Deutsche Übersetzung des Titels: Analyse und Modellierung von Passiver Stereoskopie und Laufzeitkameras

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Abstract

This thesis is concerned with the analysis and modeling of effects which cause errors in passive stereo and Time-of-Flight imaging systems. The main topics are covered in four chapters: I commence with a treatment of a system combining Time-of-Flight imaging with passive stereo and show how commonly used fusion models relate to the measurements of the individual modalities. In addition, I present novel fusion techniques capable of improving the depth reconstruction over those obtained separately by either modality. Next, I present a pipeline and uncertainty analysis for the generation of large amounts of reference data for quantitative stereo evaluation. The resulting datasets not only contain reference geometry, but also per pixel measures of reference data uncertainty. The next two parts deal with individual effects observed: Time-of-Flight cameras suffer from range ambiguity if the scene extends beyond a certain distance. I show that it is possible to extend the valid range by changing design parameters of the underlying measurement system. Finally, I present methods that make it possible to amend model violation errors in stereo due to reflections. This is done by means of modeling a limited level of light transport and material properties in the scene.

Übersetzung des Abstracts (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse und Modellierung von Effekten, die Fehler in passiver Stereoskopie und Laufzeitbildgebung verursachen. Die Hauptthemen sind in vier Kapiteln dargestellt: Ausgangspunkt ist eine Behandlung von Mischsystemen, die sich aus einer Laufzeitkamera und einem Stereosystem zusammensetzen. Einerseits zeige ich hierbei auf, wie häufig verwendete Fusionsansätze mit dem Messprozess der einzelnen Modalitäten zusammenhängen, andererseits präsentiere ich neue Techniken zur Datenfusion, welche die ermittelten Tiefenrekonstruktionen im Vergleich zu den einzelnen Sytemen verbessern können. Anschließend stelle ich ein System zur Erzeugung von großen Mengen von Referenzdaten für die quantitative Stereoevaluation vor, welches sich dadurch auszeichnet, dass neben Referenzgeometrien pro Pixel auch die Messunsicherheit der Referenzdaten erfasst wird. Die letzten beiden Teile umfassen schließlich Effekte, die in den einzelnen Systemen beobachtetet werden können: Laufzeitkameras können bekanntlich nur bis zu einem gewissen Abstand die Entfernung eindeutig bestimmen. Diesbezüglich zeige ich, dass durch die Änderung relevanter Designparameter des zugrunde liegenden Messsystems dieser Eindeutigkeitsbereich vergrößert werden kann. Zuletzt diskutiere ich, wie durch Modellierung eines begrenzten Lichttransports in der Szene es nicht nur möglich ist, systematische Fehler aufgrund von Reflektionen zu beheben, sondern auch einfache Materialparameter zu schätzen sowie die resultierenden Rekonstruktionen zu verbessern.