。つまり、カメラ100は、シャッター速度、ゲイン、絞りなどを調整する機能を備えている。カメラ100の位置や姿勢は、カメラキャリブレーションにより既知であるものとする。 The camera 100 has a function for changing settings related to the brightness of the captured image. In other words, the camera 100 has a function for adjusting the shutter speed, gain, aperture, etc. The position and orientation of the camera 100 are assumed to be known through camera calibration.

撮像領域20は、光源30によって照明されている。光源30は、蛍光灯、LED(Light Emitting Diode)光源、ランプなどの人工の光源を含んでいる。人工の光源30は、点灯状態と消灯状態とを切り替え可能に構成されている。人工の光源30は、明るさを調整可能に構成されていてもよい。撮像領域20の3次元モデルには、人工の光源30を表すオブジェクト(光源オブジェクトと言う)が含まれていてもよい。 The imaging area 20 is illuminated by a light source 30. The light source 30 includes an artificial light source such as a fluorescent light, an LED (Light Emitting Diode) light source, or a lamp. The artificial light source 30 is configured to be switchable between a lit state and an off state. The artificial light source 30 may be configured to be adjustable in brightness. The three-dimensional model of the imaging area 20 may include an object (called a light source object) representing the artificial light source 30.

また、光源30は、太陽や月などの天然の光源からの光を含んでいてもよい。撮像領域20を含む部屋には、窓やカーテンが設置されていてもよい。 The light source 30 may also include light from natural light sources such as the sun or the moon. The room containing the imaging area 20 may be equipped with windows and curtains.

サーバ200は、撮像領域20をモデル化した3次元モデルに対する適切な光源設定を探索する。サーバ200は、例えばCPU(Central Processing Unit)などの演算部と、各種制御プログラムやデータ等が格納されたRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等の記憶部とを備えている。すなわち、サーバ200は、コンピュータとしての機能を有しており、上記各種制御プログラム等に基づいて処理を行う。 The server 200 searches for appropriate light source settings for a three-dimensional model that models the imaging area 20. The server 200 includes a calculation unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory) that stores various control programs and data. In other words, the server 200 functions as a computer and performs processing based on the various control programs and the like.

なお、サーバ200による処理は、カメラ100側で実行されてもよい。カメラ100が、プロセッサやメモリなどを備えているものとする。したがって、サーバ200を含まない光源推定システム1000も、実施形態1には含まれ得る。 The processing by the server 200 may be executed on the camera 100 side. The camera 100 is assumed to include a processor, memory, and the like. Therefore, the light source estimation system 1000 that does not include the server 200 may also be included in the first embodiment.

次に、図2を参照してサーバ200の機能について詳細に説明する。サーバ200は、記憶部210、第1取得部220、調整部230、第2取得部240、探索部250、変更部260、更新部270、および設定部280を備えている。 Next, the functions of the server 200 will be described in detail with reference to FIG. 2. The server 200 includes a memory unit 210, a first acquisition unit 220, an adjustment unit 230, a second acquisition unit 240, a search unit 250, a change unit 260, an update unit 270, and a setting unit 280.

記憶部210は、撮像領域20の3次元モデル211を記憶している。サーバ200は、3次元モデル211からレンダリング画像を生成する機能を備えている。サーバ200は、レンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータ(例:絞り、露光時間、ゲイン)を設定する機能を備えている。 The storage unit 210 stores a three-dimensional model 211 of the imaging area 20. The server 200 has a function of generating a rendering image from the three-dimensional model 211. The server 200 has a function of setting shooting parameters (e.g., aperture, exposure time, gain) related to the brightness of the rendering image.

3次元モデル211は、流し台、家具、床、壁などをオジェジェクトとして含んでいる。各オブジェクトのジオメトリは既知であるものとする。3次元モデル211内の各オブジェクトには、後述する設定部280によりマテリアルが設定される。マテリアルとは、オブジェクトに設定される材質を意味している。オブジェクトにマテリアルを設定することで、家具や床、壁などの光学的な特性が表現される。 The three-dimensional model 211 includes objects such as a sink, furniture, floors, and walls. The geometry of each object is assumed to be known. A material is set for each object in the three-dimensional model 211 by a setting unit 280, which will be described later. A material refers to the quality of the material that is set for an object. By setting a material for an object, the optical characteristics of the furniture, floors, walls, etc. are expressed.

