Artistic Path Space Editing of Physically Based Light Transport

Die Erzeugung realistischer Bilder ist ein wichtiges Ziel der Computergrafik, mit Anwendungen u.a. in der Spielfilmindustrie, Architektur und Medizin. Die physikalisch basierte Bildsynthese, welche in letzter Zeit anwendungsübergreifend weiten Anklang findet, bedient sich der numerischen Simulation des Lichttransports entlang durch die geometrische Optik vorgegebener Ausbreitungspfade; ein Modell, welches für übliche Szenen ausreicht, Photorealismus zu erzielen. Insgesamt gesehen ist heute das computergestützte Verfassen von Bildern und Animationen mit wohlgestalteter und theoretisch fundierter Schattierung stark vereinfacht. Allerdings ist bei der praktischen Umsetzung auch die Rücksichtnahme auf Details wie die Struktur des Ausgabegeräts wichtig und z.B. das Teilproblem der effizienten physikalisch basierten Bildsynthese in partizipierenden Medien ist noch weit davon entfernt, als gelöst zu gelten. Weiterhin ist die Bildsynthese als Teil eines weiteren Kontextes zu sehen: der effektiven Kommunikation von Ideen und Informationen. Seien es nun Form und Funktion eines Gebäudes, die medizinische Visualisierung einer Computertomografie oder aber die Stimmung einer Filmsequenz -- Botschaften in Form digitaler Bilder sind heutzutage omnipräsent. Leider hat die Verbreitung der -- auf Simulation ausgelegten -- Methodik der physikalisch basierten Bildsynthese generell zu einem Verlust intuitiver, feingestalteter und lokaler künstlerischer Kontrolle des finalen Bildinhalts geführt, welche in vorherigen, weniger strikten Paradigmen vorhanden war. Die Beiträge dieser Dissertation decken unterschiedliche Aspekte der Bildsynthese ab. Dies sind zunächst einmal die grundlegende Subpixel-Bildsynthese sowie effiziente Bildsyntheseverfahren für partizipierende Medien. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen jedoch Ansätze zum effektiven visuellen Verständnis der Lichtausbreitung, die eine lokale künstlerische Einflussnahme ermöglichen und gleichzeitig auf globaler Ebene konsistente und glaubwürdige Ergebnisse erzielen. Hierbei ist die Kernidee, Visualisierung und Bearbeitung des Lichts direkt im alle möglichen Lichtpfade einschließenden "Pfadraum" durchzuführen. Dies steht im Gegensatz zu Verfahren nach Stand der Forschung, die entweder im Bildraum arbeiten oder auf bestimmte, isolierte Beleuchtungseffekte wie perfekte Spiegelungen, Schatten oder Kaustiken zugeschnitten sind. Die Erprobung der vorgestellten Verfahren hat gezeigt, dass mit ihnen real existierende Probleme der Bilderzeugung für Filmproduktionen gelöst werden können

Evaluation of the color image and video processing chain and visual quality management for consumer systems

With the advent of novel digital display technologies, color processing is increasingly becoming a key aspect in consumer video applications. Today’s state-of-the-art displays require sophisticated color and image reproduction techniques in order to achieve larger screen size, higher luminance and higher resolution than ever before. However, from color science perspective, there are clearly opportunities for improvement in the color reproduction capabilities of various emerging and conventional display technologies. This research seeks to identify potential areas for improvement in color processing in a video processing chain. As part of this research, various processes involved in a typical video processing chain in consumer video applications were reviewed. Several published color and contrast enhancement algorithms were evaluated, and a novel algorithm was developed to enhance color and contrast in images and videos in an effective and coordinated manner. Further, a psychophysical technique was developed and implemented for performing visual evaluation of color image and consumer video quality. Based on the performance analysis and visual experiments involving various algorithms, guidelines were proposed for the development of an effective color and contrast enhancement method for images and video applications. It is hoped that the knowledge gained from this research will help build a better understanding of color processing and color quality management methods in consumer video

LICHT 2016 : Karlsruhe, 25. - 28. September ; Tagungsband - Proceedings ; [22. Gemeinschaftstagung = 22nd Associations’ Meeting]

Licht ist Forschungsgegenstand vieler Disziplinen: ob als Faktor in der Energieforschung, intelligente Smart-Home-Komponente in der IT-Technik, Werkzeug in Optik und Photonik oder Designelement in der Architektur. Mit diesen verschiedenen Aspekten befasst sich die Tagung „LICHT 2016“, die vom 25. bis 28. September in Karlsruhe stattfindet. Der Tagungsband enthält die Beiträge der 22. Gemeinschaftstagung der Licht-Gesellschaften Deutschlands, Österreichs, der Niederlande und der Schweiz

