Entwicklung eines 3D-Scanners mit farbigem strukturiertem Licht unter Verwendung von HDR-Bilddaten. Diplomverteidigung Frank Michel

Ähnliche Dokumente
Distributed Algorithms. Image and Video Processing

3. Analyse der Kamerabewegung Video - Inhaltsanalyse

4. Segmentierung von Objekten Video - Inhaltsanalyse

Technische Informatik - Eine Einführung

Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs

Dreidimensionales Computersehen

Beleuchtungsmodelle und Shading

Hauptseminar Repräsentationen für Optimierungsalgorithmen

Very simple methods for all pairs network flow analysis

Entwicklung einer robusten Methode zur Berechnung von Stereokorrespondenzen

Digitale Bildbearbeitung und Fotografie. Dozenten: Arne Scheffer, Olaf Glaser

Objekterkennung durch Vergleich von Farben. Videoanalyse Dr. Stephan Kopf HWS2007 Kapitel 5: Objekterkennung

Lineare Gleichungssysteme

Belichtungszeit belichtet und die Zeilen 3, 4, 7, 8 usw. mit der verkürzten Belichtungszeit.

GIS-Analysen - Analyseverfahren. Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Reinhardt. Universität der Bundeswehr München

LZSS und Deflate. Lars Kunert. April 18, Seminar Kompressionsalgorithmen RWTH Aachen

Dank an Raffaele. Das grosse Rauschen. Siehe: www Fotografie/Selbsthilfe. Schärfen (Erich Baumann )

Grundlagen von Rasterdaten

Messprotokoll: Aufnahme der Quantenzufallszahl

Zusammenfassung der letzten LVA. Diskrete Mathematik

Digitale Bildverarbeitung (DBV)

16 - Kompressionsverfahren für Texte

Formale Methoden 2. Gaetano Geck Lehrstuhl I Logik in der Informatik WS 2014/2015

Sterne (9) Elektrooptische Detektoren

Kürzeste Wege in einem gewichteten Graphen. Anwendungen

Proseminar "Aufgabenstellungen der Bildanalyse und Mustererkennung"

Einführung in die Informatik II Aus der Informationstheorie: Datenkompression

3.5 Methode des gleitenden Horizonts

Suche nach korrespondierenden Pixeln

Grundlagen Rechnernetze und Verteilte Systeme IN0010, SoSe 2018

Mathematische Grundlagen der Computerlinguistik

3. Analyse der Kamerabewegung Video - Inhaltsanalyse

How To Create A Panorama Image From A Photoelectric Image From An Image From The Camera (I)

2. Schnitterkennung Video - Inhaltsanalyse

Bildverarbeitung: Filterung. D. Schlesinger () Bildverarbeitung: Filterung 1 / 17

Bayes sche und probabilistische Netze

Digitale Bildverarbeitung (DBV)

Parallele Algorithmen in der Bildverarbeitung

Diskrete Strukturen Kapitel 4: Graphentheorie (Bäume)

Fehlererkennende und fehlerkorrigierende Codes

Algorithmische Geometrie: Delaunay Triangulierung (Teil 2)

Abschlussklausur. Computernetze. 14. Februar Legen Sie bitte Ihren Lichtbildausweis und Ihren Studentenausweis bereit.

Beleuchtung aus Schatten rekonstruieren

Rechenzeit für A. Sei t B die Rechenzeit eines Algo für B. Seien p,q,r monotone Polynome ( +).

Lichtplanung. Licht & Design

CODIERUNGSTHEORIE KURS ZELL AN DER PRAM, FEBRUAR 2005

Industrielle OCR für die Herstellung von Bildröhren

Objekterkennung mit SIFT-Merkmalen

Datenstrukturen und Algorithmen (SS 2013)

Prüfung in Grundlagen GIS im WS 2011/12

WS 2013/14. Diskrete Strukturen

Die Teilnehmer und ihre Präferenzen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.