また、サーバ200は、3次元モデル211に光源設定を行う機能を備えている。光源は、例えば、点光源、線光源、面光源、平行光源、スポットライト、環境光である。環境光は、異なる方向からの光の色や強さを制御する環境マップを用いて生成されてもよい。サーバ200は、光源の種類、位置、方向、明るさなどを設定する機能を備えている。 The server 200 also has a function for setting a light source in the three-dimensional model 211. The light source may be, for example, a point light source, a linear light source, a surface light source, a parallel light source, a spotlight, or ambient light. The ambient light may be generated using an environmental map that controls the color and intensity of light from different directions. The server 200 has a function for setting the type, position, direction, brightness, etc. of the light source.

3次元モデル211は、人工の光源30に対応する光源オブジェクトを含んでいてもよい。光源オブジェクトは、点灯状態または消灯状態に設定でき、明るさを設定可能であってもよい。 The three-dimensional model 211 may include a light source object corresponding to an artificial light source 30. The light source object may be set to an on or off state and may have configurable brightness.

また、記憶部210は、上述した制御プログラム(不図示)を記憶している。 The memory unit 210 also stores the above-mentioned control program (not shown).

第1取得部220は、規定の光源下における撮像領域20の第1の撮像画像を取得する。第1の撮像画像は、例えば、所定の人工の光源30(例えば、天井に設置された蛍光灯)のみを点灯させた状態で撮像される。天然の光源30の影響を取り除くため、第1の撮像画像は夜に撮像されてもよい。また、第1の撮像画像は、人工の光源30を全て消灯させた状態で撮像されてもよい。 The first acquisition unit 220 acquires a first captured image of the imaging area 20 under a specified light source. The first captured image is captured, for example, with only a specific artificial light source 30 (e.g., a fluorescent light installed on the ceiling) turned on. To eliminate the influence of the natural light source 30, the first captured image may be captured at night. The first captured image may also be captured with all artificial light sources 30 turned off.

調整部230は、3次元モデル211内に規定の光源に対応する光源設定を行う。換言すると、調整部230は、規定の光源を再現するように予め設定された光源設定を行う。調整部230は、例えば、3次元モデル211内の所定の位置に所定の明るさの光源(例:点光源)を配置する。調整部230は、所定の人工の光源30に対応する光源オブジェクトを点灯状態に設定してもよい。第1の撮像画像が人工の光源30を全て消灯させた状態で撮像された場合、調整部230は、所定の明るさの環境光を設定してもよい。 The adjustment unit 230 performs light source setting corresponding to a specified light source in the three-dimensional model 211. In other words, the adjustment unit 230 performs a light source setting that is preset so as to reproduce a specified light source. The adjustment unit 230, for example, places a light source (e.g., a point light source) of a specified brightness at a specified position in the three-dimensional model 211. The adjustment unit 230 may set a light source object corresponding to a specified artificial light source 30 to a lit state. If the first captured image is captured with all artificial light sources 30 turned off, the adjustment unit 230 may set an ambient light of a specified brightness.

そして、調整部230は、3次元モデル211から生成された第1のレンダリング画像と第1の撮影画像との差分が小さくなるように、第1のレンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータを調整する。 Then, the adjustment unit 230 adjusts the shooting parameters related to the brightness of the first rendering image so that the difference between the first rendering image generated from the three-dimensional model 211 and the first captured image is reduced.

明るさに関する撮影パラメータは、具体的には、絞り、露光時間、およびゲインである。撮影パラメータは、画像撮影パラメータやカメラパラメータとも言う。 Specifically, the shooting parameters related to brightness are aperture, exposure time, and gain. Shooting parameters are also called image shooting parameters or camera parameters.

上述した差分は、輝度平均の差分であってもよく、明度平均の差分であってもよく、輝度分布の差分であってもよく、各画素の画素値の差分であってもよい。画素値は、RGB(Red Green Blue)値であってもよく、グレー値であってもよい。また、差分は、各画素値の差分の二乗和であってもよい。調整部230は、レンダリング画像および撮像画像の各々を所定の閾値で二値化した二値画像を生成し、二値画像の差分が小さくなるように撮影パラメータを調整してもよい。また、調整部230は、2つの画像の類似度を出力する機械学習モデルを用いて、2つの画像の類似度が大きくなるようにカメラパラメータを調整してもよい。 The difference described above may be a difference in average luminance, a difference in average brightness, a difference in luminance distribution, or a difference in pixel values of each pixel. The pixel values may be RGB (Red Green Blue) values or gray values. The difference may be the sum of squares of the differences in each pixel value. The adjustment unit 230 may generate binary images by binarizing each of the rendering image and the captured image with a predetermined threshold value, and adjust the shooting parameters so that the difference between the binary images is small. The adjustment unit 230 may also adjust the camera parameters so that the similarity between the two images is increased using a machine learning model that outputs the similarity between the two images.