Encoding high dynamic range and wide color gamut imagery

In dieser Dissertation wird ein szenischer Bewegtbilddatensatz mit erweitertem Dynamikumfang (High Dynamic Range, HDR) und großem Farbumfang (Wide Color Gamut, WCG) eingeführt und es werden Modelle zur Kodierung von HDR und WCG Bildern vorgestellt. Die objektive und visuelle Evaluation neuer HDR und WCG Bildverarbeitungsalgorithmen, Kompressionsverfahren und Bildwiedergabegeräte erfordert einen Referenzdatensatz hoher Qualität. Daher wird ein neuer HDR- und WCG-Video-Datensatz mit einem Dynamikumfang von bis zu 18 fotografischen Blenden eingeführt. Er enthält inszenierte und dokumentarische Szenen. Die einzelnen Szenen sind konzipiert um eine Herausforderung für Tone Mapping Operatoren, Gamut Mapping Algorithmen, Kompressionscodecs und HDR und WCG Bildanzeigegeräte darzustellen. Die Szenen sind mit professionellem Licht, Maske und Filmausstattung aufgenommen. Um einen cinematischen Bildeindruck zu erhalten, werden digitale Filmkameras mit ‘Super-35 mm’ Sensorgröße verwendet. Der zusätzliche Informationsgehalt von HDR- und WCG-Videosignalen erfordert im Vergleich zu Signalen mit herkömmlichem Dynamikumfang eine neue und effizientere Signalkodierung. Ein Farbraum für HDR und WCG Video sollte nicht nur effizient quantisieren, sondern wegen der unterschiedlichen Monitoreigenschaften auf der Empfängerseite auch für die Dynamik- und Farbumfangsanpassung geeignet sein. Bisher wurden Methoden für die Quantisierung von HDR Luminanzsignalen vorgeschlagen. Es fehlt jedoch noch ein entsprechendes Modell für Farbdifferenzsignale. Es werden daher zwei neue Farbräume eingeführt, die sich sowohl für die effiziente Kodierung von HDR und WCG Signalen als auch für die Dynamik- und Farbumfangsanpassung eignen. Diese Farbräume werden mit existierenden HDR und WCG Farbsignalkodierungen des aktuellen Stands der Technik verglichen. Die vorgestellten Kodierungsschemata erlauben es, HDR- und WCG-Video mittels drei Farbkanälen mit 12 Bits tonaler Auflösung zu quantisieren, ohne dass Quantisierungsartefakte sichtbar werden. Während die Speicherung und Übertragung von HDR und WCG Video mit 12-Bit Farbtiefe pro Kanal angestrebt wird, unterstützen aktuell verbreitete Dateiformate, Videoschnittstellen und Kompressionscodecs oft nur niedrigere Bittiefen. Um diese existierende Infrastruktur für die HDR Videoübertragung und -speicherung nutzen zu können, wird ein neues bildinhaltsabhängiges Quantisierungsschema eingeführt. Diese Quantisierungsmethode nutzt Bildeigenschaften wie Rauschen und Textur um die benötigte tonale Auflösung für die visuell verlustlose Quantisierung zu schätzen. Die vorgestellte Methode erlaubt es HDR Video mit einer Bittiefe von 10 Bits ohne sichtbare Unterschiede zum Original zu quantisieren und kommt mit weniger Rechenkraft im Vergleich zu aktuellen HDR Bilddifferenzmetriken aus

Software-Defined Lighting.

For much of the past century, indoor lighting has been based on incandescent or gas-discharge technology. But, with LED lighting experiencing a 20x/decade increase in flux density, 10x/decade decrease in cost, and linear improvements in luminous efficiency, solid-state lighting is finally cost-competitive with the status quo. As a result, LED lighting is projected to reach over 70% market penetration by 2030. This dissertation claims that solid-state lighting’s real potential has been barely explored, that now is the time to explore it, and that new lighting platforms and applications can drive lighting far beyond its roots as an illumination technology. Scaling laws make solid-state lighting competitive with conventional lighting, but two key features make solid-state lighting an enabler for many new applications: the high switching speeds possible using LEDs and the color palettes realizable with Red-Green-Blue-White (RGBW) multi-chip assemblies. For this dissertation, we have explored the post-illumination potential of LED lighting in applications as diverse as visible light communications, indoor positioning, smart dust time synchronization, and embedded device configuration, with an eventual eye toward supporting all of them using a shared lighting infrastructure under a unified system architecture that provides software-control over lighting. To explore the space of software-defined lighting (SDL), we design a compact, flexible, and networked SDL platform to allow researchers to rapidly test new ideas. Using this platform, we demonstrate the viability of several applications, including multi-luminaire synchronized communication to a photodiode receiver, communication to mobile phone cameras, and indoor positioning using unmodified mobile phones. We show that all these applications and many other potential applications can be simultaneously supported by a single lighting infrastructure under software control.PhDElectrical EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/111482/1/samkuo_1.pd