Bildverbesserung (Image Enhancement)

Mehr Auflösung im Monochrom-Betrieb So holen Sie mehr Auflösung aus Ihrem Farbsensor

Kompressionsverfahren für Texte

2. Schnitterkennung Videoanalyse

Stereobasierte Regularisierung des deflektometrischen Rekonstruktionsproblems

Algorithmen und Datenstrukturen Klausur WS 2006/07 Software-Engineering und Technische Informatik Bachelor

2 Darstellung von Zahlen und Zeichen

Computer Vision: Optische Flüsse

Multiple Alignments. Vorlesung Einführung in die Angewandte Bioinformatik Prof. Dr. Sven Rahmann. Webseite zur Vorlesung

Übungsblatt 5 - Musterlösung

7. Grundlagen von Rasterdaten

6. Übung zur Linearen Optimierung SS08

Relationen (Teschl/Teschl 5.1)

Isomorphie von Bäumen

Statische Stereoanalyse

Blende Belichtungszeit ISO-Empfindlichkeit Belichtungsmessung Aufnahmeprogramme

3D-Rekonstruktion aus Bildern

Fortgeschrittene Netzwerk- und Graph-Algorithmen

The Quality Connection. Business-Fotografie für redaktionelle Themen

Lokale Beleuchtungsmodelle

Beschleunigung von Bild-Segmentierungs- Algorithmen mit FPGAs

Übungsblatt 5 Lösungsvorschläge

Ecken des Zuordnungsproblems

Stereovision Omnivision Kantendetektion

Datenstrukturen (SoSe 12) Klausur (Modulabschlussprüfung)

1 Einführung. Bildformate Analyse der LSB-Ersetzung Weitere steganographische Algorithmen. Syndromkodierung in der Steganographie

2.4 Starke Zusammenhangskomponenten in Digraphen

Landesabitur 2007 Beispielaufgaben 2005_M-LK_A 7. Eine quadratische Pyramide (Grundkante 4 und Höhe 6) steht neben einer Stufe. 1.

Aufgaben zur Klausurvorbereitung

TU München. Hauptseminar: WS 2002 / Einführung in Suffix - Bäume

Übung: AutoID Barcodes Teil 1

k-means als Verfahren zur Clusteranalyse basierend auf Repräsentanten bestimmt ein flaches Clustering

Übersicht. Aktivitäten-Auswahl-Problem. Greedy Algorithmen. Aktivitäten-Auswahl-Problem. Aktivitäten-Auswahl-Problem. Datenstrukturen & Algorithmen

Algorithmus zum Graphen-Matching. und. Anwendung zur inhaltsbasierten Bildersuche

Klausur Digitale Medien

Kalibrierungsfreie Bildverarbeitungsalgorithmen. echtzeitfähigen Objekterkennung im Roboterfuÿball. Thomas Reinhardt Nao-Team HTWK. 26.

Grundbegriffe der Informatik

Licht und Farben. Andreas Spillner. Computergrafik, WS 2018/2019

Datenstrukturen & Algorithmen

OperationsExplorer Daten, Technologien, Tests. Meik Bittkowski

Kompression. Kompression. Beseitigung der unnötigen Daten... Redundanz. Folie 2

Iterative Methods for Improving Mesh Parameterizations

Definition Information I(p)

Winter 2011/ Projekt kd- Trees. achsenparallelen Farbwürfel angeordnet. Die beiden schwarz- weiß- Ecken verbindet eine Graulinie.

Normgerechte, berührende und. nachgiebiger Materialien unter. flächendeckende Vermessung. Triangulationssensoren. Einsatz bildbasierter

Transkript:

Entwicklung eines 3D-Scanners mit farbigem strukturiertem Licht unter Verwendung von HDR-Bilddaten Diplomverteidigung Frank Michel

Gliederung Einführung Kodierung des Projektionsmusters HDR-Bilddaten Korrespondenzanalyse Ergebnisse 2

Einführung 3D-Rekonstruktion Idee: - Punktwolke aus einem Foto generieren Umsetzung: - Kamera, Projektor und Objekt bilden ein Dreieck -Rekonstruktion über räumliche Information des Kamera-Projektor-Systems 3

Einführung 3D-Rekonstruktion 4

Einführung 3D-Rekonstruktion 5

Einführung Aktive Kodierung zur Korrespondenzanalyse Welche Positionen in den Bildern korrespondieren? 6

DeBruijn-Sequenzen -A(k,n) ist eine Zeichenfolge über einem k-stelligen Alphabet, bei dem jede n-stellige Teilsequenz nur einmal vorkommt - A(2,4): [0000]100110101111 - Teilsequenzen: 0000, 0001, 0010, 0100, 1001, 0011, 0110, 1101, 1010, 0101, 1011, 0111, 1111 -jede Position innerhalb des Codes kann über die Betrachtung der benachbarten Zeichen eindeutig ermittelt werden 7

