Shadow Removal - Seminar

The perception of cast shadow

מרצה: ד"ר חגית הל-אור

מגישה: שירה כהן

הקדמה

החשיבות של הצל הייתה קיימת כבר •בעבר.

הצל תמיד הוערך בדימיון שלו •לאובייקט האמיתי.

לאונרדו דה וינצ'י היה הראשון •שהתחיל לחקור את הצל באופן

, ותאר איך אפשר 1490מעמיק בשנת להשתמש באור וצל כדי ליצור תלת

מימד.

הגדרות – צל הוא אזור במשטח שלא חשוף לאילומינציה צל

ממקור אור.

:ישנם שני סוגי צל.1Attach shadow צל שנוצר על –

האובייקט שחוסם את האור הנופל עליו.

2 .Cast shadow צל מוטל, צל – שנוצר כאשר משטח אחד חוסם

למשטח אחר את מקור האור, והדמות של המשטח המטיל

נוצרת על המשטח החסום. הצל המוטל יהיה מוקף באור.

penumbras גלי הצל –המקיפים את הצל המוטל

הגדרות

Attach shadow Cast shadow

צורת המשטח .עליו הוא נוצר

.צורת המשטח המטיל - צורת המשטח המוטל.- הסידור של המשטחים -

במרחב.

אינפורמציה

הגדרות

•Spatial layout סידור מרחבי, מתייחס – למערכת היחסים בין שני משטחים,

נמצא מימין Aמבחינה איכותית )אובייטק ( Bלאובייטק

Aומבחינה כמותית )המרחק בין אובייטק ס"מ(.B 5לאובייטק

Cast shadow - צל מוטל

כאשר אובייקט מטיל את הצל על משטח יכול לתת אינפורמציה הצל המוטל

לגבי:

. הצורה של האובייקט המטיל.1

. הצורה של המשטח עליו מוטל הצל. 2

. הסידור המרחבי של האובייקט ביחס 3למשטח.

Cast shadows cues

1. Static cue for surface shape

2. Dynamic cue for surface shape

3. Static cue for spatial layout

4. Dynamic cue for spatial layout

Static cue for surface shape

הצל המוטל נותן •יותר אינפורמציה

של על הצורההמשטח עליו

מאשר מוטל הצלשל על הצורה

האובייטק שמטילאת הצל.

Static cue for surface shapeלמרות שבאופן תאורטי הצורה של הצל •

המוטל בתמונה מספיקה כדי להבהיר את צורת הקלף, הצורה עדיין לא חד

משמעית באופן תפיסתי.

למרות ניסויים רבים בנושא לא הגיעו למסקנות האם מערכת הראייה משתמשת באינפורמציה של הצל המוטל, כדי להסיק

על צורת המשטח באופן חד משמעי.

Dynamic cue for surface shape

כשהאובייקט המטיל את הצל זז, יותר אינפורמציה יכולה להאסף מתזוזת הצל

המוטל לאורך זמן.

אינפורמציה על צורת האובייקט המטיל את הצל1.-

בשלב זה, השאלה האם המידע של הצל המוטל מכיל את המידע לגבי האובייקט המטיל נשארת פתוחה.

במשטח שטוח, צל דינמי אפקטיבי יותר באינפורמציה על צורת האובייקט המטיל.

( קשה smoothכאשר המשטח אינו שטוח )לתאר לאורך זמן את צורת האובייקט

המטיל, במקרה הזה האובייקט נראה לא קשיח.

Dynamic cue for surface shape

. אינפורמציה על צורת המשטח עליו מוטל 2הצל –

האינפורמציה המסופקת ע"י צל מוטל דינמי לגבי צורת המשטח

המוטל, היא בעלת ערך דומה לאינפורמציה המסופקת במקרה

הסטטי מבחינה תפיסתית. )החלף את העט במקרה הסטטי

ולכן גם בכדור שנע בציר העט(.המסקנות די זהות.

