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Gewinnung von Tiefenkarten aus Fokusserien

Dierig, Tobias

English Title: Depth maps from focus series

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PDF, German
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Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden Verfahren zur Tiefenschätzung aus Fokusserien einer genauen Analyse unterzogen. Mögliche Fehlerquellen werden ausgehend vom optischen Abbildungsprozess bis hin zu den digitalen Bildverarbeitungsalgorithmen eingehend untersucht. Anhand der zu Grunde liegenden physikalischen Prinzipien werden die Fokus-Verfahren mit anderen optischen 3D-Meßtechniken verglichen und entsprechend eingeordnet. Allen bisherigen Verfahren zur Tiefenschätzung aus Fokusserien ist gemein, daß der optische Aufbau aus einer speziellen skalierungsfreien, der sogenannten telezentischen Optik bestehen muß. Andernfalls sind die sonst entstehenden Skalierungseffekte in einem zusätzlichen, fehlerbehafteten Schritt zu korrigieren. Ein im Rahmen dieser Arbeit entwickeltes neuartiges Verfahren zur simultanen Tiefen- und Bewegungsschätzung räumt diese gravierenden Limitierungen erfolgreich aus. Dazu wird die Fokusserie als Diffusionsprozess mit einer linearen, partiellen Differentialgleichung beschrieben. Die diesen Prozess beschreibenden Parameter werden mittels einer Total Least Squares Methode direkt aus der Fokusserie geschätzt. Die Tiefeninformation der Szene wird aus der gemessenen Diffusionskonstante errechnet. Abschließend werden alle vorgestellten Verfahren der Tiefenbestimmung an synthetischen und realen Fokusserien erprobt.

Translation of abstract (English)

In this thesis different techniques for estimating depth from focal series are quantitatively analyzed. Possible sources of error are scrutinized from the optical imaging process to the digital image processing algorithms. The focus techniques are compared to other optical 3D measurement techniques and classified according to the underlying physical principles. In common to all existing methods of computing depth from focal series is their reliance on a special, non-scaling optical set-up, also termed telecentric. Otherwise inevitable effects due to the scaling have to be corrected for in an additional, erronous process. A novel technique presented in this thesis for simultaneous estimation of depth and motion sucessfully eleminates this serious limitation. In this method the focal series is modelled by a diffusion process, described by a linear partial differential equation. The parameters characterizing this process are established by a total least squares estimator directly from the focal series. The information of depth can then be deducted from the measured constant of diffusion. This thesis concludes with an accuracy examination of all presented techniques both on synthetic and real world data.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Jähne, Prof. Bernd
Date of thesis defense: 3. July 2002
Date Deposited: 23. Jul 2002 00:00
Date: 2002
Faculties / Institutes: Service facilities > Interdisciplinary Center for Scientific Computing
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Bildverarbeitung, Bildfolgenverarbeitung, Dreidimensionale Bildverarbeitung
Uncontrolled Keywords: Tiefe , Fokus , Diffusion , Bildseriendepth , focus , diffusion , imagesequence
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