第2取得部240は、未知の光源下における撮像領域20の第2の撮像画像を取得する。第2の撮像画像は、例えば、家屋10内で生活するユーザが任意の人工の光源30を点灯させた状態や、天然の光源30によって照明された状態で撮像される。 The second acquisition unit 240 acquires a second captured image of the imaging area 20 under an unknown light source. The second captured image is captured, for example, when a user living in the house 10 turns on any artificial light source 30 or when illuminated by a natural light source 30.

探索部250は、調整部230が撮影パラメータを調整した後、3次元モデル211から生成された第2のレンダリング画像と第2の撮像画像との差分が小さくなるように、未知の光源に対応する光源設定を探索する。つまり、探索部250は、第2の撮像画像を目的画像とし、3次元モデル211における光源設定をパラメータ(例:光源の位置、向き、明るさ)とし、上記差分が最小となるパラメータを探索する。探索部250は、異なる方向からの光の色や明るさを制御する環境マップを探索してもよい。探索部250は、調整部230と同様に、輝度平均、輝度分布、各画素の画素値の差分、各画素値の差分の二乗和、二値画像、類似度などに基づいて、差分が小さい場合における光源設定を探索できる。 After the adjustment unit 230 adjusts the shooting parameters, the search unit 250 searches for a light source setting corresponding to an unknown light source so that the difference between the second rendering image generated from the three-dimensional model 211 and the second captured image is small. In other words, the search unit 250 sets the second captured image as a target image, sets the light source setting in the three-dimensional model 211 as parameters (e.g., the position, direction, and brightness of the light source), and searches for parameters that minimize the above difference. The search unit 250 may search an environment map that controls the color and brightness of light from different directions. Like the adjustment unit 230, the search unit 250 can search for a light source setting when the difference is small based on the average luminance, luminance distribution, the difference in pixel values of each pixel, the sum of squares of the differences in each pixel value, a binary image, similarity, etc.

また、2次元画像から3次元空間内の光源設定を探索する微分可能レンダラーと呼ばれる技術が知られている。微分可能レンダラーは、ジオメトリ、マテリアル、光源、撮影パラメータを変数として使用し、ノイズ画像(初期値)から目的画像に似た画像を生成する技術である。微分可能レンダラーでは、損失関数として、作成画像と目的画像の最小二乗誤差が用いられてもよい。探索部250は、環境マップや光源をパラメータとし、微分可能レンダラーを用いて光源設定を探索してもよい。 A technique called a differentiable renderer is known that searches for light source settings in a three-dimensional space from a two-dimensional image. The differentiable renderer is a technique that uses geometry, materials, light sources, and shooting parameters as variables to generate an image similar to a target image from a noise image (initial values). In the differentiable renderer, the least square error between the created image and the target image may be used as a loss function. The search unit 250 may use the differentiable renderer with the environment map and light sources as parameters to search for light source settings.

探索部250は、家屋10内に配置されたロボットやその他のユーザ機器からの指令に応じて光源設定の探索を行ってもよい。例えば、ロボットが、家屋10内の明るさの変化を検知した場合、サーバ200に光源設定の探索を行うように指示してもよい。 The search unit 250 may search for light source settings in response to a command from a robot or other user device placed in the house 10. For example, when the robot detects a change in brightness in the house 10, the robot may instruct the server 200 to search for light source settings.

光源設定を探索した後、探索結果に基づいて、3次元モデル211内に光源設定が行われてもよい。この場合、3次元モデル211から生成されるレンダリング画像には、実際の光源30の状態が反映されている。したがって、上記レンダリング画像を用いて機械学習を行うことで認識精度の高い機械学習モデルを生成できる。サーバ200は、上記レンダリング画像を訓練画像に追加してもよい。 After searching for the light source setting, the light source setting may be performed in the three-dimensional model 211 based on the search result. In this case, the rendering image generated from the three-dimensional model 211 reflects the actual state of the light source 30. Therefore, by performing machine learning using the rendering image, a machine learning model with high recognition accuracy can be generated. The server 200 may add the rendering image to the training image.

