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Plenoptic Image Acquisition and Projection: Theoretical Developments and Applications

Antragsteller Professor Dr. Ivo Ihrke
Fachliche Zuordnung Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
Förderung Förderung von 2012 bis 2016
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 212380566
 
Erstellungsjahr 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das DFG-geförderte Projekt hat neue bildgebende Verfahren im Bereich des “Computational Imaging” oder der rechnergestützten Bildgebung untersucht, die auf dem Konzept der hochdimensionalen, sogenannten plenoptischen Funktion beruhen. Hierbei werden klassische optische Konzepte wie zwei-dimensionale Objekt- und Bildebenen bewusst generalisiert und auf Messungen sowohl im Positions- als auch im Richtungsbereich der Lichtstrahlen erweitert. Zusätzlich werden Variationsmöglichkeiten auch in der spektralen Zusammensetzung des Lichts oder in dessen zeitlichen Eintreffen zugelassen. Dieser hochdimensionale Ansatz ermöglicht zum einen eine Kodierung von Objektinformationen in verschiedene “Bänder” des Lichtes, die später algorithmisch, meist mit Hilfe von Optimierungsverfahren, dekodiert werden. Dies erfolgt mit dem Ziel, klassische Limitierungen optischer Systeme zu umgehen und/oder um neuartige Fähigkeiten wie z.B. die hyperspektrale oder richtungsaufgelöste Lichtfeldbildgebung zu ermöglichen. Zum anderen ergeben sich aus den erweiterten Möglichkeiten neuartige Anwendungen wie z.B. die 3D-Analyse, Geometrie- und Reflektanzmessungen, bessere Farbgebung, räumlich aufgelöste Spektralanalyse, Snapshot-Polarimetrie, Aufnahmen mit erweitertem Dynamikbereich und viele mehr. Eine wichtige Charakteristik dieser neuartigen Verfahren ist die starke Verknüpfung mit der immer mächtiger werdenden Rechentechnik und eine intensive Nutzung der zur Verfügung stehenden Rechen- und Speicherresourcen. Die Entwicklungen werden sich daher in den nächsten Jahren noch intensivieren. Das Projekt hatte zum Ziel, algorithmische und theoretische Grundlagen voranzutreiben und anhand von ausgewählten Anwendungsbeispielen zu validieren. Das Projekt ist insgesamt sehr erfolgreich verlaufen. Als Highlights unserer Forschungen sind zu nennen: KaleidoCamera: Im kommerziellen und Publicity-Bereich hat unser “KaleidoCamera”-Projekt für erhebliches Aufsehen gesorgt. Onlinemedien wie “New Scientist”, “Wired”, “Slashdot”,“Digital Photography Review”, “Chip.de”, “Fotomagazin”, etc. haben über unser Projekt berichtet. Das Papervideo wurde nahezu 100,000 mal geschaut. Etliche führende Unternehmen haben Interesse für unsere Entwicklung bekundet und teilweise bereits intern evaluiert. Wir haben daraufhin ein Kommerzialisierungsprojekt gestartet, das sich momentan in der ersten externen Finanzierungsrunde befindet. Das Ziel ist es, einen optischen Konverter für Spiegelreflexkameras auf den Markt zu bringen, der plenoptische Aufnahmemöglichkeiten allgemein zugänglich macht, dabei aber keine permanenten Hardwaremodifikationen benötigt. Das angehende Produkt wurde auf der Cebit 2016 als “K-Lens” vorgestellt. Die Produkteinführung ist für Ende 2016 geplant. 3D-Vermessung von instationären Strömungsfeldern: Im Bereich der Ingenieursanwendungen haben wir als Erste zeigen können, daß es möglich ist eine Strömungssimulation automatisiert an 3D-Messdaten von zeitvariablen Dichteverteilungen, wie sie z.B. in der experimentellen Strömungsmechanik aufgenommen werden, anzupassen. Die Standardpraxis in diesem Bereich ist das manuelle Tuning von Simulationen um Übereinstimmung mit dem Experiment zu erreichen. Unsere Methoden zur nichtinvasiven, zeit-aufgelösten 3D-Messung von Dichtevolumen werden derzeit von ONERA, der französischen Luft-und Raumfahrtagentur, in Modane, der größten europäischen Windtunnelanlage, getestet. Theorie: Im theoretischen Bereich haben wir eine lange gesuchte explizite analytische Formulierung der Verbindung von verschiedenen geometrischen Beschreibungen der Aberrationen von Optiken gefunden. Die bisher bekannte Verbindung, vor mehr als 50 Jahren publiziert, hatte auf Differentialgleichungen geführt, sodaß ihre praktische Anwendbarkeit eingeschränkt war. Insgesamt hat das Projekt zu 14 Publikationen geführt. Diese Publikationen haben bereits 111 Zitationen und einen h-index von 6 (Google) erreicht. Es entstand eine Ausgründung, das Potential für eine zweite wird evaluiert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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