Andiel, Markus:
ISBN 3899594711

Zwischen Sonderweg und Branchentrend: Die Kammgarnspinnerei Johann Wülfing & Sohn im Nationalsozialismus (1933 bis 1939) # Pb., 128 S., 6 Abb., davon 2 in Farbe, 7 Tab. Echtzeit-Codierung und Positionserfassung für einen Personen-adaptiven Autostereoskopischen Monitor (PAM) # Pb., 156 S., 60 Abb., 15 Tab.


SCHLAGWORTE:
3D-Monitor
Autostereoskopie
Stereo-Subpixelcodierung
Stereobildverarbeitung
Augenverfolgung

Zusammenfassung


In der vorliegenden Arbeit wurde für einen Personen-adaptiven Autostereoskopischen Monitor (PAM) ein Modell für die Stereozonen aufgestellt und analysiert. Zwei Algorithmen zur elektronischen Subpixelcodierung in Abhängigkeit von der Betrachterbewegung wurden vorgestellt. Ebenso wurde ein kamerabasiertes Erfassungssystem realisiert, das geeignet ist, die Augen eines Betrachters im dreidimensionalen Raum zu verfolgen.

Mit dem aufgestellten Zonenmodell wurde mittels der Strahlenoptik der adaptionsfähige Bewegungsbereich in x- und z-Richtung für ein Parallaxsystem mit Streifenrastermaske bestimmt. Ebenso wurden die Fensterzonen mit der darin befindlichen Stereozone berechnet. Die Verifizierung der Fensterzonen erfolgte mit Hilfe einer hochauflösenden Videokamera durch Messung ihrer geometrischen Ausdehnung. Die sich durch die Monitor-Raster-Kombination einstellenden optischen Kennwerte wurden sowohl mit Belichtungsmesser (absolute Werte) als auch mit der Kamera (relative optischen Werte) ermittelt. Zukünftige Stereosysteme lassen sich auf diese Weise einfach dimensionieren beziehungsweise lassen sich die Fensterzonen verifizieren.

Zur Wahrnehmung der Tiefe im 3D-Bild wird das aktuelle Stereobildpaar durch elektronische positionsadaptive Subpixelcodierung auf dem Monitor angeordnet. Der erste, einfache Algorithmus ist echtzeitfähig und erreicht Ausführungszeiten weit unter 100 ms. Möglich wird dies durch Verwendung einer Tabelle, in der die Umcodierung der einzelnen Teilbildpixel auf ein horizontales Umsortieren der jeweiligen zum Pixel gehörigen Subpixel hinausläuft. Die Tabelle enthält die Zuordnungsvorschrift, an welche physikalische Monitorpixelposition das Bildsubpixel anzuordnen ist. Zur Vermeidung von Leerstellen zwischen den umcodierten Monitorpixeln, die als Helligkeitssprünge wahrgenommen werden, wurden beim erweiterten Algorithmus interpolierte Subpixel eingefügt. Die Interpolationsvorschrift liegt in einer zweiten Tabelle gespeichert vor, um Rechenzeit einzusparen.

Das Konzept zur Verfolgung der Augen besteht aus einer Folge von Schritten, die aus einer Anfangsmenge an Merkmalen durch sukzessives Ausschließen die wahre Augenposition bestimmen. Aus den von zwei Kameras gelieferten Bildern im YUV-Farbmodell werden zunächst in einer Farbkomponente einzelne Merkmale extrahiert, die zur weiteren Auswertung des Helligkeitsbildes herangezogen werden. Aus den gefundenen Objekten in den beiden Helligkeitsbildern werden über trigonometrische Beziehungen 3D-Koordinaten korrespondierender Punkte berechnet. Die Objekte, deren euklidischer Abstand in einem erlaubten Intervall und mit dem geringsten Abstand zum Nullpunkt übrig bleiben, werden als Augenpaar angesehen und im weiteren Ablauf verfolgt. Die verwendeten Algorithmen werden weitgehendst auf minimale Bildausschnitte angewandt, sie erlauben daher eine schnelle Detektion und Verfolgung der Augen. Auf diese Weise konnte ein echtzeitfähiges System realisiert werden.




Abstract


In this work a model for the stereo viewing zones of a Person-adaptive Autostereoscopic Monitor (PAM) was developed and analysed. Also two algorithms for an adaptive electronically subpixel coding depending on a moving observer were presented. Finally, a camera based position tracking system was realised to detect and follow the observer's eyes in the three dimensional space.

Model of the stereo viewing zone:
With the model of the viewing zones the area for a parallax system with a barrier sheet was determined by means of geometrical optics in which an observer can move in x- and z-direction. The size of each viewing zone and the resulting stereo viewing zone was calculated. The model could be verified using a high resolution video camera by measuring the geometrically size of the zones. The optical characteristics were measured on one side with the aid of a photometer (absolute parameters) on the other side with a camera (relative values).

Subpixel coding:
In order to experience the depth in a 3D-picture the actual stereo picture pair has to be arranged on the monitor with the electronically position adaptive subpixel coding. The first, simple algorithm does this in real-time and has an execution time below 100 ms. This is achieved by the use of a table. So the coding of the 3D image subpixel results in a horizontal rearrangement of the all subpixels of each image pixel. The table contents the information on which physical monitor position an image subpixel has to be placed. To avoid empty space between coded monitor pixels as they are experienced as intensity discontinuities, a second algorithm is realised. This algorithm inserts interpolated subpixel in this places with empty space. The information who to interpolate is saved in a separate table to reduces execution time.

Eye tracking:
Tracking the observer's eyes consists in several steps with which from an initial amount of objects by excluding the true eye position is determined. Images from two cameras are send in the YUV-colour model. First in one colour component objects are extracted. These are used as a basis for examination of the luminance component. For the corresponding objects found in both luminance components the 3D position is calculated. If the Euclidean distance of an object pair is in a predefined range and if both objects are closest to the point of origin those objects are determined as eye pair.
The algorithms are applied only on minimal areas of each image component. A fast detection and tracking of eyes is realised. Thus a real time system was established.

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