Lektor: Kurz: PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE VIDEOTECHNIKA A MULTIMÉDIA Kamil Říha PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 2 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Prostorová informace obsažená ve dvojici snímků 𝐂 𝐂′ 𝐗 𝐱 𝐱′ konvergující kamery složité hledání korespondencí při strojové analýze, ale reálnější hloubky (před a za rovinou konvergence) paralelní kamery jednoduchá stereo geometrie zjednodušení strojové analýzy, ale pouze jednosměrná disparita 𝐗 𝐂 𝐂′ možnost přepočtení pomocí epipolární geometrie PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 3 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií změna perspektivy snímaný obraz Princip prostorového vnímání pomocí disparity PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 4 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Princip prostorového vnímání pomocí disparity  yxdxx ,LLR  PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 5 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Nulová disparita rovina konvergence (obrazovka) pozorovaný bod objekty nacházející se v rovině konvergence se jeví bez disparity PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 6 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Pozitivní disparita rovina konvergence (obrazovka) objekty nacházející se za rovinou konvergence se jeví posunuty směrem k příslušnému oku PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 7 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Negativní disparita rovina konvergence (obrazovka) objekty nacházející se před rovinou konvergence se jeví posunuty směrem od příslušného oka PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 8 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Anaglyfické zobrazení stereoskopické dvojice • anaglyfické zobrazování předpokládá použití speciálních brýlí s červeným a modrozeleným filtrem na každém oku • scénu je třeba nejdříve nasnímat ze dvou různých perspektiv • vytvořit složený obraz pomocí barevné selekce z obou kanálů PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 9 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Anaglyfické zobrazení stereoskopické dvojice pravý anaglyf 𝑟 𝑔 𝑏 = 0,299 0,587 0,114 0 0 0 0 0 0 ∙ 𝑟L 𝑔L 𝑏L + 0 0 0 0 0 0 0,299 0,587 0,114 ∙ 𝑟R 𝑔R 𝑏R • tmavý obraz • bez reprodukce barev • dobrá separace kanálů PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 10 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Anaglyfické zobrazení stereoskopické dvojice šedotónový anaglyf 𝑟 𝑔 𝑏 = 0,299 0,587 0,114 0 0 0 0 0 0 ∙ 𝑟L 𝑔L 𝑏L + 0 0 0 0,299 0,587 0,114 0,299 0,587 0,114 ∙ 𝑟R 𝑔R 𝑏R • bez barev • horší separace kanálů PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 11 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Anaglyfické zobrazení stereoskopické dvojice barevný anaglyf 𝑟 𝑔 𝑏 = 1 0 0 0 0 0 0 0 0 ∙ 𝑟L 𝑔L 𝑏L + 0 0 0 0 1 0 0 0 1 ∙ 𝑟R 𝑔R 𝑏R • částečně reprodukované barvy • rozdílně vnímaný jas mezi očima (nedodržení citlivostní rovnice oka) PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 12 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Anaglyfické zobrazení stereoskopické dvojice optimizovaný anaglyf 𝑟 𝑔 𝑏 = 0,299 0,587 0,114 0 0 0 0 0 0 ∙ 𝑟L 𝑔L 𝑏L + 0 0 0 0 1 0 0 0 1 ∙ 𝑟R 𝑔R 𝑏R • částečně reprodukované barvy, ale horší, než předchozí • menší vliv nedodržení citlivostní rovnice oka PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 13 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Anaglyfické zobrazení stereoskopické dvojice optimizovaný anaglyf 𝑟 𝑔 𝑏 = 0 0,7 0,3 0 0 0 0 0 0 ∙ 𝑟L 𝑔L 𝑏L + 0 0 0 0 1 0 0 0 1 ∙ 𝑟R 𝑔R 𝑏R • částečně reprodukované barvy, ale chybí červená • téměř vykompenzovaný vliv nedodržení citlivostní rovnice oka PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 14 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Anaglyfické zobrazení stereoskopické dvojice optimizovaný anaglyf 𝑟 𝑔 𝑏 = 0 0,7 0,3 0 0 0 0 0 0 ∙ 𝑟L 𝑔L 𝑏L + 0 0 0 0 1 0 0 0 1 ∙ 𝑟R 𝑔R 𝑏R • existují další, složitější metody, vzhledem k principiálním problémům s barevnou reprodukcí je však tato metoda 3D reprodukce omezená PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 15 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Interference Filter Technology (INFITEC) interferenční filtry (1999) filtrují pro každé oko různé rozsahy vlnových délek tak, aby pokud možno: • bylo dosaženo co největšího jasu při maximální separaci kanálů • každé oko vnímalo korektní barvy Jorke, H.; Simon, A. New high efficiency interference filter characteristics for stereoscopic imaging. In Proceedings of the Stereoscopic Displays and Applications XXIII. Burlingame, USA. 2012. doi:10.1117/12.910512. 𝑥 𝑦 𝜆 [nm] PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 16 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Interference Filter Technology (INFITEC) pokročilejší optimalizace rozdělení barevného spektra je realizováno pomocí 7 filtrů tak, aby jejich pásma zasahovala do oblasti spektrální citlivosti oka u 3 primárních barev, takže jsou barevné prostory pro každé oko téměř identické Jorke, H.; Simon, A. New high efficiency interference filter characteristics for stereoscopic imaging. In Proceedings of the Stereoscopic Displays and Applications XXIII. Burlingame, USA. 2012. doi:10.1117/12.910512. 