Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 1/36 Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Oberseminar TAMS: 22. Juni 2003

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Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 3/36 Inspiration Biologie omnidirektionale Sicht in der Natur: Tag-Insekten Nacht-Insekten Krustentieren Beispiel: Gigantocypris Große Augen Optik wie bei Teleskopen einfallendes Licht Lücke

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 4/36 Übersicht Biologie Omnivision-Systeme Fixed Viewpoint Contstraint Eigenschaften catadioptischer Systeme Panoramabilder Anwendungen in der Robotik

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 5/36 Übersicht Biologie Omnivision-Systeme Fixed Viewpoint Contstraint Eigenschaften catadioptischer Systeme Panoramabilder Anwendungen in der Robotik

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 6/36 Omnidirektionale Sichtsysteme Drei unterschiedliche Systeme: 1.Fischauge-Objektiv 2.rotierende Kamera 3.catadioptrische Sichtsysteme dioptrics Linsen catoptrics Spiegel

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 7/36 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

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 8/36 Spiegel-Designs

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 9/36 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?

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 10/36 Übersicht Biologie Omnivision-Systeme Fixed Viewpoint Contstraint Eigenschaften catadioptischer Systeme Panoramabilder Anwendungen in der Robotik

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 11/36 Single Viewpoint Projektionszentrum des Spiegels ermöglicht geometrisch korrekte Projektionen Zuordnung: Intensitätswert eines Pixel Lichtstrahl aus bestimmter Richtung Zuordnung kann vorausberechnet werden

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 12/36 Grundlage: Lochkamera Objekt optische Achse Loch Bildebene Bild Mattscheibe

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 13/36 Viewpoint Kamera Spiegel Viewpoint

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 14/36 Fixed Viewpoint Constraint (1) optische Achse Bildebene Loch Viewpoint v = (0,0) c p = (0,c) Weltpunkt z r Normale +

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 15/36 Fixed Viewpoint Constraint (2) Gesucht: Spiegeloberfläche z (r) Lösung der quadratischen Differentialgleichung:

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 16/36 Allgemeine Lösung

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 17/36 Lösung (1) k = 2 und c > 0 planer Spiegel:

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 18/36 Lösung (2) k 2 und c = 0 konischer Spiegel: v (0,0) = p (0,c)

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 19/36 Lösung (3) k > 0 und c = 0 sphärischer Siegel:

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 20/36 Lösung (4) k > 0 und c > 0 ellipsoider Spiegel: v p Spiegel Bildebene

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 21/36 Lösung (5) k > 2 und c > 0 hyperboloider Spiegel: v p Spiegel Bildebene

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Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 23/36 Auflösung catadioptrischer Systeme v p Spiegel Bildebene Pixel dA d d

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 24/36 Unschärfe v Spiegel Bildebene Weltpunkt f

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 25/36 Aufbau zwei Möglichkeiten: Glaskugel Glasröhre v p

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Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 27/36 Alternative bei Reflektionen v paraboloider Spiegel CCD-Element telezentrische Linse

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Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 29/36 Panoramabilder Omnidirektional Panorama 359° 180° 0° 0°180°

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Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 32/36 Panoramabildern Projektion auf Zylinder Interpolation Nearest Neighbour Bilineare Interpolation Bikubische Interpolation Filter Vorteile bei horizontal angewandten Filtern

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Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 34/36 Anwendungen in der Robotik (1) Lokalisation Snapshot-Vergleich Feature-Extraktion (z.B. Symmetrie) Messgerät Drehungen Tiefenmessung (Stereo)

Arbeitsbereich Technische Aspekte Multimodaler Systeme Universität Hamburg Fachbereich Informatik Oberseminar TAMS Grundlagen omnidirektionaler Sichtsysteme Daniel Westhoff 35/36 Anwendungen in der Robotik (2) Modellbildung meistens Aufnahmen an mehreren Orten danach Tiefenkarte dann Modell Überwachungskamera Tracking

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