Static cue for spatial layout

האינפורמציה שצל מוטל מספק לגבי הסידור בתלת מימד היא ישירה – ככל שהאובייטק

המטיל קרוב יותר לרקע כך קרוב הצל לאובייקט המטיל, וההפך.

Dynamic cue for spatial layout

צל מוטל שנמצא בתנועה, מספק •אינפורמציה על התנועה היחסית של

גופים במרחב.תנועת הצל המוטל מספקת אינפורמציה •

לגבי המיקום היחסי בין האובייטק לקרקע.

התפיסה שהריבוע זז בתמונה מתחזקת כאשר:

. יש פנברה סביב הצל1. כאשר מקור האור מגיע מלמעלה2. כאשר הצל חשוך ולא מואר.3

כשהאובייקט גם זז, תפיסת המסלול שלו במרחב מושפע ממסלול הצל המוטל על

ידו.

Dynamic cue for spatial layout

כעת נדגים חלק מההנחות שבהם משתמשת מערכת הראייה על מנת להסיק

על הסידור במרחב כתוצאה מתזוזת צל.

Cast shadow constrains לתזוזה של צל מוטל יכולות להיות •

משמעיות שונות ופרושים שונים. המיקום של צל מוטל על הקרקע יכול •

להיות כתוצאה מצרוף אין סופי של :

כתוצאה, כאשר צל זז בתמונה כל קומבינציה של הנ"ל יכולה להיות אחראית למיקום של הצל

.בתמונה

light source. מיקום המקור האור – 1

. מיקום האובייקט המטיל4

viewpoint. מיקום נקודת הראיה – 2

Background. מיקום הרקע – 3

Cast shadow constrains למרות זאת, באופן תפיסתי התזוזה •

של הצל המוטל בתמונה גורם לתחושה שהאובייקט זז, ולא לוקח בחשבון

אפשרויות אחרות. )למשל שמקור האור זז(. גילוי זה מצביע על כך שמערכת

הראייה משתמשת באילוצים קודמים על מנת לפתור את הרב משמעיות של

הסיבות לתזוזת הצל.

Cast shadow constrains

.Light source motionתזוזה של מקור אור – 1.

.Background motionתזוזה של הרקע – 2.

.Viewpoint motionתזוזה של נקודת הראייה – 3.

.Object motionתזוזה של האובייטק – 4.

Light source motion

Light source motionבדוגמא של הריבוע – למרות שרצף התמונות נוצר מתזוזה של מקור האור, הצופים בניסוי תפסו את

תזוזת הצל כתוצאה מתזוזת הריבוע.

בדוגמא של כדור בקופסה – למרות שרצף התמונת נוצר מתזוזה של מקור האור, ולמרות שהוסיפו

עדויות לכך שהאור באמת זז, עדין תפסו הצופים את תזוזת הצל כתוצאה מתזוזת

הכדור.

( כדי attach shadowאפילו שינוי הצל על הכדור )לרמוז על תאורה משתנה, לא עזר לתפיסה

של תנועת הצל.

Light source motion

מסקנה: מערכת הראייה מניחה •שמקור האור קבוע, ונמצא למעלה

מאחורי הראש.

Background motion

Background motion

גם בניסויים שבוצעו בתזוזת הקרקע גרמו לצופים עדין לתפוס את תזוזת

הצל כתוצאה מתזוזת האובייקט.

מסקנה: מערכת הראייה מניחה שהרקע קבוע.

Viewpoint motion

Object motion

Object motionראינו שהתזוזה של הצל המוטל באופן

תפיסתי נבעה מתזוזת האובייטק.

– למרות שהאובייקט זז גודל האובייטק. 1בעומק התמונה הגודל שלו לא משתנה.