また、機械学習モデルを異なるドメインの学習データに適応させるドメイン適応という技術が知られている。ドメイン適応では、十分な情報があるソースドメインから得られた知識を、十分な情報がないターゲットドメインに適用し、ターゲットドメインにおいて認識精度が高い機械学習モデルを生成する。例えば、カメラ100で撮影された撮像画像をソースドメインとし、レンダリング画像をターゲットドメインとしてドメイン適応を行うことで、任意の光源下における認識精度が高い機械学習モデルを生成できる。 A technique called domain adaptation is also known, which adapts a machine learning model to learning data from a different domain. In domain adaptation, knowledge obtained from a source domain with sufficient information is applied to a target domain with insufficient information, generating a machine learning model with high recognition accuracy in the target domain. For example, by performing domain adaptation using an image captured by camera 100 as the source domain and a rendered image as the target domain, it is possible to generate a machine learning model with high recognition accuracy under any light source.

変更部260は、カメラ100の明るさに関する設定(例:シャッター速度、ゲイン、絞り)を変更する。例えば、変更部260は、カメラ100による撮像画像の明るさが変化した場合(例:白飛びした画素の数や黒飛びした画素の数が閾値以上である場合)に、カメラ100の自動露出機能(オートエクスポージャ)をオンに設定する。これにより、カメラ100には最適なシャッター速度またはゲインが設定される。絞りは固定されているものとする。変更部260は、最適なシャッター速度またはゲインが設定された後、自動露出機能をロック(停止)し、上記設定を固定する。 The change unit 260 changes the brightness-related settings of the camera 100 (e.g., shutter speed, gain, aperture). For example, when the brightness of an image captured by the camera 100 has changed (e.g., when the number of whiteout pixels or blackout pixels is equal to or greater than a threshold), the change unit 260 sets the automatic exposure function (auto exposure) of the camera 100 to on. This sets an optimal shutter speed or gain for the camera 100. The aperture is assumed to be fixed. After the optimal shutter speed or gain has been set, the change unit 260 locks (stops) the automatic exposure function and fixes the above settings.

ユーザが人工の光源30を点灯または消灯した場合や、時間に応じて天然の光源30の明るさが変化した場合などに、撮像画像の明るさが変化する可能性がある。この場合、撮像画像に白飛びや黒飛びが発生してしまうため、変更部260がカメラ100の明るさに関する設定を変更する。変更部260は、例えば、輝度値が最小値(例:0)である画素の数が閾値以上になった場合や、輝度値が最大値(例:255)である画素の数が閾値以上になった場合に、カメラ100の明るさに関する設定を変更してもよい。 The brightness of the captured image may change when the user turns on or off the artificial light source 30, or when the brightness of the natural light source 30 changes over time. In this case, whiteout or blackout occurs in the captured image, so the change unit 260 changes the settings related to the brightness of the camera 100. The change unit 260 may change the settings related to the brightness of the camera 100, for example, when the number of pixels having a minimum brightness value (e.g., 0) is equal to or greater than a threshold value, or when the number of pixels having a maximum brightness value (e.g., 255) is equal to or greater than a threshold value.

更新部270は、変更部260がカメラ100の明るさに関する設定を変更した場合、レンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータ(例:露光時間、ゲイン)を更新する。更新部270は、調整部230と同様に、3次元モデル211から生成されたレンダリング画像と撮影画像との差分が小さくなるように、レンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータを調整する。更新部270は、調整部230と同様に、輝度平均の差分、明度平均の差分、輝度分布の差分、各画素の画素値(例:RGB値、GRAY値)の差分、二値画像、類似度などに基づいて撮影パラメータを更新する。レンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータは、更新後に固定されてもよい。 When the change unit 260 changes the settings related to the brightness of the camera 100, the update unit 270 updates the shooting parameters (e.g., exposure time, gain) related to the brightness of the rendered image. Like the adjustment unit 230, the update unit 270 adjusts the shooting parameters related to the brightness of the rendered image so that the difference between the rendered image generated from the three-dimensional model 211 and the captured image becomes small. Like the adjustment unit 230, the update unit 270 updates the shooting parameters based on the difference in average luminance, the difference in average brightness, the difference in luminance distribution, the difference in pixel values of each pixel (e.g., RGB values, GRAY values), a binary image, similarity, etc. The shooting parameters related to the brightness of the rendered image may be fixed after updating.

