Kaleidoscopic imaging

Kaleidoscopes have a great potential in computational photography as a tool for redistributing light rays. In time-of-flight imaging the concept of the kaleidoscope is also useful when dealing with the reconstruction of the geometry that causes multiple reflections. This work is a step towards opening new possibilities for the use of mirror systems as well as towards making their use more practical. The focus of this work is the analysis of planar kaleidoscope systems to enable their practical applicability in 3D imaging tasks. We analyse important practical properties of mirror systems and develop a theoretical toolbox for dealing with planar kaleidoscopes. Based on this theoretical toolbox we explore the use of planar kaleidoscopes for multi-view imaging and for the acquisition of 3D objects. The knowledge of the mirrors positions is crucial for these multi-view applications. On the other hand, the reconstruction of the geometry of a mirror room from time-of-flight measurements is also an important problem. We therefore employ the developed tools for solving this problem using multiple observations of a single scene point.Kaleidoskope haben in der rechnergestützten Fotografie ein großes Anwendungspotenzial, da sie flexibel zur Umverteilung von Lichtstrahlen genutzt werden können. Diese Arbeit ist ein Schritt auf dem Weg zu neuen Einsatzmöglichkeiten von Spiegelsystemen und zu ihrer praktischen Anwendung. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt dabei auf der Analyse planarer Spiegelsysteme mit dem Ziel, sie für Aufgaben in der 3D-Bilderzeugung praktisch nutzbar zu machen. Auch für die Time-of-flight-Technologie ist das Konzept des Kaleidoskops, wie in der Arbeit gezeigt wird, bei der Rekonstruktion von Mehrfachreflektionen erzeugender Geometrie von Nutzen. In der Arbeit wird ein theoretischer Ansatz entwickelt der die Analyse planarer Kaleidoskope stark vereinfacht. Mithilfe dieses Ansatzes wird der Einsatz planarer Spiegelsysteme im Multiview Imaging und bei der Erfassung von 3-D-Objekten untersucht. Das Wissen um die Spiegelpositionen innerhalb des Systems ist für diese Anwendungen entscheidend und erfordert die Entwicklung geeigneter Methoden zur Kalibrierung dieser Positionen. Ein ähnliches Problem tritt in Time-of-Flight Anwendungen bei der, oft unerwünschten, Aufnahme von Mehrfachreflektionen auf. Beide Problemstellungen lassen sich auf die Rekonstruktion der Geometrie eines Spiegelraums zurückführen, das mit Hilfe des entwickelten Ansatzes in allgemeinererWeise als bisher gelöst werden kann

Kaleidoscopic Imaging

Le kaléidoscope offre un grand potentiel "photographie computationnelle" comme un outil de redistribution des rayons lumineux. Pour l'imagerie à temps de vol, le concept du kaléidoscope est également utile lorsqu'il se agit de reconstruire une géométrie qui crée de multiples réflexions. Le travail que nous présentons est une étape afin d'ouvrir de nouvelles possibilités dans l'utilisation de systèmes de miroirs ainsi que de rendre leur utilisation plus pratique. L'objectif de ce travail est l'analyse des systèmes kaléidoscopiques à base de surfaces planes pour permettre leur applicabilité pratique en imagerie 3D. Nous y analysons les propriétés importants de systèmes de miroirs et nous y développons une boîte à outils théoriques l'étude ce ces kaléidoscopiques. Grâce à cette boîte à outils théorique, nous explorons l'utilisation de kaléidoscopes à surfaces plans pour l'imagerie multi-vue et pour l'acquisition d'objets 3D: la connaissance des positions des miroirs est crucial pour ces applications. D'autre part, la reconstruction de la géométrie d'un système de miroirs à partir de mesures de temps de vol est également un problème important. Nous employons donc les outils développés pour résoudre ce problème en utilisant de multiples observations d'un point unique d'une scène.Kaleidoscopes have a great potential in computational photography as a tool for redistributing light rays. In time-of-flight imaging the concept of the kaleidoscope is also useful when dealing with the reconstruction of the geometry that causes multiple reflections. This work is a step towards opening new possibilities for the use of mirror systems as well as towards making their use more practical. The focus of this work is the analysis of planar kaleidoscope systems to enable their practical applicability in 3D imaging tasks. We analyse important practical properties of mirror systems and develop a theoretical toolbox for dealing with planar kaleidoscopes. Based on this theoretical toolbox we explore the use of planar kaleidoscopes for multi-view imaging and for the acquisition of 3D objects. The knowledge of the mirrors positions is crucial for these multi-view applications. On the other hand, the reconstruction of the geometry of a mirror room from time-of-flight measurements is also an important problem. We therefore employ the developed tools for solving this problem using multiple observations of a single scene point

