An overview of high speed photographic imaging

This is an introduction to several topics related to high speed photography from electronic flash to rotating prism and rotating mirror cameras to streak and synchroballistic applications of various high speed maging systems

Appearance of high submerged cavitating jet: The cavitation phenomenon and sono-luminescence

In order to study jet structure and behaviour of cloud cavitation within time and space, visualization of highly submerged cavitating water jet has been done using Stanford Optics 4 Quick 05 equipment, through endoscopes and other lenses with Drello3244 and Strobex Flash Chadwick as flashlight stroboscope. This included obligatory synchronization with several types of techniques and lenses. Images of the flow regime have been taken, allowing calculation of the non-dimensional cavitation cloud length under working conditions. Consequently a certain correlation has been proposed. The influencing parameters, such as; injection pressure, downstream pressure and cavitation number were experimentally proved to be very significant. The recordings of sono-luminescence phenomenon proved the collapsing of bubbles everywhere along the jet trajectory. In addition, the effect of temperature on sono-luminescence recordings was also a point of investigation

LASER Tech Briefs, September 1993

This edition of LASER Tech briefs contains a feature on photonics. The other topics include: Electronic Components and Circuits. Electronic Systems, Physical Sciences, Materials, Computer Programs, Mechanics, Machinery, Fabrication Technology, Mathematics and Information Sciences, Life Sciences and books and reports

Principles of technical photography and photoinstrumentation

A brief review of fundamental image formation principles, camera systems, and special cameras and imaging techniques used in scientific, technical and instrumentation photography for the purpose of visualizing otherwise invisible events or to make measurements of such events. The article describes in brief how the various systems work and the technology that makes their operation possible

Recent advances in transient imaging: A computer graphics and vision perspective

Transient imaging has recently made a huge impact in the computer graphics and computer vision fields. By capturing, reconstructing, or simulating light transport at extreme temporal resolutions, researchers have proposed novel techniques to show movies of light in motion, see around corners, detect objects in highly-scattering media, or infer material properties from a distance, to name a few. The key idea is to leverage the wealth of information in the temporal domain at the pico or nanosecond resolution, information usually lost during the capture-time temporal integration. This paper presents recent advances in this field of transient imaging from a graphics and vision perspective, including capture techniques, analysis, applications and simulation

Recent advances in transient imaging: A computer graphics and vision perspective

Transient imaging has recently made a huge impact in the computer graphics and computer vision fields. By capturing, reconstructing, or simulating light transport at extreme temporal resolutions, researchers have proposed novel techniques to show movies of light in motion, see around corners, detect objects in highly-scattering media, or infer material properties from a distance, to name a few. The key idea is to leverage the wealth of information in the temporal domain at the pico or nanosecond resolution, information usually lost during the capture-time temporal integration. This paper presents recent advances in this field of transient imaging from a graphics and vision perspective, including capture techniques, analysis, applications and simulation

