Entwicklung eines portablen Stereo-Videoaufnahmesystems für die ...

TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN
FAKULTÄT INFORMATIK
INSTITUT FÜR SOFTWARE- UND MULTIMEDIATECHNIK
PROFESSUR FÜR COMPUTERGRAPHIK UND VISUALISIERUNG
PROF. DR. STEFAN GUMHOLD
Diplomarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades
Diplom-Medieninformatiker
Entwicklung eines portablen
Stereo-Videoaufnahmesystems für die Präsentation
auf einer Stereoprojektionswand.
Norbert Blenn
(Geboren am 26. März 1981 in Burgstädt)
Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Stefan Gumhold
Dresden, 17. Juli 2007

Aufgabenstellung
Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung eines portablen Stereo-Videoaufnahmesystems für die
Präsentation auf der Stereoprojektionswand des Lehrstuhls für Computergraphik und Visualisie-
rung. Dazu sollen vorhandene Lösungen recherchiert und eine Stereo-Videokamera entwickelt
werden. Die aufgenommenen Stereo-Videos sollen in einem passenden Datenformat gespeichert
und wiedergegeben werden. Um dies zu realisieren sollte ein Framework geschaffen werden, wel-
ches in weiteren Arbeiten am Lehrstuhl genutzt werden kann. Im Einzelnen sollen folgende Punkte
in der Diplomarbeit verwirklicht werden:
• Recherche existierender Stereo-Videoaufnahmesysteme,
• Entwurf und Bau einer kostengünstigen Stereo-Videokamera,
• Entwicklung einer effizienten Lösung zum Datentransfer von einer Stereo-Videokamera in
ein Stereovideoformat,
• Entwicklung eines Stereo-Videoplayers zur weiteren Nutzung am Lehrstuhl Computergra-
phik und Visualisierung und
• Aufnahme von Beispielstereovideos.

Selbstständigkeitserklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die von mir am heutigen Tag dem Prüfungsausschuss der Fakultät
Informatik eingereichte Diplomarbeit zum Thema:
Entwicklung eines portablen Stereo-Videoaufnahmesystems für die Präsentation auf einer
Stereoprojektionswand.
vollkommen selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel
benutzt sowie Zitate kenntlich gemacht habe.
Dresden, den 17. Juli 2007
Norbert Blenn

Kurzfassung
In dieser Diplomarbeit wurde ein Aufnahmesystem für die Produktion stereoskopischer Videos
entwickelt und erprobt. Basierend auf zwei Highdefinition Video-Camcordern wurde eine mobile
Stereokamera konstruiert, welche eine hohe Bildqualität liefert. Die technischen Möglichkeiten
und Einschränkungen dieses Aufnahmesystems wurden dabei genau untersucht. Weiterhin thema-
tisiert diese Arbeit die Nachbearbeitung, Speicherung und Wiedergabe stereoskopischer Videos
sowie Möglichkeiten des wissenschaftlichen Einsatzes der entwickelten Kamera.
Zusätzlich wurden die zum Bildeindruck beitragenden physiologischen und geometrischen Para-
meter untersucht und daraus die Grundlagen für die Entwicklung des Aufnahmesystems abgeleitet.
Diese beinhaltet Aufnahmetechniken, Bildgestaltungsregeln, Schnittverfahren und Wiedergabe-
hinweise. Durch die vorgestellten Grundlagen zur Erzeugung von stereoskopischen Videos soll es
den Nutzern des Aufnahmesystems ermöglicht werden, solche Videos mit einer hohen Betrach-
tungsqualität und vielen Weiterverarbeitungsmöglichkeiten zu erstellen.
Abstract
In this diploma thesis a recording system for stereoscopic video has been developed and proven.
Based on two highdefinition video-camcorder a mobile stereo camera with a high image quality
has been constructed. The technical abilities and restrictions of this recording system had been
exactly analyzed. Furthermore topics of this thesis are the post processing, storage and playback
of stereoscopic videos as well as the abilities of supervision work with the camera.
The physiological and geometric parameters for the image perception have been evolved and rules
for the production of stereo video are discussed. These rules contain image layout, recording
techniques, procedures for cutting and hints for playback of stereoscopic video. This should allow
the user of the recording system to produce stereoscopic video with a high image quality and many
abilities for processing these videos.

Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 5
1.1 Aufbau dieser Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Die Stereoprojektionsleinwand des Lehrstuhls für Computergrafik und Visualisie-
rung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Begriffserklärungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Wahrnehmung, Aufnahme und Wiedergabe 10
2.1 Vorgang der visuellen Wahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.1 Ursache der räumlichen Wahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2 Berechnung der Parallaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.3 Weitere optische Effekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Verfahren der Aufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1 Die Scheinfensterregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.2 Wahl der Stereobasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.3 Aufnahmemethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.3.1 Die Verschiebetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.3.2 Strahlenteilermethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.3.3 Die Stereokamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3.4 Einsatz Binokularer Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Wiedergabe stereoskopischer Bildinhalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.1 Durch Konvergenz notwendige Schrägprojektion . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.1.1 Epipolargeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1.2 Schrägprojektion bei bekanntem Konvergenzwinkel . . . . . . 23
2.3.1.3 Schrägprojektion bei unbekanntem Konvergenzwinkel . . . . . 29
2.3.2 Berechnung des virtuellen Abstandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.3 Berechnung der virtuellen Tiefe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.4 Berechnung der Betrachterposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.5 Wiedergabemethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.5.1 Head Mounted Displays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.5.2 Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.5.3 Schieltechniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.5.4 Stereoskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.5.5 LCDShutter-Brille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.5.6 Prismenbrille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.5.7 Interferenzfiltertechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1

2.3.5.8 Prismen-Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.5.9 Anaglyphen Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.5.10 Pulfrich-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.6 Mögliche Bildstörungen in stereoskopischem Video . . . . . . . . . . . 36
2.3.6.1 Höhenfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.6.2 Randlichtabfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.6.3 Verzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.6.4 Aberration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.6.5 Krümmung der Tiefenebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.6.6 Nicht linearer Tiefeneindruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3 Existierende Aufnahmesysteme 40
3.1 Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.1 Stereovideokamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.1.1 21st Century 3DVX3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.1.2 Pace Fusion 3d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.1.3 TMP S3R 1080i 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.2 Binokulare Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.2.1 Camcorder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.2.2 Industriekameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.3 Strahlenteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2 Existierende Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.1 Aufnahme & Enkodierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.1.1 3DCombine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.1.2 Stereoscopic Multiplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.1.3 Stereo Movie Maker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2 Wiedergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2.1 Stereo Movie Player . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2.2.2 Stereoscopic Player . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2.2.3 More3D SoftwareSuite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2.3 Weiterverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4 Aufnahmesystem 48
4.1 Kriterien zur Kameraauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1.1 Digitale Formate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1.2 Synchronisierung der Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.1.2.1 Genlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1.2.2 LANC TM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1.2.3 Control M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.1.3 Anschlussmöglichkeit für Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.1.3.1 Kodierung der Daten in einen Audiostrom . . . . . . . . . . . 52
4.1.3.2 Kodierung der Daten in das Bild . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2

4.1.3.3 Kodierung der Daten in das Videoformat . . . . . . . . . . . . 53
4.1.3.4 Aufnahme von Raumklang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.4 Abmaße der Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2 Genutzte Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 Befestigung zur Aufnahme und Justierung von zwei Kameras . . . . . . . . . . . 57
4.3.1 Existierende Halterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.2 Verwendete Halterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3.3 Justierung der Stereokamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4 Fernbedienung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4.1 Existierende Bedieneinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4.2 Verwendeter Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4.3 Messung der Synchonität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.5 GPS-Empfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.6 Kameraparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.6.1 Interne Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.6.2 Externe Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.6.3 Stereokalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.6.4 Selbstkalibrierung von Stereokameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5 Datenverarbeitung 76
5.1 DirectShow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.1.1 Genutztes Videoformat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.1.2 Rektifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.1.3 Transformation in das Stereovideoformat . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.4 Anaglyphe Wiedergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.1.4.1 Echte Rot-Blau und Rot-Cyan Anaglyphen . . . . . . . . . . . 85
5.1.4.2 Graustufen Anaglyphen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.1.4.3 Farbige Anaglyphen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.1.5 Zweibildschirm Wiedergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.1.6 Wiedergabe über den NVIDIA TM 3D Stereo Treiber . . . . . . . . . . . 89
5.2 Gps-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.3 Nachbearbeitung von Stereovideos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.3.1 Einblenden von Titeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.3.2 Anwenden von Blend-Effekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.3.3 Überlagern von Stereovideo mit Videoinhalten . . . . . . . . . . . . . . 91
5.3.4 Kompression von Stereovideo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6 Fazit 94
6.1 Zusammenfassung der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.2 Mögliche Erweiterungen der Stereokamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.2.1 Aufnahme von Stereopanoramen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.2.2 Bedieneinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3