– ( מיקריתviewpointנקודת ראייה ). 2האובייקט זז ישירות בקו הראייה, כלומר

שאם נקודת הראייה היא מיקרית )לא בהכרח בקו ישר עם האובייקט(, הרי

שתזוזת האובייקט תגרום גם לתזוזה של האובייקט בתוך או מחוץ למישור העדשה

של מערכת הראייה.

חשוב להבין שפרוש זה של מערכת הראייה מפר שני אילוצים:

Object motion

זוהי תופעה מפתיעה מהסיבה שמערכת •הראייה מעדיפה להניח שהאובייקט קשיח.

העובדה שהצל המוטל ביטל את הנחות •היסוד הנ"ל, מוכיחה כמה כח יש לתנועה

של הצל לגבי התפיסה שלנו לתנועה במרחב.

Conclusions

תארנו את החוקים של צל מוטל לתפיסה של:

צורת המשטחים.1.

(.spatial layoutהסידור המרחבי. )2.

ראינו שלמרות שלצל המוטל יש את הפוטניאל לתת אינפורמציה לגבי צורת המשטחים, הוא עדיין נתן אינפורמציה חלשה ביותר

מצד שני צל מוטל מספק באופן ברור רמיזות .לגבי הצורהלגבי מיקום האובייטקים במרחב. )בעיקר

בתזוזה(

Conclusions

המסקנה האחרונה מעלה את הבעיות הבאות:

1. Segmenting and labeling cast shadow in scenes.

2. Linking cast shadows with the objects which cast the shadow.

3. Interpreting spatial relation from the changing displacement.

לפני שצל מוטל יוכל לשמש לרמיזות לגבי הסידור המרחבי הוא צריך להיות מזוהה

כצל המוטל של האובייקט.

Segmenting and labeling

, צל יכול בקלות להיות בתמונות סטטיותמבולבל אם חלקים אחרים בתמונה,

למשל צבע שחור, כתמים ועוד.

( יכול לעזור penumbraהקיום של פנמברה )בהבחנה בין צל ומשטחים אחרים.

Segmenting and labeling

, ישנו יתרון בסיווג צללים.בתמונות דינמיות

בהנחה שמקור האור קבוע, בתמונה דינמית אפשר לעקוב אחרי התנועה, ואם האובייקט

והצל נעים באותו כיוון והם מחוברים בקו ישר אל נקודת האור, אזי אפשר להסיק

שהאובייקט והצל קשורים אחד לשני

Linking objects with their shadows

, הקביעה של ההתאמה בין בתמונות סטטיותאובייקט והצל המטיל שלו היא בעיה קשה.

, שבהן גם האובייקט וגם בתמונות דינמיותהצל זז, התנועה המתואמת בין שניהם

( בין linkingמספקת מידע מהימן לקשר )האובייקט לצל באופן תפיסתי.

למרות שלפעמים קשר זה נוצר גם במקרים לא רצויים.

Inferring spatial relation

בהנחה שהצלחנו לסווג את הצל ולקשר אותו לאובייקט המתאים, הצל המוטל יכול לספק מיידע

על הסידור המרחבי בתמונה.

, השינוי במרחקים בין האובייקט בתמונות דינמיותוהצל שלו, מספק מיידע לגבי התנועה היחסית

של האובייקט בעולם.

הראנו שהפרוש של תנועת האובייקט במרחב, נבחרה ע"י מערכת הראיה כנגד פרשנויות אחרות רלוונטיות, כמו, תזוזת מקור האור. מכאן שתזוזת הצל המוטל מספק מידע

מכריע לגבי התנועה היחסית של אובייקטים בתמונה.

Summery

לצל המוטל יש השפעה חלשה •בזיהוי צורות המשטחים.

מערכת הראייה מפרשת תזוזה של •צל במרחב, כתוצאה מתזוזת

האובייקט המטיל אותו.

לצל מוטל יש השפעה חזקה על •התפיסה של הסידור במרחב.

)בעיקר בתנועה(

END