設定部280は、3次元モデル211内の各オブジェクトに予めマテリアルを設定する。図3を参照して、設定部280が行う処理の流れを説明する。 The setting unit 280 sets materials in advance for each object in the three-dimensional model 211. The flow of processing performed by the setting unit 280 will be described with reference to Figure 3.

まず、設定部280は、3次元モデル211からレンダリング画像を生成し、レンダリング画像のセグメンテーションを行う(ステップS101)。3次元モデル211には、光源30の状態に応じた光源設定が行われているものとする。撮像領域20が規定の光源で照明されている場合、規定の光源に対応する光源が設定される。撮像領域20が未知の光源で照明されている場合、探索された光源が設定される。 First, the setting unit 280 generates a rendering image from the three-dimensional model 211 and performs segmentation of the rendering image (step S101). It is assumed that the three-dimensional model 211 has a light source setting according to the state of the light source 30. When the imaging area 20 is illuminated with a specified light source, a light source corresponding to the specified light source is set. When the imaging area 20 is illuminated with an unknown light source, the searched light source is set.

次に、設定部280は、面積が大きいセグメント(例:壁、床、流し台)のマテリアルを推定する(ステップS102)。ステップS102~ステップS105の処理は、セグメントごとに行われる。 Next, the setting unit 280 estimates the materials of segments with large areas (e.g., walls, floors, sinks) (step S102). The processes in steps S102 to S105 are performed for each segment.

次に、設定部280は、機械学習モデルなどを用いてセグメントのマテリアルを推定する(ステップS103)。推定結果は初期値として用いられる。設定部280は、例えば、Abhimitra Meka, et.al., LIME: Live Intrinsic Material Estimation, CVPR, 2018に記載された技術を用いてもよい。次に、設定部280は、推定したマテリアルをセグメントに設定する(ステップS103)。 Next, the setting unit 280 estimates the material of the segment using a machine learning model or the like (step S103). The estimated result is used as an initial value. The setting unit 280 may use, for example, the technique described in Abhimitra Meka, et.al., LIME: Live Intrinsic Material Estimation, CVPR, 2018. Next, the setting unit 280 sets the estimated material to the segment (step S103).

次に、設定部280は、セグメントに対応する部分の実画像と上記セグメントとの差分が小さくなるように、セグメントのマテリアル設定を探索する(ステップS104)。実画像は、カメラ100による撮像画像から抽出される。差分は、輝度平均の差分、輝度分布の差分、明度平均の差分、明度分布の差分、各画素の画素値(例:RGB値、GRAY値)の差分、二値画像などで表される。設定部280は、機械学習モデルが出力する類似度が大きくなるようにマテリアルを設定してもよい。また、設定部280は、微分可能レンダラーを用いて、セグメントのマテリアルを探索することもできる。 Next, the setting unit 280 searches for material settings for the segment so that the difference between the actual image of the portion corresponding to the segment and the above-mentioned segment is small (step S104). The actual image is extracted from the image captured by the camera 100. The difference is expressed as a difference in average luminance, a difference in luminance distribution, a difference in average brightness, a difference in brightness distribution, a difference in pixel values of each pixel (e.g., RGB values, GRAY values), a binary image, etc. The setting unit 280 may set the material so that the similarity output by the machine learning model is large. The setting unit 280 may also search for a material for the segment using a differentiable renderer.

次に、設定部280は、探索したマテリアルをセグメントに設定し、セグメントに対応する部分の実画像と上記セグメントの最終的な差分を算出し、差分に応じて確度(Confidence)を算出する(ステップS105)。確度confは、例えば、conf=λ*e-aΔという式で算出される。λおよびaは定数であり、Δは差分を表す。また、確度は機械学習モデルを用いて算出されてもよい。 Next, the setting unit 280 sets the searched material to a segment, calculates the final difference between the actual image of the portion corresponding to the segment and the above-mentioned segment, and calculates the confidence according to the difference (step S105). The confidence is calculated, for example, by the formula conf = λ * e - aΔ , where λ and a are constants and Δ represents the difference. The confidence may also be calculated using a machine learning model.

