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ArbeitsbereichTechnische Aspekte Multimodaler Systeme
Universität HamburgFachbereich Informatik
Oberseminar TAMSGrundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme
Daniel [email protected]
Grundlagenomnidirektionaler Sichtsysteme
Oberseminar TAMS:
22. Juni 2003
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Inspiration Biologie
omnidirektionale Sicht in der Natur:
Tag-Insekten
Nacht-Insekten
Krustentieren
Beispiel: Gigantocypris
Große Augen
Optik wie bei Teleskopen
einfallendes Licht
Lücke
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Übersicht
1. Biologie
2. Omnivision-Systeme
3. Fixed Viewpoint Contstraint
4. Eigenschaften catadioptischer Systeme
5. Panoramabilder
6. Anwendungen in der Robotik
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Übersicht
1. Biologie
2. Omnivision-Systeme
3. Fixed Viewpoint Contstraint
4. Eigenschaften catadioptischer Systeme
5. Panoramabilder
6. Anwendungen in der Robotik
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Omnidirektionale Sichtsysteme
Drei unterschiedliche Systeme:
1. Fischauge-Objektiv
2. rotierende Kamera
3. catadioptrische Sichtsysteme
dioptrics → Linsen
catoptrics → Spiegel
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Geschichte
1970: U.S.-Patent von Rees
Kamera & hyberbolider Spiegel
1990: Echtzeit-Verarbeitung der Bilddaten
konische, sphärische und hyperbolide Spiegel
1997: Theoretische Analyse von Nayar & Baker
paraboloider Spiegel mit telezentrischer Linse
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Spiegel-Designs
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Vor- und Nachteile
Kann das omnidirektionale Bild in ein normales
perspektivisches Bild umgewandelt werden?
Wie schmal ist der Astigmatismus?
Werden Standard-Linsen und Kameras benutzt?
Wie groß ist der vertikale Blickwinkel?
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Übersicht
1. Biologie
2. Omnivision-Systeme
3. Fixed Viewpoint Contstraint
4. Eigenschaften catadioptischer Systeme
5. Panoramabilder
6. Anwendungen in der Robotik
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Single Viewpoint
Projektionszentrum des Spiegels
ermöglicht geometrisch korrekte Projektionen
Zuordnung:
Intensitätswert eines Pixel ↔ Lichtstrahl aus bestimmter Richtung
Zuordnung kann vorausberechnet werden
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Grundlage: Lochkamera
Objekt
optische Achse„Loch“
Bildebene
Bild
Mattscheibe
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Viewpoint
Kamera
Spiegel
Viewpoint
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Fixed Viewpoint Constraint (1)
optische Achse
Bildebene
Loch
Viewpoint v = (0,0)
z
r
c
p = (0,c)
Weltpunktz
r
r
ztan
r
zc tan
Normale
tandr
dz
+
2
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Fixed Viewpoint Constraint (2)
Gesucht: Spiegeloberfläche z (r)
Lösung der quadratischen Differentialgleichung:
0)2()(2)2( 222
czr
dr
dzzczr
dr
dzzcr
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Allgemeine Lösung
4
2
21
2
2
41
2222
22
22
2
ck
k
cr
cz
k
kckr
cz
)0(
)2(
k
k
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Lösung (1)
k = 2 und c > 0
planer Spiegel:
2
cz
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Lösung (2)
k ≥ 2 und c = 0
konischer Spiegel:
2
2
2r
kz
v (0,0) = p (0,c)
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Lösung (3)
k > 0 und c = 0
sphärischer Siegel:
222 krz
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Lösung (4)
k > 0 und c > 0
ellipsoider Spiegel:
11
2
1 22
2
2
r
b
cz
a ee
4
2 2ckae
2
kbe v
p
Spiegel
Bildebene
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Lösung (5)
k > 2 und c > 0
hyperboloider Spiegel:
11
2
1 22
2
2
r
b
cz
a hh
k
kcah
2
2
k
cbh
2
2
v
p
Spiegel
Bildebene
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Übersicht
1. Biologie
2. Omnivision-Systeme
3. Fixed Viewpoint Contstraint
4. Eigenschaften catadioptischer Systeme
5. Panoramabilder
6. Anwendungen in der Robotik
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Auflösung catadioptrischer Systeme
v
p
Spiegel
Bildebene
Pixel
dA
d
d
d
dA
rzc
zr
d
dA
22
22
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Unschärfe
v
Spiegel
Bildebene
Weltpunkt
f
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Aufbau
zwei Möglichkeiten:
Glaskugel
Glasröhre
v
p
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Reflexionen
v
p
schwarzeNadel
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Alternative bei Reflektionen
v
paraboloiderSpiegel
CCD-Element
telezentrische Linse
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Übersicht
1. Biologie
2. Omnivision-Systeme
3. Fixed Viewpoint Contstraint
4. Eigenschaften catadioptischer Systeme
5. Panoramabilder
6. Anwendungen in der Robotik
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Panoramabilder
Omnidirektional Panorama
359° 180° 0°
0°180°
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Panoramabildern
Projektion auf Zylinder
Interpolation
Nearest Neighbour
Bilineare Interpolation
Bikubische Interpolation
Filter
Vorteile bei horizontal angewandten Filtern
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Übersicht
1. Biologie
2. Omnivision-Systeme
3. Fixed Viewpoint Contstraint
4. Eigenschaften catadioptischer Systeme
5. Panoramabilder
6. Anwendungen in der Robotik
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Anwendungen in der Robotik (1)
Lokalisation
Snapshot-Vergleich
Feature-Extraktion (z.B. Symmetrie)
Messgerät
Drehungen
Tiefenmessung (Stereo)
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Anwendungen in der Robotik (2)
Modellbildung
meistens Aufnahmen an mehreren Orten
danach Tiefenkarte
dann Modell
Überwachungskamera
Tracking
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Danke für die Aufmerksamkeit!