DeBruijn-Sequenzen -A(k,n) ist eine Zeichenfolge über einem k-stelligen Alphabet, bei dem jede n-stellige Teilsequenz nur einmal vorkommt - A(2,4): 0[0001]00110101111 - Teilsequenzen: 0000, 0001, 0010, 0100, 1001, 0011, 0110, 1101, 1010, 0101, 1011, 0111, 1111 -jede Position innerhalb des Codes kann über die Betrachtung der benachbarten Zeichen eindeutig ermittelt werden 8

DeBruijn-Sequenzen -A(k,n) ist eine Zeichenfolge über einem k-stelligen Alphabet, bei dem jede n-stellige Teilsequenz nur einmal vorkommt - A(2,4): 00[0010]0110101111 - Teilsequenzen: 0000, 0001, 0010, 0100, 1001, 0011, 0110, 1101, 1010, 0101, 1011, 0111, 1111 -jede Position innerhalb des Codes kann über die Betrachtung der benachbarten Zeichen eindeutig ermittelt werden 9

DeBruijn-Sequenzen Necklace: ist eine Äquivalenzklasse von n-stelligen Zeichenketten über einem k- stelligen Alphabet Lyndonwort: ist ein aperiodisches Necklace 10

DeBruijn-Sequenzen -Verkettung der Reduktionender Necklacesund Lyndonwörter in lexikographischer Reihenfolge ergibt die de Bruijn-Sequenz 11

DeBruijn-Sequenzen Kodierung der Farbinformationen mit Hilfe der de Bruijn-Sequenz - Farben werden im 3-stelligen Binärkode repräsentiert, z.b. entspricht (011) Cyan - jedem Zeichen des Alphabets wird ein binäres Tripel zugewiesen -Farbübergang entsteht durch die XOR-Verknüpfung der Farbkomponente mit dem Repräsentant des Zeichens aus der de Bruijn-Sequenz - neutrales Element 000 wird nicht verwendet 12

DeBruijn-Sequenzen Kodierung der Farbinformationen mit Hilfe der de Bruijn-Sequenz 13

DeBruijn-Sequenzen Kodierung der Farbinformationen mit Hilfe der de Bruijn-Sequenz 14

DeBruijn-Sequenzen Kodierung der Farbinformationen mit Hilfe der de Bruijn-Sequenz 15

DeBruijn-Sequenzen Kodierung der Farbinformationen mit Hilfe der de Bruijn-Sequenz 16

DeBruijn-Sequenzen Kodierung der Farbinformationen mit Hilfe der de Bruijn-Sequenz 17

DeBruijn-Sequenzen De Bruijn-Sequenz A(5,3) 18

HighDynamicRange-Bilder - Irradiance beschreibt die einfallende Leistung auf eine Fläche - einfallende Photonen erzeugen eine Spannung, die sich proportional zum einfallenden Licht verhält -FilterinderKamerapassendasSignalan - Pixelwerte verhalten sich nicht linear zum einfallenden Licht 19

HighDynamicRange-Bilder - HDR-Bilder sind in der Lage, hohe Helligkeitsunterschiede einer Szene zu abzubilden -dadurch werden die bei LDR-Bildern auftretenden Unter-bzw. Überbelichtungen in Fotographien vermieden - höhere Auflösung der Farbtiefe bei HDR-Aufnahmen - Techniken zur Erstellung: HDR-Kamera, computergenerierte Bilder, LDR-Bilderserien 20

HighDynamicRange-Bildererzeugen Camera-Response-Curve(CRC) -CRC beschreibt die lineare Abbildung der eingefallenen Strahlung (Irradiance) auf Pixelintensitäten 0 255 im Kamerabild bei bekannter Belichtungszeit - CRC ist bei jeder Kamera unterschiedlich - Linearisierung der Abbildung von Helligkeit auf RGB-Farbwerte durch die CRC - Berechnung mit Hilfe eines linearen Gleichungssystems aus Bilddaten 21

HighDynamicRange-Bildererzeugen Camera-Response-Curve(CRC) 22

HighDynamicRange-Bildererzeugen HDR-Bild aus LDR-Bildsequenzen Idee: - jedes Pixel ist in mindestens einem der Bilder korrekt beleuchtet Umsetzung: -ein Pixel im HDR-Bild ergibt sich aus der gewichteten Kombination der Informationen aus den verschiedenen Belichtungsstufen 23

