Hardware-accelerated algorithms in visual computing

This thesis presents new parallel algorithms which accelerate computer vision methods by the use of graphics processors (GPUs) and evaluates them with respect to their speed, scalability, and the quality of their results. It covers the fields of homogeneous and anisotropic diffusion processes, diffusion image inpainting, optic flow, and halftoning. In this turn, it compares different solvers for homogeneous diffusion and presents a novel \u27extended\u27 box filter. Moreover, it suggests to use the fast explicit diffusion scheme (FED) as an efficient and flexible solver for nonlinear and in particular for anisotropic parabolic diffusion problems on graphics hardware. For elliptic diffusion-like processes, it recommends to use cascadic FED or Fast Jacobi schemes. The presented optic flow algorithm represents one of the fastest yet very accurate techniques. Finally, it presents a novel halftoning scheme which yields state-of-the-art results for many applications in image processing and computer graphics.Diese Arbeit präsentiert neue parallele Algorithmen zur Beschleunigung von Methoden in der Bildinformatik mittels Grafikprozessoren (GPUs), und evaluiert diese im Hinblick auf Geschwindigkeit, Skalierungsverhalten, und Qualität der Resultate. Sie behandelt dabei die Gebiete der homogenen und anisotropen Diffusionsprozesse, Inpainting (Bildvervollständigung) mittels Diffusion, die Bestimmung des optischen Flusses, sowie Halbtonverfahren. Dabei werden verschiedene Löser für homogene Diffusion verglichen und ein neuer \u27erweiterter\u27 Mittelwertfilter präsentiert. Ferner wird vorgeschlagen, das schnelle explizite Diffusionsschema (FED) als effizienten und flexiblen Löser für parabolische nichtlineare und speziell anisotrope Diffusionsprozesse auf Grafikprozessoren einzusetzen. Für elliptische diffusionsartige Prozesse wird hingegen empfohlen, kaskadierte FED- oder schnelle Jacobi-Verfahren einzusetzen. Der vorgestellte Algorithmus zur Berechnung des optischen Flusses stellt eines der schnellsten und dennoch äußerst genauen Verfahren dar. Schließlich wird ein neues Halbtonverfahren präsentiert, das in vielen Bereichen der Bildverarbeitung und Computergrafik Ergebnisse produziert, die den Stand der Technik repräsentieren

Dithering by Differences of Convex Functions

Motivated by a recent halftoning method which is based on electrostatic principles, we analyse a halftoning framework where one minimizes a functional consisting of the difference of two convex functions (DC). One of them describes attracting forces caused by the image gray values, the other one enforces repulsion between points. In one dimension, the minimizers of our functional can be computed analytically and have the following desired properties: the points are pairwise distinct, lie within the image frame and can be placed at grid points. In the two-dimensional setting, we prove some useful properties of our functional like its coercivity and suggest to compute a minimizer by a forward-backward splitting algorithm. We show that the sequence produced by such an algorithm converges to a critical point of our functional. Furthermore, we suggest to compute the special sums occurring in each iteration step by a fast summation technique based on the fast Fourier transform at non-equispaced knots which requires only Ο(m log(m)) arithmetic operations for m points. Finally, we present numerical results showing the excellent performance of our DC dithering method

Variational optic flow on the Sony PlayStation 3 – accurate dense flow fields for real-time applications

While modern variational methods for optic flow computation offer dense flow fields and highly accurate results, their computational complexity has prevented their use in many real-time applications. With cheap modern parallel hardware such as the Sony PlayStation 3 new possibilities arise. For a linear and a nonlinear variant of the popular combined local-global (CLG) method, we present specific algorithms that are tailored towards real-time performance. They are based on bidirectional full multigrid methods with a full approximation scheme (FAS) in the nonlinear setting. Their parallelisation on the Cell hardware uses a temporal instead of a spatial decomposition, and processes operations in a vector-based manner. Memory latencies are reduced by a locality-preserving cache management and optimised access patterns. With images of size 316×252 pixels, we obtain dense flow fields for up to 210 frames per second

Nicholas Orme. English School Exercises, 1420–1530. Studies and Texts 181. Toronto: Pontifical Institute of Mediaeval Studies, 2013, xi + 441 pp., $ 95.00.

No abstract available

Hardwarebeschleunigte Algorithmen in der Bildinformatik

This thesis presents new parallel algorithms which accelerate computer vision methods by the use of graphics processors (GPUs) and evaluates them with respect to their speed, scalability, and the quality of their results. It covers the fields of homogeneous and anisotropic diffusion processes, diffusion image inpainting, optic flow, and halftoning. In this turn, it compares different solvers for homogeneous diffusion and presents a novel 'extended' box filter. Moreover, it suggests to use the fast explicit diffusion scheme (FED) as an efficient and flexible solver for nonlinear and in particular for anisotropic parabolic diffusion problems on graphics hardware. For elliptic diffusion-like processes, it recommends to use cascadic FED or Fast Jacobi schemes. The presented optic flow algorithm represents one of the fastest yet very accurate techniques. Finally, it presents a novel halftoning scheme which yields state-of-the-art results for many applications in image processing and computer graphics.Diese Arbeit präsentiert neue parallele Algorithmen zur Beschleunigung von Methoden in der Bildinformatik mittels Grafikprozessoren (GPUs), und evaluiert diese im Hinblick auf Geschwindigkeit, Skalierungsverhalten, und Qualität der Resultate. Sie behandelt dabei die Gebiete der homogenen und anisotropen Diffusionsprozesse, Inpainting (Bildvervollständigung) mittels Diffusion, die Bestimmung des optischen Flusses, sowie Halbtonverfahren. Dabei werden verschiedene Löser für homogene Diffusion verglichen und ein neuer 'erweiterter' Mittelwertfilter präsentiert. Ferner wird vorgeschlagen, das schnelle explizite Diffusionsschema (FED) als effizienten und flexiblen Löser für parabolische nichtlineare und speziell anisotrope Diffusionsprozesse auf Grafikprozessoren einzusetzen. Für elliptische diffusionsartige Prozesse wird hingegen empfohlen, kaskadierte FED- oder schnelle Jacobi-Verfahren einzusetzen. Der vorgestellte Algorithmus zur Berechnung des optischen Flusses stellt eines der schnellsten und dennoch äußerst genauen Verfahren dar. Schließlich wird ein neues Halbtonverfahren präsentiert, das in vielen Bereichen der Bildverarbeitung und Computergrafik Ergebnisse produziert, die den Stand der Technik repräsentieren