3D-Rekonstruktion auf einem Smartphone mittels Photometric Stereo

Abstract

Mit der Einführung des iPhone durch die Firma Apple im Jahr 2007 stiegen die Verbreitung und Akzeptanz von sogenannten Smartphones rapide an. Durch die Erweiterung des Funktionsumfangs der Smartphones durch kleinen Programmen (Apps) entstand im Laufe der letzten Jahre ein neuer Markt für Unternehmen und einzelne Entwickler. Da sich die Hardware vor allem in den letzten Jahren stetig verbessert hat und heute schon fast auf dem Niveau von Notebooks ist, sind diese Geräte inzwischen auch für rechenintensive Anwendungen interessant geworden. Eine Kamera auf der Rückseite der Smartphones, sowie eine Frontkamera gehören inzwischen neben Lagesensor und GPS-Empfänger mittlerweile genauso zur Standardausstattung, wie ein schneller Prozessor und leistungsfähiger Grafikchip. Im Rahmen der Bachelor-Thesis wird ein Verfahren zur 3D-Rekonstruktion auf Basis von Schattierungsinformationen in fotographischen Aufnahmen konzipiert (ein sogenanntes Shape-from-Shading (SfS) Verfahren). Hierbei werden Fotoaufnahmen der Frontkamera von Android-Smartphones verarbeitet, um ein dreidimensionales Abbild zu berechnen. Dabei wird das Display des Smartphones zur aktiven Beleuchtung des zu rekonstruierenden Objekts benutzt. Die erfolgreiche 3D-Rekonstruktion ist an eine Reihe von Faktoren geknüpft, die die Qualität der Rekonstruktion stark beeinflussen. Dazu zählen Beleuchtungseigenschaften, Reflektionseigenschaften, Kamera und Lichtquelle. Diese Faktoren werden bei der Realisierung ebenso berücksichtigt, wie die unterschiedlichen Hardwarevoraussetzungen (Größe und Auflösung des Displays, intrinsische Kameraparameter, Lage und Orientierung der Kamera relativ zum Display) im Android-Bereich. Im Verlauf der Thesis wird das konzipierte SfS basierte Rekonstruktionsverfahren auf einem aktuellen Smartphone -- wie zum Beispiel dem Samsung~Nexus S -- prototypisch implementiert und evaluiert.