Συμβολή στην ανάλυση και κωδικοποίηση συστοιχίας εικόνων τρισδιάστατης απεικόνισης

Abstract

Three-Dimensional (3D) visualization systems are used in many specialized applications where 3D observation is required Technological achievements in the areas of integrated optics with sensors and network infrastructures guarantee that these systems will be used soon in a large number of different applications. This dissertation summarizes the authors research on the major aspects of a specific 3D visualization method called Integral Photography (IP). The first part of this dissertation contains a background study on the theory and practice of IP and other stereoscopic systems and describes the implementation of a prototype device capable of producing high resolution near field, IP images of real 3D objects based on a flatbed scanner. The objective of the second part of this thesis is to develop an automated method for calibration of the sensors and the optics used in an IP acquisition device without prior knowledge of the systems characteristics. This is accomplished by post-processing of the acquired IP images using image analysis and pattern recognition methods. Finally in this thesis two types of IP image encoders are developed that fully exploit the inherent redundancy of multiview or IP image sets and achieve high performance in a rate distortion sense.

Τα τρισδιάστατα (3Δ) συστήματα απεικόνισης αποτελούν σήμερα το κύριο μέσο παρατήρησης για ένα πλήθος από εξειδικευμένες εφαρμογές και με την εξέλιξη των τεχνολογικών τους παραμέτρων και των δικτυακών υποδομών αναμένεται να αποτελέσουν στο άμεσο μέλλον την κυρία μέθοδο απεικόνισης για ένα ακόμη μεγαλύτερο πλήθος από καθημερινές εφαρμογές. Η έρευνα που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αποτελεί μια προχωρημένη μελέτη για ένα συγκεκριμένο είδος μεθόδου 3Δ απεικόνισης που ονομάζεται Ολοκληρωτική Φωτογράφιση (Integral Photography - IP). Στο πρώτο τμήμα της μελέτης εξετάστηκαν οι δυνατότητες της μεθόδου και αναπτύχθηκε ένα πρωτότυπο ψηφιακό σύστημα καταγραφής εικόνων Ολοκληρωτικής Φωτογράφισης (ΟΦ) πραγματικών αντικείμενων του εγγύς πεδίου της συσκευής με χρήση ενός επίπεδου σαρωτή ικανό να παράγει εικόνες με ιδιαίτερα υψηλή ανάλυση σε σχέση με τα μέχρι τούδε προταθέντα ψηφιακά συστήματα. Στο δεύτερο τμήμα της παρούσας έρευνας αναπτύχθηκε για πρώτη φορά ένα αυτόματο σύστημα ευθυγράμμισης των αισθητήρων που χρησιμοποιούνται με τα οπτικά μέρη του συστήματος το οποίο δεν προϋποθέτει καμία γνώση για τα χαρακτηριστικά του συστήματος χρησιμοποιώντας ένα πλήθος τεχνικών ανάλυσης εικόνας και αναγνώρισης προτύπων. Η παρούσα έρευνα ολοκληρώνεται με την παρουσίαση εξειδικευμένων αλγορίθμων κωδικοποίησης που αναπτύχθηκαν για πολυστερεοσκοπικές εικόνες και εικόνες ΟΦ οι οποίοι καταφέρνουν να μειώσουν σε εξαιρετικό βαθμό τον εγγενή πλεονασμό που περιέχουν αυτές.