Diplomarbeit Robert Meichsner
Titel der Arbeit:
Implementation, Analyse und Optimierung von Semi-Global-Matching-Ansätzen (SGM)
Betreuer: Dr.-Ing. Ellen Schwalbe, Dr.-Ing. Patrick Westfeld
Beschreibung:
Wir nehmen unsere Umwelt prinzipiell dreidimensional war. Selbst bei der Betrachtung eines Bildes ist es dem Menschen meist aufgrund der Erinnerung und dem Verständnis für Schattenbildung sowie Objektrelationen möglich, eine räumliche Aufteilung der dargestellten Situation zu realisieren. Über dieses Verständnis verfügt jedoch nicht der Computer. Daher müssen Punktzuordnungsverfahren entwickelt werden, welche ein Matching der dargestellten Situation ermöglichen können.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Semi Global Matching (SGM) Ansatz untersucht und zur Anwendung gebracht. Er versucht durch lokale Pfade einen globalen Bezug aller möglichen Verschiebungsvektoren herzustellen (siehe Abb. 1).
Um eine flächendeckende Berechnung zu ermöglichen, wurde vorab eine Rektifizierung der Eingangsbilder vorgenommen, welche die einzelnen Bildebenen in eine räumlichen Ebene transformiert (siehe Abb. 2). Die Bilder sind dadurch y-parallaxenfrei und die Verschiebungsvektoren der einzelnen Pixel sind dessen x-Parallaxen.
Für eine flächendeckende Berechnung wurden diverse Kostenfunktionen definiert, welche durch schrittweisen Versatz der einzelnen Bildebenen zueinander den gewünschten Disparitätsraum aufspannen (siehe Abb. 3). Ziel ist es die globale Energiefunktion zu minimieren, welche sich aus den eingehenden Kosten und den Unterschieden der Verschiebungsvektoren benachbarter Pixel ergibt. Durch Pfadanalysen in mehren Richtungen in diesem Raum kann ein bestmöglich angenähertes Ergebnis für diese Energiefunktion realisiert werden.
Das Ergebnis ist eine Tiefenkarte der jeweils dargestellten Situation (siehe Abb. 4). Diese entspricht den einzelnen Verschiebungen der jeweiligen Pixel der Bildebenen. Aus ihnen können auch dreidimensionale Modelle extrahiert werden.
Da das SGM gute Ergebnisse in strukturierten Bereichen zeigt, lässt sich dieser Ansatz sowohl in der Nachbereichs- als auch in der Luftbildphotogrammetrie einsetzen (siehe Abb. 5). Jedoch kann Aufgrund des hohen Speicherbedarfs, Luftbilder nur blockweise behandelt werden. Dies wurde im Rahmen der Implementation des SGBM realisiert.
Durch diverse Verfeinerungsalgorithmen sollen die entstehenden Tiefenkarten nachträglich verfeinert werden (siehe bild06). Es wurden hierfür 5 verschiedene Verbesserungsansätze implementiert.
Er konnte gezeigt werden, dass mittels SGM eine großflächige Punktzuordnung realisierbar ist. Zudem wurden durch diverse Verfeinerungsalgorithmen Verbesserungen der gegebenen Tiefenkarten vorgenommen.