Vergenzsteuerung und Tiefenrekonstruktion mit einem aktiven Stereokamerasystem:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 10]
383 |
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| Beschreibung: | Zugl.: Bochum, Univ., Diss. |
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| adam_text | Titel: Vergenzsteuerung und Tiefenrekonstruktion mit einem aktiven Stereokamerasystem
Autor: Theimer, Wolfgang M
Jahr: 1995
INHALTSVERZEICHNIS V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Motivation 1 2 Konzept der visuellen Informationsverarbeitung 3 2.1 Beschreibungsebenen informationsverarbeitender Systeme............ 3 2.2 Randbedingungen aus der digitalen Bildverarbeitung............... 5 2.2.1 Visuelle Sensoren in der Robotik ...................... 5 2.2.2 Probleme der Bildauswertung........................ 6 2.3 Biologische Informationsverarbeitung........................ 7 2.3.1 Organisation informationsverarbeitender Systeme............. 7 2.3.2 Neuronaler Instruktionssatz......................... 7 2.4 Verhaltensorientierte Wahrnehmung ........................ 8 3 Biologische Grundlagen des Sehprozesses 11 3.1 Das Auge als optischer Sensor............................ 11 3.1.1 Optische Übertragungseigenschaften .................... 11 3.1.2 Photorezeptoren ............................... 12 3.1.3 Neuronale Verschaltung der Photorezeptoren ............... 14 3.2 Informationsverarbeitung in den primären visuellen Arealen ........... 15 3.2.1 Merkmalsextraktion im LGN und dem visuellen Cortex ......... 15 3.2.2 Kanalmodelle für die Ortsfrequenz-Wahrnehmung............. 18 3.3 Die verschiedenen Augenbewegungen beim Menschen............... 21 3.3.1 Koordinatensysteme zur Beschreibung von Augenrotationen....... 21 3.3.2 Augengeometrie in der Fixationsebene................... 23 3.3.3 Klassifizierung der Augenbewegungen ................... 24 3.3.4 Augenbewegungsarten beim Menschen................... 25 3.3.5 Das Gesetz von Hering ........................... 28 3.4 Übersicht über visuelle Tiefenhinweise ....................... 30 3.4.1 Stereoskopische Tiefenwahrnehmung .................... 30 3.4.2 Bewegungsparallaxe ............................. 30 3.4.3 Form durch Schattierung .......................... 31
VI INHALTSVERZEICHNIS 3.4.4 Tiefe durch Textur.............................. 31 3.4.5 Tiefe durch Akkomodation ......................... 31 3.5 Psychophysik der Vergenzbewegung ........................ 32 3.5.1 Vergenz als Distanzhinweis ......................... 32 3.5.2 Disparitätsgesteuerte Vergenzbewegung .................. 34 3.6 Psychophysik der Disparitätswahrnehmung .................... 39 3.6.1 Korrespondierende Punkte und die Rolle der Vergenz........... 39 3.6.2 Die verschiedenen Bereiche von Fusion und Stereopsis .......... 39 3.6.3 Tiefenwahrnehmung durch absolute und relative Disparitäten ...... 41 3.6.4 Tiefenwahrnehmung unter dynamischen Bedingungen........... 42 4 Modelle zur Disparitätsschätzung und Vergenz 45 4.1 Beschreibung der Stereogeometrie ......................... 45 4.1.1 Homogene Koordinaten ........................... 45 4.1.2 Stereoskopische Kameraabbildung ........ 48 4.2 Lösungen des stereoskopischen Korrespondenzproblems .............. 53 4.2.1 Monokulare Vorverarbeitung ........................ 54 4.2.2 Verfahren der Stereobildzuordnung...... 57 4.2.3 Tiefenrekonstruktion.......... 64 4.3 Modellierung der Vergenzbewegung......................... 65 4.3.1 Cepstrumbasierte Vergenz .......... 67 4.3.2 Phasenbasierte Vergenz ........................ 67 4.3.3 Vergenz durch Kooperation von Fokus und Disparität .......... 69 4.3.4 Integration von Vergenz, Fokus, Apertur und Disparität zur Oberflächenbestimmung ................................. 70 4.3.5 Integration von Vergenz, Folgebewegung und Fokus........ 71 4.3.6 Vergenz mit Detektion von Verdeckung und Glanzlichtern ........ 72 4.3.7 Mikrovergenzbewegungen zur Tiefenwahrnehmung ............ 73 5 Phasenbasierte Disparitätsschätzung 74 5.1 Eigenschaften von Gabor-Filtern........................... 74 5.1.1 Kontinuierliche Gabor-Filter ........................ 74 5.1.2 Diskrete Gabor-Filter . . . ......................... 78
5.1.3 Lokalfrequenz der Filterantworten ..................... 79 5.1.4 Gabor-Scale-Space.............................. 83 5.2 Berechnung von Disparitätskarten ......................... 87 5.2.1 Disparitätsprojektionen aus Phasendifferenzen ....... 88 5.2.2 Zuweisung von Konfidenzwerten ...................... 91
INHALTSVERZEICHNIS VII 5.2.3 Hierarchische Disparitätsberechnung ............. 93 5.2.4 Beschränkung der Disparität und des Disparitätsgradienten ...... 95 5.3 Phasengestützte Vergenzsteuerung und Akkomodation .............. 96 5.3.1 Notwendigkeit der Vergenzbewegung.................... 96 5.3.2 Geometrie von Vergenz und Akkomodation ................ 98 5.3.3 Vergenz als Minimierung der globalen Disparität ............. 99 5.3.4 Stabilisierung der Vergenz..........................102 5.3.5 Vergenzrelaxierung zur Einstellung einer Standardentfernung ......104 5.3.6 Kalibrierung der Vergenzbewegung .....................105 5.4 Disparitätsbestimmung als Maximum-Likelihood-Schätzer ............106 5.5 Vergleich verschiedener Phasenansätze .......................108 5.6 Gesamtdarstellung von Vergenz und Disparitätsschätzung . ............110 6 System zur aktiven Tiefenwahrnehmung 112 6.1 Hardwareumgebung .................................112 6.2 Softwareumgebung..................................114 6.3 Implementierung des Stereoalgorithmus ......................114 6.3.1 Der Frontendprozeß .............................115 6.3.2 Der Stereoprozeß...............................116 6.3.3 Der Visualisierungsprozeß..........................117 7 Genauigkeits- und Robustheitsuntersuchungen 119 7.1 Experimentelle Bestimmung von Disparitätskarten ................120 7.1.1 Genauigkeit bei Isodisparitätsflächen....................121 7.1.2 Genauigkeit bei Disparitätssprüngen................ 125 7.1.3 Präzision der Disparitätsschätzung bei gestörten Stereobildern......127 7.2 Experimente zur Vergenzbewegung...... 131 7.2.1 Vergenz bei frontoparallelen Oberflächen..................132 7.2.2 Vergenz bei aufrechten gedrehten Wänden.................138 7.2.3 Vergenz bei Objekten mit Tiefensprung ....... 141 7.2.4 Vergenz bei Einzelobjekten ....... 144 7.3 Exemplarische Vergenz und Tiefenrekonstruktion
.................145 8 Zusammenfassung und Ausblick 148 8.1 Zusammenfassung ..................................148 8.2 Ausblick .......................................150 Literaturverzeichnis 151 Index 163
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