3D-Algorithmik
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Rekonstruktion und Kalibrierung
Das Themengebiet der 3D-Algorithmik beschäftigt sich einerseits mit der Rekonstruktion von Objektgestalt aus Objektabbildungen mit Hilfe von passiven oder aktiven Verfahren. Andererseits kommen die Algorithmen auch zum Einsatz bei der Produktion von 3D-Kino Inhalten. In beiden Fällen ist eine genaue Kenntnis der Kameraparameter ausschlaggebend für die Genauigkeit der Algorithmen. Die Ermittlung dieser Parameter ist das Themengebiet der Kamerakalibrierung.
Kamerakalibrierung
Jedes reale Kamerasystem weist eine Reihe von Abweichungen zum idealen Kameramodell auf. Bedingt durch Optik und andere Einflüsse entstehen komplexe Verzeichnungsmuster und andere Abbildungsfehler. Die Erkennung dieser Fehler und deren numerische Beschreibung zählen zur Kalibrierung eines Kamerasystems. Da sich die Eigenschaften eines Kamerasystems während des Betriebes aufgrund von mechanischen und thermischen Einwirkungen verändern können, ist die Kalibrierung ein iterativer Prozess.
Bei der Kamerakalibrierung wird zwischen der intrinsischen und extrinsischen Kalibrierung unterschieden. Die intrinsische Kalibrierung versucht die internen Kameraparameter zu bestimmten, wie die genaue Brennweite, das Abbildungszentrum oder die Verzeichnung. Die Bestimmung der Lage einer Kamera im Weltkoordinatensystem oder die relative Lage von Kameras zueinander in einem Multi-Kamerasystem wird über die extrinsische Kalibrierung bestimmt.
Im Bereich der intelligenten Systeme werden Verfahren zur automatischen und einfachen Kalibrierung entwickelt. Auch die Effizienz der Verfahren steht im Fokus der Entwicklungen, damit die Verfahren auch in kompakte intelligente Kamerasysteme integriert werden können.
3D-Produktion für Film und Fernsehen
Die hochqualitative Produktion von Inhalten in 3D für Film und Fernsehen erfordert ein perfekt kalibriertes Multi-Kamerasystem, das in der Regel aus zwei Kameras auf einem Stereo-Rig besteht. Darüber hinaus ist auch viel Erfahrung und Know-How über die Eigenheiten der 3D-Produktion notwendig, um optimale Kameraeinstellungen vornehmen zu können. Im Forschungs- und Entwicklungsbereich der intelligenten Systeme beschäftigen wir uns auch mit Verfahren zur Szenenanalyse und Assistenzsoftware zur optimalen Einstellung der Aufnahmesysteme.
3D-Rekonstruktion
3D-Modelle von beliebigen Objekten kommen heutzutage in vielen Bereichen wie Spielen, Spezialeffekten, virtuellen Welten oder der Medizin zum Einsatz. Die Erstellung von Modellen für reale Objekte ist ein sehr zeitaufwendiger Prozess. Sogenannte aktive 3D-Scanner, die beispielsweise mit Lasern arbeiten, ermöglichen eine schnelle Rekonstruktion. Diese Verfahren und Systeme sind allerdings sehr kostenintensiv. Im Bereich der intelligenten Systeme wird daher an passiven Alternativen geforscht.
Liegen mehrere Ansichten eines Objektes oder einer Szene vor, wird es mit den entwickelten Verfahren möglich die Objekte dreidimensional zu rekonstruieren. Dieser Prozess erfordert wieder die optimale Kalibrierung der Einzelaufnahmen bzw. des Multi-Kamerasystems. Es werden Verfahren und Algorithmen zur automatischen Ermittlung von Tiefeninformationen, zur Erstellung von 3D-Punktewolken und der Rekonstruktion der Oberfläche aus den Punktewolken entwickelt.
Da die rekonstruierte Oberfläche in aller Regel lückenhaft ist, kann in Kombination mit einem generischen parametrierbaren 3D-Modell eine komplette 3D-Rekonstruktion eines Objekts erzeugt werden.
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