HighDynamicRange-Bildererzeugen HDR-Bild aus LDR-Bildsequenzen - Aufnahme mehrerer Bilder der Szene - dabei wird die Belichtungszeit der Bilder variiert - pro Pixel sind mehrere Messwerte vorhanden, diese werden gewichtet aufsummiert - Minderung des Rauschens im Bild 24

HighDynamicRange-Bilder LDR-Belichtungsreihe 25

HighDynamicRange-Bilder HDR-Bild 26

Korrespondenzanalyse 27

Korrespondenzanalyse Ziel: -Zuweisung der Farbübergänge aus dem Kamerabild zu Farbübergängen im Projektorbild Umsetzung: - Detektion der Kanten im Kamerabild -Zuordnung von korrespondierenden Kantenpixeln zwischen Kamera und Projektor Probleme: - Verdeckung der Kante - Fehler beim Erkennen der Kante - Störeinflüsse durch technische Limitierungen der verwendeten Geräte 28

Korrespondenzanalyse Detektion der Kanten im Kamerabild -Störungen in der Kamera und dem Projektor führen zu einer Verfälschung des Farbcodes - diese haben Einfluss auf das Ergebnis der Rekonstruktion - Fehlerbehebung mit Anisotroper Diffusionsfilterung 29

Korrespondenzanalyse Detektion der Kanten im Kamerabild 30

Korrespondenzanalyse Detektion der Kanten im Kamerabild -Kanten erstrecken sich über mehrere Pixel; keine harten Farbübergänge, sondern Farbverläufe - Box-Filter betrachtet einen größeren Bereich um das Pixel, dies führt zur Mehrfachdetektion der Kanten -Non-Maximum Supressionum Kantenposition auf ein Pixel zu beschränken 31

Korrespondenzanalyse Detektion der Kanten im Kamerabild 32

Korrespondenzanalyse Detektion der Kanten im Kamerabild - Kanten werden zeilenweise detektiert - keine Information über die Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den Zeilen bekannt -Klassifizierung der Kanten durch die Farbübergangszustände und die Position in der x-dimension 33

Korrespondenzanalyse Labeling-Ansatz -Farbübergänge im Projektorbildbilden die Menge der potentziellenlabel - Farbübergänge im Kamerabild stellen die Merkmale dar 34

Korrespondenzanalyse Markov-Random-Field (MRF) - MRF ist ein ungerichtetes statistisches Graphenmodell - Darstellung als Netzwerk, in dem die Knoten die Farbkantenpixel im Kamerabild repräsentieren Kanten die Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den Kantenpixeln abbilden 35

Korrespondenzanalyse Markov-Random-Field (MRF) -durch die Eigenschaft der bedingten Unabhängigkeit im MRF müssen nicht alle Knoten für die Berechnung betrachtet werden, sondern nur die vorher festgelegten direkten Nachbarn 36

Korrespondenzanalyse Energie-Minimierungs-Ansatz Datenterm beschreibt die Kosten für die Zuweisung eines Labels zu einem Knoten Nachbarschaftsterm beschreibt die Kosten für die Zuweisung der Label und zu 2 benachbarten Knoten 37

Korrespondenzanalyse Energie-Minimierungs-Ansatz Bestimmen des Datenterms für einen Knoten E data (f p ) dis c (f p ) = jm c L c (f p )j E data (f p ) = X c dis c (f p ) 38

Korrespondenzanalyse Energie-Minimierungs-Ansatz Bestimmen der Diskontinuitätskosten - Bewertung basierend auf der de Bruijn-Sequenz 39

Korrespondenzanalyse Belief-Propagation - iteratives Verfahren bei dem Nachrichten zwischen den Knoten ausgetauscht werden - berechnen einer Nachricht, die vom Knoten zum Knoten gesendet wird 40

Korrespondenzanalyse Belief-Propagation 41

Korrespondenzanalyse Belief-Propagation 42

Korrespondenzanalyse Belief-Propagation - Berechnung des Labels mit minimaler Energie 43

Korrespondenzanalyse Triangulation 44

Ergebnisse 45

Ergebnisse 46

Ergebnisse 47

VielenDankfürIhreAufmerksamkeit! 48