Videobasierte Echtzeit-3D-Rekonstruktion

Kameras sind günstige Sensoren, die große Mengen an wertvollen Informationen über die Umgebung und die Bewegung des Sensorträgers liefern. Aktuelle Verfahren wie die Visuelle Odometrie erlauben es zum Beispiel, die Trajektorie eines Fahrzeuges zu schätzen und ersetzen oder ergänzen damit bestehende Systeme, die sich auf die Erfassung des Lenkwinkels, Raddrehzahl oder Satellitennavigation verlassen. Visual SLAM (visuelle simultane Lokalisierung und Kartografierung) ermöglicht zusätzlich eine Erstellung einer dreidimensionalen Karte der Umgebung des Sensorträgers und stellt damit eine Alternative zu teuren Laser-basierten Systemen dar. Dies ermöglicht das Erkennen von bereits besuchten Orten, um Navigationsfehler zu reduzieren, die Einbettung der Positionen mehrerer Sensorträger in dasselbe Koordinatensystem oder auch eine dreidimensionale Visualisierung.

  

Schwerpunkte:

Odometrie:

Da sich die Kameraposition und -orientierung mit jedem Bild ändern kann, müssen hier effiziente Algorithmen eingesetzt werden, um mit der Bildwiederholrate zu arbeiten. Eine geschickte Auswahl der Landmarken und das Tracking dieser von Bild zu Bild erlauben eine Bewegungsschätzung bei hochauflösenden Videos mit geringem Rechenaufwand.

Bildkorrespondenzen:

Zur Anfertigung einer 3D-Rekonstruktion müssen korrespondierende Bildinhalte gefunden und mit hoher Präzision im Bild lokalisiert werden. Hier ist eine möglichst eindeutige Beschreibung des jeweiligen Bildpunktes gefragt, die sich zudem effizient berechnen und vergleichen lässt. Erneut muss eine Auswahl getroffen werden, welche Punkte eine solche eindeutige Beschreibung bieten und möglichst viele Informationen über die Kameratrajektorie liefern können.

Schlüsselbilder:

Jedes Bild liefert Informationen über die Kamerapose zum jeweiligen Aufnahmezeitpunkt, die Informationen über die Szene sind allerdings, vor allem bei einer zeitweise stationären Kamera, hochgradig redundant. Deshalb werden nur Informationen aus bestimmten Schlüsselbildern zur 3D-Rekonstruktion verwendet.

Wiedererkennung bekannter Orte:

Nach einem Orientierungsverlust oder einer Kamerafahrt im Kreis sollte der vorher besuchte Ort wiedererkannt werden. Dazu ist es notwendig eine Suche in allen aufgenommenen Schlüsselbildern durchzuführen, um Bildkorrespondenzen zu finden. Einerseits müssen dabei Orte auch aus neuen Blickwinkeln wiedererkannt werden, andererseits dürfen auch keine ähnlichen Orte verwechselt werden, da sonst Rekonstruktionsfehler entstehen.