Web-based Stereoscopic Collaboration for Medical Visualization

Medizinische Volumenvisualisierung ist ein wertvolles Werkzeug zur Betrachtung von Volumen- daten in der medizinischen Praxis und Lehre. Eine interaktive, stereoskopische und kollaborative Darstellung in Echtzeit ist notwendig, um die Daten vollständig und im Detail verstehen zu können. Solche Visualisierung von hochauflösenden Daten ist jedoch wegen hoher Hardware- Anforderungen fast nur an speziellen Visualisierungssystemen möglich. Remote-Visualisierung wird verwendet, um solche Visualisierung peripher nutzen zu können. Dies benötigt jedoch fast immer komplexe Software-Deployments, wodurch eine universelle ad-hoc Nutzbarkeit erschwert wird. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich folgende Hypothese: Ein hoch performantes Remote- Visualisierungssystem, welches für Stereoskopie und einfache Benutzbarkeit spezialisiert ist, kann für interaktive, stereoskopische und kollaborative medizinische Volumenvisualisierung genutzt werden. Die neueste Literatur über Remote-Visualisierung beschreibt Anwendungen, welche nur reine Webbrowser benötigen. Allerdings wird bei diesen kein besonderer Schwerpunkt auf die perfor- mante Nutzbarkeit von jedem Teilnehmer gesetzt, noch die notwendige Funktion bereitgestellt, um mehrere stereoskopische Präsentationssysteme zu bedienen. Durch die Bekanntheit von Web- browsern, deren einfach Nutzbarkeit und weite Verbreitung hat sich folgende spezifische Frage ergeben: Können wir ein System entwickeln, welches alle Aspekte unterstützt, aber nur einen reinen Webbrowser ohne zusätzliche Software als Client benötigt? Ein Proof of Concept wurde durchgeführt um die Hypothese zu verifizieren. Dazu gehörte eine Prototyp-Entwicklung, deren praktische Anwendung, deren Performanzmessung und -vergleich. Der resultierende Prototyp (CoWebViz) ist eines der ersten Webbrowser basierten Systeme, welches flüssige und interaktive Remote-Visualisierung in Realzeit und ohne zusätzliche Soft- ware ermöglicht. Tests und Vergleiche zeigen, dass der Ansatz eine bessere Performanz hat als andere ähnliche getestete Systeme. Die simultane Nutzung verschiedener stereoskopischer Präsen- tationssysteme mit so einem einfachen Remote-Visualisierungssystem ist zur Zeit einzigartig. Die Nutzung für die normalerweise sehr ressourcen-intensive stereoskopische und kollaborative Anatomieausbildung, gemeinsam mit interkontinentalen Teilnehmern, zeigt die Machbarkeit und den vereinfachenden Charakter des Ansatzes. Die Machbarkeit des Ansatzes wurde auch durch die erfolgreiche Nutzung für andere Anwendungsfälle gezeigt, wie z.B. im Grid-computing und in der Chirurgie

Methods for reducing visual discomfort in stereoscopic 3D: A review

This work was supported by the EPSRC Grant EP/M01469X/1, “Geometric Evaluation of Stereoscopic Video”

Visual Distortions in 360-degree Videos.

Omnidirectional (or 360°) images and videos are emergent signals being used in many areas, such as robotics and virtual/augmented reality. In particular, for virtual reality applications, they allow an immersive experience in which the user can interactively navigate through a scene with three degrees of freedom, wearing a head-mounted display. Current approaches for capturing, processing, delivering, and displaying 360° content, however, present many open technical challenges and introduce several types of distortions in the visual signal. Some of the distortions are specific to the nature of 360° images and often differ from those encountered in classical visual communication frameworks. This paper provides a first comprehensive review of the most common visual distortions that alter 360° signals going through the different processing elements of the visual communication pipeline. While their impact on viewers' visual perception and the immersive experience at large is still unknown-thus, it is an open research topic-this review serves the purpose of proposing a taxonomy of the visual distortions that can be encountered in 360° signals. Their underlying causes in the end-to-end 360° content distribution pipeline are identified. This taxonomy is essential as a basis for comparing different processing techniques, such as visual enhancement, encoding, and streaming strategies, and allowing the effective design of new algorithms and applications. It is also a useful resource for the design of psycho-visual studies aiming to characterize human perception of 360° content in interactive and immersive applications

Stereoscopic high dynamic range imaging

Two modern technologies show promise to dramatically increase immersion in virtual environments. Stereoscopic imaging captures two images representing the views of both eyes and allows for better depth perception. High dynamic range (HDR) imaging accurately represents real world lighting as opposed to traditional low dynamic range (LDR) imaging. HDR provides a better contrast and more natural looking scenes. The combination of the two technologies in order to gain advantages of both has been, until now, mostly unexplored due to the current limitations in the imaging pipeline. This thesis reviews both fields, proposes stereoscopic high dynamic range (SHDR) imaging pipeline outlining the challenges that need to be resolved to enable SHDR and focuses on capture and compression aspects of that pipeline. The problems of capturing SHDR images that would potentially require two HDR cameras and introduce ghosting, are mitigated by capturing an HDR and LDR pair and using it to generate SHDR images. A detailed user study compared four different methods of generating SHDR images. Results demonstrated that one of the methods may produce images perceptually indistinguishable from the ground truth. Insights obtained while developing static image operators guided the design of SHDR video techniques. Three methods for generating SHDR video from an HDR-LDR video pair are proposed and compared to the ground truth SHDR videos. Results showed little overall error and identified a method with the least error. Once captured, SHDR content needs to be efficiently compressed. Five SHDR compression methods that are backward compatible are presented. The proposed methods can encode SHDR content to little more than that of a traditional single LDR image (18% larger for one method) and the backward compatibility property encourages early adoption of the format. The work presented in this thesis has introduced and advanced capture and compression methods for the adoption of SHDR imaging. In general, this research paves the way for a novel field of SHDR imaging which should lead to improved and more realistic representation of captured scenes

A family of stereoscopic image compression algorithms using wavelet transforms

With the standardization of JPEG-2000, wavelet-based image and video compression technologies are gradually replacing the popular DCT-based methods. In parallel to this, recent developments in autostereoscopic display technology is now threatening to revolutionize the way in which consumers are used to enjoying the traditional 2-D display based electronic media such as television, computer and movies. However, due to the two-fold bandwidth/storage space requirement of stereoscopic imaging, an essential requirement of a stereo imaging system is efficient data compression. In this thesis, seven wavelet-based stereo image compression algorithms are proposed, to take advantage of the higher data compaction capability and better flexibility of wavelets. [Continues.