次に、設定部280は、ステップS101で抽出されたセグメントのうち、面積が大きい全てのセグメントに対する処理が終了したかを判定する(ステップS106)。全てのセグメントにマテリアルを設定した場合(ステップS106のYES)は処理を終了し、そうでない場合(ステップS106のNO)はステップS102に戻る。 Next, the setting unit 280 determines whether processing has been completed for all segments with large areas among the segments extracted in step S101 (step S106). If materials have been set for all segments (YES in step S106), the processing ends, and if not (NO in step S106), the processing returns to step S102.

実施形態1にかかる光源推定システムは、規定の光源下で撮像された第1の撮像画像を用いて、レンダリング画像の撮影パラメータをカメラ100の設定に同期させる。これにより、光源推定システム1000は、3次元モデル211における光源を高精度に探索できる。3次元モデル211において実環境の光源を再現することにより、ドメインアダプテーションによる物体の認識精度を向上したり、実際の光源環境を反映した訓練画像を生成したりすることができる。 The light source estimation system according to the first embodiment uses a first captured image captured under a specified light source to synchronize the shooting parameters of a rendering image with the settings of the camera 100. This allows the light source estimation system 1000 to search for a light source in the three-dimensional model 211 with high accuracy. By reproducing the light source of the real environment in the three-dimensional model 211, it is possible to improve the accuracy of object recognition by domain adaptation and generate training images that reflect the actual light source environment.

上述したプログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、1又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群(又はソフトウェアコード)を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory(RAM)、read-only memory(ROM)、フラッシュメモリ、solid-state drive(SSD)又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc(DVD)、Blu-ray(登録商標)ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。 The above-mentioned programs include instructions (or software code) that, when loaded into a computer, cause the computer to perform one or more functions. The programs may be stored on a non-transitory computer-readable medium or a tangible storage medium. By way of example and not limitation, computer-readable media or tangible storage media include random-access memory (RAM), read-only memory (ROM), flash memory, solid-state drive (SSD) or other memory technology, CD-ROM, digital versatile disc (DVD), Blu-ray® disk or other optical disk storage, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk storage or other magnetic storage device. The programs may be transmitted on a transitory computer-readable medium or a communication medium. By way of example and not limitation, transitory computer-readable media or a communication medium include electrical, optical, acoustic, or other forms of propagated signals.

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that this disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

1000 光源推定システム
100 カメラ
200 サーバ
210 記憶部
211 3次元モデル
220 第1取得部
230 調整部
240 第2取得部
250 探索部
260 変更部
270 更新部
280 設定部
10 家屋
20 撮像領域
30 光源
N ネットワーク
Reference Signs List 1000 Light source estimation system 100 Camera 200 Server 210 Storage unit 211 Three-dimensional model 220 First acquisition unit 230 Adjustment unit 240 Second acquisition unit 250 Search unit 260 Change unit 270 Update unit 280 Setting unit 10 House 20 Imaging area 30 Light source N Network

Claims (1)

規定の光源下における撮像領域の第1の撮像画像を取得する第1の取得手段と、
前記撮像領域をモデル化した3次元モデル内に前記規定の光源に対応する光源設定を行い、前記3次元モデルから生成した第1のレンダリング画像と前記第1の撮像画像との差分が小さくなるように、前記第1のレンダリング画像の明るさに関する撮影パラメータを調整する調整手段と、
未知の光源下における前記撮像領域の第2の撮像画像を取得する第2の取得手段と、
前記撮影パラメータを調整した後、前記3次元モデルから生成された第2のレンダリング画像と、前記第2の撮像画像との差分が小さくなるように、前記未知の光源に対応する光源設定を探索する探索手段と、
を備える光源推定システム。
A first acquisition means for acquiring a first captured image of an imaging area under a specified light source;
an adjustment means for setting a light source corresponding to the specified light source in a three-dimensional model that models the imaging area, and adjusting a shooting parameter related to brightness of the first rendering image so that a difference between a first rendering image generated from the three-dimensional model and the first captured image becomes small;
a second acquisition means for acquiring a second captured image of the imaging area under an unknown light source;
a search means for searching for a light source setting corresponding to the unknown light source so that a difference between a second rendering image generated from the three-dimensional model and the second captured image becomes small after adjusting the shooting parameters; and
A light source estimation system comprising:
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