6.2.3 Halterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.2.4 Sensordaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.3 Forschungsfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.3.1 Datenverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.3.1.1 Aufnahme von Stereovideodaten . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.3.1.2 Verarbeitung von Stereovideodaten . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.3.1.3 Speicherung von Stereovideodaten . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.3.1.4 Sensordaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.3.2 Verwendung stereoskopischer Aufnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
A Anhang I
A.1 Hinweise zur Bedienung der Stereovideokamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
A.1.1 Aufnahmeregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
A.1.2 Bedieneinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
A.1.2.1 Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II
A.1.2.2 Einstellen des Konvergenzwinkels . . . . . . . . . . . . . . . II
A.1.2.3 Anschluss der Einzelkameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . II
A.1.3 Anschluss eines Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II
A.1.3.1 Funktionsübersicht der Fernbedienung . . . . . . . . . . . . . III
A.1.4 Anschluss an einen PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III
A.1.4.1 Programmierung der Fernbedienung . . . . . . . . . . . . . . IV
A.2 LANC Protokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI
A.3 Messung der Synchronität der Camcorder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII
A.4 Kostenaufstellung für die entwickelte Stereovideokamera . . . . . . . . . . . . . IX
Abkürzungsverzeichnis X
Literaturverzeichnis XII
Abbildungsverzeichnis XVII
Tabellenverzeichnis XX
4

1 Einleitung
„Mit dem Zweiten sieht man besser.“
Zitat des Zweiten Deutschen Fernsehens
Menschen besitzen zwei Augen, mit welchen die Welt um sie herum wahrgenommen wird. Ein
zweites Auge erweitert das Blickfeld des Menschen sehr stark.
Durch den Abstand der Augen und deren Lage werden Objekte um uns herum aus zwei leicht
verschiedenen Perspektiven wahrgenommen, da wir im Gegensatz zu einigen Tieren ein stereo-
skopisches Blickfeld haben. Dies bedeutet, dass sich das Blickfeld unserer zwei Augen um ca.
120 Grad überschneidet, wodurch unser Gehirn in der Lage ist, aus resultierenden perspektivi-
schen Differenzen, die Entfernung von Gegenständen und deren Tiefe abzuschätzen.
Diese Tatsache ist bereits Euklid von Alexandria 1 , 300 Jahre v. Chr. aufgefallen, der Maßbezie-
hungen für die drei Dimensionen aufstellte. Circa 150 Jahre n. Chr. hat Galen 2 wohl als erster eine
Erklärung des Zusammenwirkens beider Augen für die Entstehung des stereoskopischen Sehens
gegeben. Wobei, „Stereo“ aus dem griechischen kommt und für „räumlich“ steht und „skopein“
sich vom griechischen Wort für „Sehen“ ableitet.
Mit der Erfindung der Fotographie konnte erstmals von echter „Stereografie“ gesprochen werden,
wobei „graphein“ für schreiben steht. Es wurde von Malern des 16. und 17. Jahrhunderts, wel-
che sich eingehend mit Perspektive und Raum befasst haben, mit meist unzureichenden Mitteln
versucht, stereoskopische Halbbilder zu zeichnen. Jedoch erst die Fotographie ermöglichte eine
exakte Darstellung.
Nachdem am 19. August 1839 in der Akademie der Wissenschaften zu Paris das Daguerre’sche
Verfahren zur Herstellung photographischer Bilder auf Silberschichten öffentlich bekannt gegeben
war, lag es nahe, auch Doppelaufnahmen herzustellen. Die erste Deutsche Publikation stammt von
Ludwig Moser, aus Königsberg, welcher über die neue Technik folgendes schrieb:
„Als ich vor einigen Jahren mir dergleichen Bilder [Stereoskopien] anfertigte, war
ich doch anfangs über deren Effekt im Stereoskop ungewiss. Da diese Bilder schon
einzeln einen so guten perspektivischen Eindruck machen, so schien mir, dass derselbe
hier nicht erheblich gesteigert werden könnte. Allein der erste Versuch hat mich eines
Andern belehrt; der perspektivische Eindruck auch des besten Bildes kommt kaum in
Betracht gegen denjenigen, welchen zwei entsprechende Bilder im Stereoskop machen
[Sch07]“.
1
griechisch: Eukleides; lateinisch Euclidus; * ca. 365 v. Chr. vermutlich in Alexandria oder Athen; †ca. 300 v. Chr.,
griechischer Mathematiker.
2
Galenos von Pergamon (dt. Galen, lat. Claudius Galenus; * um 129 in Pergamon, †um 216 in Rom) war griechischer
Arzt und Anatom.
5

