Multispectral imaging has become more accessible as an advanced imaging technique for a physically-meaningful imaging spectroscopy, and photometric stereo has been commonly practiced for digitizing a 3D shape with simplicity for more than three decades. However, these two imaging techniques have rarely been combined as 3D imaging applications yet. Reconstructing the shape of a 3D object using photometric stereo is still challenging due to optical phenomena such as global illumination, specular reflection and self shadow. In addition, removing interreflection in photometric stereo is a traditional chicken-and-egg problem as we need to account for interreflection without knowing geometry. In this thesis, we present a novel multispectral photometric stereo method that allows us to remove interreflection on diffuse materials using multispectral reflectance information. We demonstrate several benefits of our multispectral photometric stereo method such as removing interreflection and reconstructing the 3D shapes of objects to a high accuracy.
다분광 이미징 기법은 촬영 피사체의 물리적 휘도값을 측정하는 용도로 널리 쓰여지고 있다. 포토메트릭 스테레오 기법은 물체의 3차원 모양을 디지털화하는 기법으로, 지난 30년간 많은 분야에서 활용되어왔다. 하지만 이 두가지 기법이 3차원 이미징 응용분야에서 융합되어 쓰인 적은 거의 없다. 포토메트릭 스테레오 기법을 이용해서 물체의 3차원 모양을 측정하는 것에는 여러가지 방해물들이 있다. 예를 들어, 물체 표면에서의 상호반사, 거울반사, 그림자 등의 광학 현상들은 포토메트릭 스테레오의 근본 가정인 표면 난반사를 방해하는 현상들이다. 특히, 물체 표면에서의 상호반사를 제거하는 것은 굉장히 까다로운 일이다. 왜냐하면, 상호반사를 제거하기 위해서는 물체의 3차원 정보가 필요하고, 물체의 3차원 정보는 우리 측정하고자 하는 최종 목표이기 때문이다. 우리는 이 논문에서 난반사 조건하에 물체 표면의 상호반사를 제거하기위한 획기적인 다분광 포토메트릭 스테레오 시스템을 소개한다. 우리는 상호반사를 수학적으로 모델링하고, 다분광 이미징 기법을 이용하여 측정된 휘도값에서부터 상호반사를 제거하고, 직접반사를 측정함으로써 기존의 포토메트릭 스테레오 시스템의 성능을 향상시킨다. 우리가 제안하는 시스템의 방사 보정 및 기하학적 보정 과정을 자세히 설명한다. 또한 우리가 제안하는 시스템의 3차원 측정 효과의 정확성에 대하여 정량적, 정석적 비교 분석을 제공한다.
