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Torsten Edeler
Bildverbesserung von Time-Of-Flight Tiefenkarten
In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Verfahren zur Verbesserung von TOF-Tiefenkarten präsentiert.
Es wird ein Bildmodell hergeleitet, das einen nichtstationären Rauschterm beinhaltet. Die lokale mittlere Rauschleistung dieses Rauschterms lässt sich dabei aus Informationen schätzen, die aufgrund der speziellen Funktionsweise von TOF-Bildsensoren neben der Tiefenkarte zur Verfügung stehen. Die Existenz eines nichtstationären Rauschmodells in Kombination mit einer geeigneten Schätzung war Motivation, um Algorithmen für stationäre Rauschmodelle entsprechend anzupassen.
Unter anderem wird ein Algorithmus präsentiert, der aus vielen niedrig aufgelösten Tiefenkarten eine hoch aufgelöste Karte erzeugen kann. Dabei wird in sehr verrauschten Bereichen der Tiefenkarte die Rekonstruktionsleistung der Auflösungsverbesserung zugunsten einer besseren Rauschunterdrückung reduziert. In weniger verrauschten Bereichen kann hingegen mehr Wert auf die Verbesserung der Auflösung gelegt werden. Insgesamt bietet der vorgestellte Algorithmus eine wesentliche bessere Bildqualität gegenüber existierenden Algorithmen in Bezug auf den Themenkomplex der Tiefenkarten.
Das gleiche Rauschmodell wird außerdem für die reine Rauschreduktion in Tiefenkarten verwendet. Hier wird das bekannte Wavelet-Schwellwertverfahren so modifiziert, dass es ortslokal arbeitet. Eine Herausforderung dabei ist, die Information über die örtliche Verteilung der mittleren Rauschleistung auf die Wavelet-Koeffizienten zu übertragen. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgestellten modifizierten Algorithmen besser dazu geeignet sind, Tiefenkarten zu entrauschen, als es mit bekannten Verfahren möglich ist.
Der letzte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit komprimierter Abtastung. Es wird ein praktisch konstruiertes Abtastsystem samt mathematischem Modell vorgestellt, das mit einem Feld aus mehreren Detektoren arbeiten kann. Es wird gezeigt, wie ein solches System zunächst kalibriert wird, um anschließend zur Verbesserung der Auflösung herangezogen zu werden.
Die Neuheit dieser Apparatur besteht zum einen in der Verwendung von TOF-Sensoren und zum anderen in der parallelen Informationsaufnahme und der dadurch erreichten signifikanten Senkung der Messzeit.
Es wird ein Bildmodell hergeleitet, das einen nichtstationären Rauschterm beinhaltet. Die lokale mittlere Rauschleistung dieses Rauschterms lässt sich dabei aus Informationen schätzen, die aufgrund der speziellen Funktionsweise von TOF-Bildsensoren neben der Tiefenkarte zur Verfügung stehen. Die Existenz eines nichtstationären Rauschmodells in Kombination mit einer geeigneten Schätzung war Motivation, um Algorithmen für stationäre Rauschmodelle entsprechend anzupassen.
Unter anderem wird ein Algorithmus präsentiert, der aus vielen niedrig aufgelösten Tiefenkarten eine hoch aufgelöste Karte erzeugen kann. Dabei wird in sehr verrauschten Bereichen der Tiefenkarte die Rekonstruktionsleistung der Auflösungsverbesserung zugunsten einer besseren Rauschunterdrückung reduziert. In weniger verrauschten Bereichen kann hingegen mehr Wert auf die Verbesserung der Auflösung gelegt werden. Insgesamt bietet der vorgestellte Algorithmus eine wesentliche bessere Bildqualität gegenüber existierenden Algorithmen in Bezug auf den Themenkomplex der Tiefenkarten.
Das gleiche Rauschmodell wird außerdem für die reine Rauschreduktion in Tiefenkarten verwendet. Hier wird das bekannte Wavelet-Schwellwertverfahren so modifiziert, dass es ortslokal arbeitet. Eine Herausforderung dabei ist, die Information über die örtliche Verteilung der mittleren Rauschleistung auf die Wavelet-Koeffizienten zu übertragen. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgestellten modifizierten Algorithmen besser dazu geeignet sind, Tiefenkarten zu entrauschen, als es mit bekannten Verfahren möglich ist.
Der letzte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit komprimierter Abtastung. Es wird ein praktisch konstruiertes Abtastsystem samt mathematischem Modell vorgestellt, das mit einem Feld aus mehreren Detektoren arbeiten kann. Es wird gezeigt, wie ein solches System zunächst kalibriert wird, um anschließend zur Verbesserung der Auflösung herangezogen zu werden.
Die Neuheit dieser Apparatur besteht zum einen in der Verwendung von TOF-Sensoren und zum anderen in der parallelen Informationsaufnahme und der dadurch erreichten signifikanten Senkung der Messzeit.
Schlagwörter: Bildverbesserung; komprimierende Abtastung; Auflösungsverbesserung; Rauschreduktion; Tiefenkarten
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