Imagerie kaléidoscopique

Kaleidoscopes have a great potential in computational photography as a tool for redistributing light rays. In time-of-flight imaging the concept of the kaleidoscope is also useful when dealing with the reconstruction of the geometry that causes multiple reflections. This work is a step towards opening new possibilities for the use of mirror systems as well as towards making their use more practical. The focus of this work is the analysis of planar kaleidoscope systems to enable their practical applicability in 3D imaging tasks. We analyse important practical properties of mirror systems and develop a theoretical toolbox for dealing with planar kaleidoscopes. Based on this theoretical toolbox we explore the use of planar kaleidoscopes for multi-view imaging and for the acquisition of 3D objects. The knowledge of the mirrors positions is crucial for these multi-view applications. On the other hand, the reconstruction of the geometry of a mirror room from time-of-flight measurements is also an important problem. We therefore employ the developed tools for solving this problem using multiple observations of a single scene point.Le kaléidoscope offre un grand potentiel "photographie computationnelle" comme un outil de redistribution des rayons lumineux. Pour l'imagerie à temps de vol, le concept du kaléidoscope est également utile lorsqu'il se agit de reconstruire une géométrie qui crée de multiples réflexions. Le travail que nous présentons est une étape afin d'ouvrir de nouvelles possibilités dans l'utilisation de systèmes de miroirs ainsi que de rendre leur utilisation plus pratique. L'objectif de ce travail est l'analyse des systèmes kaléidoscopiques à base de surfaces planes pour permettre leur applicabilité pratique en imagerie 3D. Nous y analysons les propriétés importants de systèmes de miroirs et nous y développons une boîte à outils théoriques l'étude ce ces kaléidoscopiques. Grâce à cette boîte à outils théorique, nous explorons l'utilisation de kaléidoscopes à surfaces plans pour l'imagerie multi-vue et pour l'acquisition d'objets 3D: la connaissance des positions des miroirs est crucial pour ces applications. D'autre part, la reconstruction de la géométrie d'un système de miroirs à partir de mesures de temps de vol est également un problème important. Nous employons donc les outils développés pour résoudre ce problème en utilisant de multiples observations d'un point unique d'une scène

Kaleidoscopic Imaging

Le kaléidoscope offre un grand potentiel "photographie computationnelle" comme un outil de redistribution des rayons lumineux. Pour l'imagerie à temps de vol, le concept du kaléidoscope est également utile lorsqu'il se agit de reconstruire une géométrie qui crée de multiples réflexions. Le travail que nous présentons est une étape afin d'ouvrir de nouvelles possibilités dans l'utilisation de systèmes de miroirs ainsi que de rendre leur utilisation plus pratique. L'objectif de ce travail est l'analyse des systèmes kaléidoscopiques à base de surfaces planes pour permettre leur applicabilité pratique en imagerie 3D. Nous y analysons les propriétés importants de systèmes de miroirs et nous y développons une boîte à outils théoriques l'étude ce ces kaléidoscopiques. Grâce à cette boîte à outils théorique, nous explorons l'utilisation de kaléidoscopes à surfaces plans pour l'imagerie multi-vue et pour l'acquisition d'objets 3D: la connaissance des positions des miroirs est crucial pour ces applications. D'autre part, la reconstruction de la géométrie d'un système de miroirs à partir de mesures de temps de vol est également un problème important. Nous employons donc les outils développés pour résoudre ce problème en utilisant de multiples observations d'un point unique d'une scène.Kaleidoscopes have a great potential in computational photography as a tool for redistributing light rays. In time-of-flight imaging the concept of the kaleidoscope is also useful when dealing with the reconstruction of the geometry that causes multiple reflections. This work is a step towards opening new possibilities for the use of mirror systems as well as towards making their use more practical. The focus of this work is the analysis of planar kaleidoscope systems to enable their practical applicability in 3D imaging tasks. We analyse important practical properties of mirror systems and develop a theoretical toolbox for dealing with planar kaleidoscopes. Based on this theoretical toolbox we explore the use of planar kaleidoscopes for multi-view imaging and for the acquisition of 3D objects. The knowledge of the mirrors positions is crucial for these multi-view applications. On the other hand, the reconstruction of the geometry of a mirror room from time-of-flight measurements is also an important problem. We therefore employ the developed tools for solving this problem using multiple observations of a single scene point

Mirrors in Computer Graphics, Computer Vision, and Time-of-Flight

International audienc

Measuring BRDFs of immersed materials

We investigate the effect of immersing real-world materials into media of different refractive indices. We show, that only some materials follow the Fresnel-governed behaviour. In reality, many materials exhibit unexpected effects such as stronger localized highlights or a significant increase in the glossy reflection due to microgeometry. In this paper, we propose a new measurement technique that allows for measuring the BRDFs of materials that are immersed into different media