Bildsynthese- und Darstellungsalgorithmen für große stereoskopische Projektionsdisplays mit hohem Dynamikumfang

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Carsten Dachsbacher
• Fachliche Zuordnung: Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272320741

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Darstellungsgeräte besitzen eine Reihe technischer Merkmale, wie beispielsweise räumliche Auflösung, Bildwiederholrate, Farbgamut und Dynamikumfang, die entscheidend für die Qualität der Darstellung und somit für den Grad des erreichbaren Realismus sind. In diesem Projekt wurden Verfahren zur stereoskopischen Darstellung von Bildern und Animationen mit hohem Dynamikumfang durch Projektion auf elektrophoretische Displays (elektronisches Papier, engl. E-Paper) untersucht. Bei der Darstellung wird das Projektorbild durch Reflexion multiplikativ mit dem E-Paper-Bild verknüpft und so ein Gesamtsystem mit hohem Dynamikumfang (engl. high dynamic range, HDR) erreicht. Diese Realisierung eines solchen Darstellungssystems erlaubt große Bilddiagonalen, die sonst schwer zu erreichen sind. Die Kombination aus einem stereoskopischen Modulator (dem Projektor) und einem monoskopischen, meist monochromen, Modulator mit niedriger Bildwiederholrate (dem E-Paper) erforderte jedoch die Entwicklung neuer Darstellungsverfahren mit Ansätzen zur Auftrennung des HDR-Bildes auf beide Modulatoren und Optimierung der Teilbilder zur Minimierung von Farb- und Helligkeitsfehlern und somit zur möglichst akkuraten Erzeugung des HDR-Bildes. Insbesondere die Darstellung von bewegten Bildern ist herausfordernd, da der monochrome Modulator in diesem Fall nicht nur für die zwei stereoskopischen Teilbilder des Projektors, sondern für eine Folge von Bildern optimiert werden muss. Im Projekt wurden für die Optimierung der Darstellungen räumlich-temporale Filter untersucht. Die größten Abweichungen sind in der Regel in Bildregionen zu beobachten, wo aufgrund von Stereodisparität große Helligkeitsunterschiede zu verzeichnen sind. Ein weiterer untersuchter Ansatzpunkt war deshalb die Eigenschaften der menschlichen Wahrnehmung hinsichtlich der Reduktion von Stereodisparitäten zu berücksichtigen und so einen Kompromiss zwischen vermindertem Fehler aufgrund der Darstellung und vermindertem stereoskopischen Eindruck zu finden. Im weiteren Projektverlauf wurde ein neuer perzeptueller Ansatz zur Erweiterung des wahrgenommenen Farbgamuts (Gamut bezeichnet die Menge der darstellbaren Farben) untersucht. Dieser Ansatz macht sich zunutze, dass während der Betrachtung eine chromatische Adaption der Wahrnehmung stattfindet. Farbvalenzen die komplementär zur adaptierten Chromatizität sind, werden dadurch gesättigter wahrgenommen. Es wurden temporale Optimierungsverfahren und Bildfilter untersucht, mit denen die chromatische Adaption gezielt, jedoch ohne merkliche Artefakte, so beeinflusst werden kann, dass der Eindruck gesättigterer Farben entsteht. Die Berücksichtigung der Adaption erlaubt zudem eine farbgetreuere Wiedergabe.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Efficient random sampling—parallel, vectorized, cache-efficient, and online. arXiv preprint, 2016
  Peter Sanders, Sebastian Lamm, Lorenz Hübschle-Schneider, Emanuel Schrade, und Carsten Dachsbacher
  
• Sparse high-degree polynomials for wide-angle lenses. Computer Graphics Forum, 35(4):89–97, 2016
  Emanuel Schrade, Johannes Hanika, und Carsten Dachsbacher
  
• Efficient parallel random sampling—vectorized, cache-efficient, and online. ACM Transactions on Mathematical Software (TOMS), 44(3):29, 2018
  Peter Sanders, Sebastian Lamm, Lorenz Hübschle-Schneider, Emanuel Schrade, und Carsten Dachsbacher