From Image-based Motion Analysis to Free-Viewpoint Video

The problems of capturing real-world scenes with cameras and automatically analyzing the visible motion have traditionally been in the focus of computer vision research. The photo-realistic rendition of dynamic real-world scenes, on the other hand, is a problem that has been investigated in the field of computer graphics. In this thesis, we demonstrate that the joint solution to all three of these problems enables the creation of powerful new tools that are benecial for both research disciplines. Analysis and rendition of real-world scenes with human actors are amongst the most challenging problems. In this thesis we present new algorithmic recipes to attack them. The dissertation consists of three parts: In part I, we present novel solutions to two fundamental problems of human motion analysis. Firstly, we demonstrate a novel hybrid approach for markerfree human motion capture from multiple video streams. Thereafter, a new algorithm for automatic non-intrusive estimation of kinematic body models of arbitrary moving subjects from video is detailed. In part II of the thesis, we demonstrate that a marker-free motion capture approach makes possible the model-based reconstruction of free-viewpoint videos of human actors from only a handful of video streams. The estimated 3D videos enable the photo-realistic real-time rendition of a dynamic scene from arbitrary novel viewpoints. Texture information from video is not only applied to generate a realistic surface appearance, but also to improve the precision of the motion estimation scheme. The commitment to a generic body model also allows us to reconstruct a time-varying reflectance description of an actor`s body surface which allows us to realistically render the free-viewpoint videos under arbitrary lighting conditions. A novel method to capture high-speed large scale motion using regular still cameras and the principle of multi-exposure photography is described in part III. The fundamental principles underlying the methods in this thesis are not only applicable to humans but to a much larger class of subjects. It is demonstrated that, in conjunction, our proposed algorithmic recipes serve as building blocks for the next generation of immersive 3D visual media.Die Entwicklung neuer Algorithmen zur optischen Erfassung und Analyse der Bewegung in dynamischen Szenen ist einer der Forschungsschwerpunkte in der computergestützten Bildverarbeitung. Während im maschinellen Bildverstehen das Augenmerk auf der Extraktion von Informationen liegt, konzentriert sich die Computergrafik auf das inverse Problem, die fotorealistische Darstellung bewegter Szenen. In jüngster Vergangenheit haben sich die beiden Disziplinen kontinuierlich angenähert, da es eine Vielzahl an herausfordernden wissenschaftlichen Fragestellungen gibt, die eine gemeinsame Lösung des Bilderfassungs-, des Bildanalyse- und des Bildsyntheseproblems verlangen. Zwei der schwierigsten Probleme, welche für Forscher aus beiden Disziplinen eine große Relevanz besitzen, sind die Analyse und die Synthese von dynamischen Szenen, in denen Menschen im Mittelpunkt stehen. Im Rahmen dieser Dissertation werden Verfahren vorgestellt, welche die optische Erfassung dieser Art von Szenen, die automatische Analyse der Bewegungen und die realistische neue Darstellung im Computer erlauben. Es wid deutlich werden, dass eine Integration von Algorithmen zur Lösung dieser drei Probleme in ein Gesamtsystem die Erzeugung völlig neuartiger dreidimensionaler Darstellungen von Menschen in Bewegung ermöglicht. Die Dissertation ist in drei Teile gegliedert: Teil I beginnt mit der Beschreibung des Entwurfs und des Baus eines Studios zur zeitsynchronen Erfassung mehrerer Videobildströme. Die im Studio aufgezeichneten Multivideosequenzen dienen als Eingabedaten für die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten videogestützten Bewegunsanalyseverfahren und die Algorithmen zur Erzeugung dreidimensionaler Videos. Im Anschluß daran werden zwei neu entwickelte Verfahren vorgestellt, die Antworten auf zwei fundamentale Fragen in der optischen Erfassung menschlicher Bewegung geben, die Messung von Bewegungsparametern und die Erzeugung von kinematischen Skelettmodellen. Das erste Verfahren ist ein hybrider Algorithmus zur markierungslosen optischen Messung von Bewegunsgparametern aus Multivideodaten. Der Verzicht auf optische Markierungen wird dadurch ermöglicht, dass zur Bewegungsanalyse sowohl aus den Bilddaten rekonstruierte Volumenmodelle als auch leicht zu erfassende Körpermerkmale verwendet werden. Das zweite Verfahren dient der automatischen Rekonstruktion eines kinematischen Skelettmodells anhand von Multivideodaten. Der Algorithmus benötigt weder optischen Markierungen in der Szene noch a priori Informationen über die Körperstruktur, und ist in gleicher Form auf Menschen, Tiere und Objekte anwendbar. Das Thema das zweiten Teils dieser Arbeit ist ein modellbasiertes Verfahrenzur Rekonstruktion dreidimensionaler Videos von Menschen in Bewegung aus nur wenigen zeitsynchronen Videoströmen. Der Betrachter kann die errechneten 3D Videos auf einem Computer in Echtzeit abspielen und dabei interaktiv einen beliebigen virtuellen Blickpunkt auf die Geschehnisse einnehmen. Im Zentrum unseres Ansatzes steht ein silhouettenbasierter Analyse-durch-Synthese Algorithmus, der es ermöglicht, ohne optische Markierungen sowohl die Form als auch die Bewegung eines Menschen zu erfassen. Durch die Berechnung zeitveränderlicher Oberächentexturen aus den Videodaten ist gewährleistet, dass eine Person aus jedem beliebigen Blickwinkel ein fotorealistisches Erscheinungsbild besitzt. In einer ersten algorithmischen Erweiterung wird gezeigt, dass die Texturinformation auch zur Verbesserung der Genauigkeit der Bewegunsgssch ätzung eingesetzt werden kann. Zudem ist es durch die Verwendung eines generischen Körpermodells möglich, nicht nur dynamische Texturen sondern sogar dynamische Reektionseigenschaften der Körperoberäche zu messen. Unser Reektionsmodell besteht aus einer parametrischen BRDF für jeden Texel und einer dynamischen Normalenkarte für die gesamte Körperoberäche. Auf diese Weise können 3D Videos auch unter völlig neuen simulierten Beleuchtungsbedingungen realistisch wiedergegeben werden. Teil III dieser Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren zur optischen Messung sehr schneller Bewegungen. Bisher erforderten optische Aufnahmen von Hochgeschwindigkeitsbewegungen sehr teure Spezialkameras mit hohen Bildraten. Im Gegensatz dazu verwendet die hier beschriebene Methode einfache Digitalfotokameras und das Prinzip der Multiblitzfotograe. Es wird gezeigt, dass mit Hilfe dieses Verfahrens sowohl die sehr schnelle artikulierte Handbewegung des Werfers als auch die Flugparameter des Balls während eines Baseballpitches gemessen werden können. Die hochgenau erfaßten Parameter ermöglichen es, die gemessene Bewegung in völlig neuer Weise im Computer zu visualisieren. Obgleich die in dieser Dissertation vorgestellten Verfahren vornehmlich der Analyse und Darstellung menschlicher Bewegungen dienen, sind die grundlegenden Prinzipien auch auf viele anderen Szenen anwendbar. Jeder der beschriebenen Algorithmen löst zwar in erster Linie ein bestimmtes Teilproblem, aber in Ihrer Gesamtheit können die Verfahren als Bausteine verstanden werden, welche die nächste Generation interaktiver dreidimensionaler Medien ermöglichen werden

Selective Darkening Filter and Welding Arc Observation for the Manual Welding Process

An optical see-through LCD (GLCD) with a resolution of n x m pixels gives the ability to selectively control the darkening in the welders view. The setup of such a Selective Auto Darkening Filter is developed and its applicability tested. The setup is done by integrating a camera into the welding operation for extracting the welding arc position properly. A prototype of a GLCD taylored for welding is mounted in the welder's view. The extraction of the welding arc position requires an enhanced video acquisition during welding. The observation of scenes with high dynamic contrast is an outstanding problem which occurs if very high differences between the darkest and the brightest spot in a scene occur. The application to welding with its harsh conditions needs the development of supporting hardware. The synchronization of the camera with the flickering light conditions of pulsed welding processes in Gas Metal Arc Welding (GMAW) stabilizes the acquisition process and allows the scene to be flashed precisely if required by compact high power LEDs. The image acquisition is enhanced by merging two different exposed images for the resulting image. These source images cover a wider histogram range than it is possible by using only a single shot image with optimal camera parameters. After testing different standard contrast enhancement algorithm a novel content based algorithm is developed. It segments the image into areas with similar content and enhances these independently