概念解析 | 虚拟镜面:超越三次反射的非视线成像

虚拟镜面:超越三次反射的非视线成像

注1:本文系“概念解析”系列之一,致力于简洁清晰地解释、辨析复杂而专业的概念。本次辨析的概念是:虚拟镜面在非视线成像中的应用。
参考文献：Royo D, Sultan T, Muñoz A, et al. Virtual Mirrors: Non-Line-of-Sight Imaging Beyond the Third Bounce[J]. arXiv preprint arXiv:2307.14341, 2023.

一、背景介绍

非视线成像指的是在没有直接视线的条件下,通过间接照明来重建隐藏场景的技术。目前的非视线成像方法主要基于三次反射假设,即从激光源到隐藏场景再到检测器的三次散射过程。但是这种三次反射成像存在两个关键限制:

1. 遗漏锥问题:对于给定大小的中继面,总会有一些隐藏表面无法被非视线测量访问到,因此无论采用何种成像算法都无法重建这些表面。这些表面位于三次反射方法的空白重建空间中。

2. 单拐点成像:现有的非视线成像方法仅限于重建隐藏在单个拐点后面的场景,无法处理两个或多个拐点后面的场景。

本文通过“虚拟镜面”的概念,利用四次和五次反射照明,解决了这两个关键限制,实现了重建空白重建空间内表面的成像和两个拐点后场景的成像。

二、虚拟镜面原理

关键洞察是平面扩散表面在非视线成像的计算波域中表现出镜面反射特性,称为“虚拟镜面”。

在波域成像中,表面在收到平面波照明时,会生成多个二级球面波。这些二级波会相互叠加,产生明显的镜面反射效应,这可以通过惠更斯原理解释,如下图所示: