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Darstellung, Aufnahme und Wiedergabe von Lichtfeldern mit kontinuierlicher Raum/Winkel-Auflösung

Schritt für Schritt ist die analog, d.h. auf chemischen Prozessen basierende Fotografie, durch die digitale Fotografie verdrängt worden. Neben der einfachen Speicherungs- und Vervielfältigungsmöglichkeit digital aufgenommener Bilder bietet sich dem enthusiastischen Fotografen die Chance, seine Aufnahmen nachträglich zu bearbeiten. Eine Anpassung des Kontrasts oder ein automatischer Weißabgleich lassen sich ohne weiteres am PC durchführen ohne dass spezielle Kenntnisse des Benutzers notwendig wären. Den Bearbeitungsmöglichkeiten sind jedoch systembedingte Grenzen gesetzt. Parameter des optischen Aufbaus des Kamerasystems, wie z.Bsp. die Brennweite des Objektivs, lassen sich nicht nach der Aufnahme verändern bzw. heraus rechnen. Hier unterliegen konventionelle digitale Kameras den gleichen Beschränkungen wie ihren analogen Pendants. Die vom Bildsensor aufgenommen Informationen sind durch den physikalischen Aufbau bzw. die Kameraoptik bestimmt.

Computational Cameras

Das Themengebiet der computational cameras versucht die Beschränkung der konventionellen digitalen Bildaufnahme zu umgehen. Grundlage ist die Annahme einer plenoptischen Funktion (engl. plenoptic function), die den Lichttransport mit allen für die menschliche Wahrnehmung relevanten Parametern beschreibt. Die auf vier Dimensionen beschränkte plenoptische Funktion wird als Lichtfeld, light field, bezeichnet. Mit Hilfe eines Lichtfeldes lässt sich nicht nur wie bei einem klassischen Bild die Intensitätsverteilung des einfallenden Lichtes beschreiben, sondern auch dessen Richtung. Eine Kamera kann als ein Sensorsystem aufgefasst werden, das einen zweidimensionalen Ausschnitt dieser 4D Funktion aufnimmt. Mit Hilfe von Multiplexingverfahren, seien es räumliche oder zeitliche, kann das Lichtfeld unter Verwendung einer konventionellen Kamera abgetastet werden. Aus den aufgenommenen Daten lassen sich durch eine algorithmische Prozessierung weitere Informationen gewinnen.

Unser Ansatz zur Aufnahme des Lichtfeldes liegt in der Verwendung von Spiegelsystems. Im Gegensatz zu der Verwendung eines reinen Linsensystems wird es durch die Verwendung von Spiegeln möglich, das Lichtfeld kontinuierlich abzutasten. Zusätzlich kann das Setup zur Aufnahme des Lichtfeldes mit einer normalen Kamera realisiert werden, was eine sehr kostengünstige Durchführung erlaubt.

Basierend auf einem möglichst optimalen Spiegel-Aufnahmesystem, ist eine eine dynamische Lichtfeldaufnahme denkbar. Eine nahezu komplette Aufnahme des dem Objekt zugehörigen Lichtfeldes wird somit möglich. Dazu müssen Verfahren gefunden werden, die eine möglichst effiziente und schnelle Lichtfeldaufnahme realisieren, z.Bsp. durch Erweiterung der Methoden zur Berechnung des optischen Flusses.

Forschungsschwerpunkte

Innerhalb des Projekts können drei Forschungsschwerpunkte identifiziert werden:

  • Bestimmung optimaler Spiegeldesigns, Szenenaufbau und -aufnahme
  • Multiskalare Lichtfelddarstellung und Algorithmen
  • Dynamische Lichtfeldaufzeichnung

Publikationen