SUBSEA | Unterwasser Videos

Mehr als zwei Drittel der Erde sind von Wasser bedeckt und doch wissen wir mehr über die Mondoberfläche als über das Leben im Meer. Dabei wächst die Bedeutung der Meere als Lebens- und Wirtschaftsraum seit Jahren beständig. Kommerzielle Anwendungsfälle für Unterwasseraufnahmen finden sich in der Produktion von hochwertigem Multimediamaterial für Bildung/Unterhaltung, in der Planung, Überwachung und Unterhaltung von Unterwasserbauwerken (Pipelines, Gründungsstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen etc.), bei zivilen und militärischen Überwachungsaufgaben sowie in der Meeresbiologie und Aquakultur. Daneben gibt es auch eine wachsende Nachfrage im privaten Einsatz bei Hobbytauchern.

 

Gegenüber den Foto- und Filmaufnahmen an Land stellen Aufnahmen unter Wasser deutlich höhere Anforderungen:

  • Die Aufnahme- und Beleuchtungstechnik muss wasserdicht sein und je nach Wassertiefe auch hohem Druck standhalten.
  • Das Licht wird durch die optischen Eigenschaften des Wassers stark gedämpft und mit zunehmender Wassertiefe werden insbesondere die roten Anteile des Lichts absorbiert.
  • Schwebteilchen im Wasser führen in einigen Gewässern, wie z. B. der Ostsee, zu stark verrauschten Bildern und schlechter Sicht.
  • Die Brechung des Lichts an den Medienübergängen (Wasser, Glas, Luft) führt zu einer ungewollten Verzerrung und Vergrößerung.

Projektziele

Das Projekt zielt auf die Erforschung von Verfahren für die effiziente Erstellung, Aufbereitung und Auswertung von Unterwasservideos. Der für die Erreichung einer hohen Qualität erforderliche hohe manuelle Aufwand für Vor- und Nachbearbeitung von (ggf. Stereo-)Unterwasser-Filmaufnahmen soll deutlich reduziert werden. Unter spezieller Berücksichtigung der physikalischen Effekte bei Unterwasseraufnahmen gilt es ein Konzept zu erstellen, so dass von der Aufnahme bis zur Präsentation bzw. Auswertung der Daten eine größtmögliche Qualität der Aufnahmen erzielt werden kann.

Das Projekt adressiert dabei die folgenden Teilziele:

  • Optimale Erfassung von Stereoaufnahmen unter Wasser (Einzelbilder und Video) mit flexibler Stereobasis (neuartige Unterwasser-Kamera)
  • Automatisierte Bildverbesserung der Einzelbilder mit Schwerpunkt auf Farbkorrektur, Rauschminderung und Schärfe (Softwaremodule zur Aufbereitung von Unterwasseraufnahmen)
  • Automatisierte Bildverbesserung der Videoaufnahmen mit Schwerpunkt auf Farbkorrektur, Rauschminderung und Schärfe (Softwaremodule zur Aufbereitung von Unterwasseraufnahmen)
  • 3D-Rekonstruktion aus UW-Stereobildern/-sequenzen (Softwaremodule zur Auswertung von Unterwasseraufnahmen)

 

Projektergebnisse

Es werden neue Ansätze für die automatische Bildverbesserung von Unterwasseraufnahmen prototypisch entwickelt und systematisch erprobt. Dazu sollen innovative Verfahren zum Einsatz kommen, welche die Nachbearbeitung von Unterwasser-Aufnahmen effizient und mit optimalen Resultaten möglich machen.

Die automatische Bildverbesserung umfasst eine Kontrast- und Farbverbesserung der Aufnahmen. Durch Kontrastverbesserung sollen die Texturen in den Bildern verbessert dargestellt werden. Bei der Farbverbesserung soll der von der Wassertiefe abhängige Farbverlust unter Wasser korrigiert werden.

Die Farbverbesserung soll durch Informationen aus der 3D-Rekonstruktion unterstützt werden. Dieser modellgestützte Ansatz bildet eine der wesentlichen Innovationen des Projekts. Da die Absorption der verschiedenen Wellenlängen von Licht vom Abstand der aufzunehmenden Objekte zur Kamera und der Lichtquelle abhängig ist, können zusätzliche Informationen über diese Zustände den Verbesserungsprozess unterstützen.

Im Rahmen dieses Projekts soll dazu die von einem Stereo-Kamera-System berechenbare 3D-Stereo-Tiefe ausgenutzt werden. Um diese in metrischen Einheiten ausdrücken zu können, ist eine Kalibrierung des Stereo-Kamera-Systems notwendig. Durch Lichtbrechung sind herkömmliche Verfahren zur Kalibrierung unter Wasser nicht geeignet.

 

Eckdaten zum Forschungsprojekt

projekttitel: Unterwasser Videos
kurztitel:
SUBSEA
Konsortialführer:
Fraunhofer IGD
Partner:
PINKAU Interactive Entertainment GmbH
Projektkonsortium:  Fraunhofer IGD, PINKAU Interactive Entertainment GmbH