𝑥 𝑦 𝜆 [nm] PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 17 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Polarizační princip • Displej má prokládané řádky: sudé jsou jinak polarizované, než liché. Snímky pro příslušné oko jsou promítány pouze do sudých resp. lichých řádků (snížení efektivního rozlišení). • Při promítání na plátno je nutná speciální promítací plocha (stříbro, hliník), které nemění polarizaci a dvojice projektorů opatřených příslušným filtrem. Některé systémy používají jeden projektor a LCD filtr měnící synchronně polarizaci (časový multiplex vedoucí ke snížení vnímaného jasu na polovinu). • Skla v brýlích jsou opatřena odpovídajícím polarizačním filtrem. • Pasivní princip (není třeba aktivních brýlí). • Velký počet možných diváků. • Bez omezení pohybu (s výjimkou náklonu). • lineární polarizace: • brýle s lineárními polarizačními filtry různými pro každé oko • obvykle natočené 45° a 135° • při náklonu hlavy dochází k prolínání kanálů By Locafox.de via Wikimedia Commons from Wikimedia Commons PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 18 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Polarizační princip • kruhová polarizace: • polarizační filtry na promítací straně nastavují pravotočivou resp. levotočivou kruhovou polarizaci pro pravý resp. levý kanál • při náklonu hlavy nedochází k prolínání kanálů • na přijímací straně je opět čtvrtvlnná destička, která podle směru rotace na vstupu dává na výstupu lineárně polarizovanou vlnu 45° nebo 135°, kterou je pak možné dále filtrovat lineárním polarizačním filtrem By Dave3457 [Public domain], via Wikimedia Commons from Wikimedia Commons PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 19 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Aktivní (LCD) brýle • rozdělení kanálů je docíleno pomocí časového multiplexu, kdy je na zobrazovači promítám střídavě levý a pravý kanál (snížení jasu) • na přijímací straně je nutné mít aktivně synchronizované brýle • střídání kanálů je realizováno pomocí synchronního zatemňování příslušného kanálu (oka) pomocí LCD filtru • je možný vyšší počet diváků (s brýlemi) • je třeba dvojnásobné snímkové frekvence (za dobu jednoho snímku musí být promítnuty oba kanály), typicky např. 120 Hz • synchronizační kanál (např. IR) se často liší u různých výrobců, proto jsou brýle různých značek většinou nekompatibilní • náročné na rychlou odezvu (při malé rychlosti malá separace kanálů) By Locafox.de via Wikimedia Commons from Wikimedia Commons PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 20 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Náhlavní displeje • dvojice malých displejů (LCD, OLED) umístěných v malé vzdálenosti od očí diváka (hráče) • google glass: pokus o transparentní variantu pro informační využití • většinou seš ale jedná spíše o helmu, která do zorného pole diváka promítá (virtuální scénu) • prozatím problémy s malým rozlišením • využití spíše v oblasti virtuální reality a herního průmyslu • možná kombinace s gyrosenzorem, sledováním pozice očí, hlavy, rukou… By Rebke Klokke (Partij van de Arbeid) and Sebastian Stabinger via Wikimedia Commons from Wikimedia Commons PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 21 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Autostereoskopické displeje • nevyžadují použití žádných pomůcek (brýlí) • princip paralaxových bariér: By Cmglee via Wikimedia Commons from Wikimedia Commons R L R L R L R L barevný element paralaxová bariera paralaxa obecně: zdánlivá změna polohy bodu při jeho pozorování z různých míst PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 22 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Autostereoskopické displeje • mikročočkový princip: By Cmglee via Wikimedia Commons from Wikimedia Commons R L R L R L R L barevný element mikročočka PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 23 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Zóny korektního zobrazení • mikrobariérový i mikročočkový princip produkuje před obrazovkou mnoho zón, ve kterých je možné vnímat korektní obraz • v mnoha dalších zónách je vjem znehodnocen (pruhy) • principiálně může sledovat obraz několik diváků • existují varianty s aktivním přizpůsobením zón pozici diváka PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 24 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vícepohledové autostereoskopické systémy - několikanásobně nižší rozlišení + přítomnost pohybové paralaxy (změna v obraze při pohybu diváka) PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 25 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Pohybová paralaxa změna perspektivy snímaný obraz PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 26 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vícepohledové autostereoskopické systémy WLSFA: Wavelength-Selective Filter Array obchodní název vícepohledové bariérové autostereoskopické zobrazovací jednotky PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 27 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií 3D snímání • dotykové snímání: pro vysoce přesné aplikace, zejména strojařské • bezkontaktní snímání: • optická metoda snímání strukturovaného vzoru (structured light): méně přesná, ale s možností snímání barevných textur (Artec, Kinect) • laserová metoda: jedna či více kamer v kombinaci s měřením vzdálenosti pomocí laserového paprsku (vícebodové – přímka, kříž – stopy): větší přesnost (až desetiny mm), ale často vyžaduje umístění naváděcích bodů ve sledovaném prostoru PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 28 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií 3D tisk • stereolitografie (1986): UV laser a tekutý fotopolymer. • modelování depozicí taveniny (FDM, Fused Deposition Modeling) využívá termoplast • selektivní laserové spékání (SLS, Selective Laser Sintering) využívá CO2 laser a práškový material • práškový materiál s tekutým spojovačem: (Z Corporation) první pravá 3D tiskárna - druhá polovina 90. let PROSTOROVÉ ZOBRAZOVÁNÍ A REPRODUKCE Videotechnika a multimédia 29 / ?? Kamil Říha Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Děkuji za pozornost