1.1. AUFBAU DIESER ARBEIT 6
Diese Begeisterung für Stereobilder existiert noch heute, was der Ansturm auf „3D-Kinos“ und die
Verbreitung dieser zeigt. Durch die Erfindung des Computers wurde die Möglichkeit geschaffen
irreale Gegenstände wie sie nur die Malerei und Zeichnung hervorbrachten, mathematisch perfekt
darzustellen. Somit ist es uns heutzutage möglich, virtuelle Objekte stereoskopisch darzustellen.
Gerade im Bereich der Videospiele, Trick- und Animationsfilme ist diese Technik weit verbreitet.
1.1 Aufbau dieser Arbeit
Diese Arbeit gliedert sich durch die Einzelanforderungen der Aufgabenstellung in sechs Kapitel.
Ein einführendes Kapitel enthält die Motivation, einige Begriffserläuterungen, welche für
das Verständnis der Arbeit von Bedeutung sind, sowie die Beschreibung der Stereoprojekti-
onsleinwand des Lehrstuhls für Computergrafik und Visualisierung.
Das zweite Kapitel stellt Grundlagen der menschlichen Wahrnehmung, der Aufnahme und
der Wiedergabe stereoskopischer Bildinhalte vor. In diesem Kapitel werden physikalische
Größen bestimmt, welche den Sehvorgang beschreiben und auf technische Kameraparame-
ter abgebildet. Es werden existierende stereoskopische Aufnahme und Wiedergabemetho-
den vorgestellt sowie Probleme bei der Aufnahme und Wiedergabe erläutert.
Das dritte Kapitel widmet sich der Erläuterung von existierenden Aufnahmesystemen und
der Verifikation dieser gegenüber der Aufgabenstellung. Es werden aktuelle Stereokameras
und deren Funktionen vorgestellt. Ebenfalls wird existierende Software zur Bearbeitung und
Wiedergabe von bewegten Raumbildern erläutert.
Im vierten Kapitel wird das entwickelte Aufnahmesystem erläutert. Dabei wird beschrieben,
welche Art einer Stereokamera entworfen wurde und wie deren Einzelkameras ausgewählt
wurden. Die Synchronisation und Verarbeitung von Sensorinformationen des Stereosystems
sowie die Entwicklung der Halterung wird beschrieben. Abschließend wird erläutert, wie
Kameraparameter bestimmt werden können und Beispielwerte gegeben.
Im darauffolgenden Kapitel wird die Erstellung der Software beschrieben, die zur Verarbei-
tung von Stereovideoaufnahmen entwickelt wurde. Es wird beschrieben wie verschiedene
Stereovideoformate berechnet und verarbeitet werden können. Weiterhin wird der Umgang
mit Sensordaten beschrieben und Empfehlungen für den Umgang mit Stereovideos gegeben.
Ebenfalls wird ein Verfahren zur Komprimierung von Raumbildpaaren vorgestellt.
Im Fazit wird die hier vorliegende Arbeit zusammengefasst und Anregungen für weiterfüh-
rende Arbeiten gegeben. Mögliche Modifikationen und Erweiterungen der Stereovideoka-
mera werden beschrieben und deren Einsatzmöglichkeiten erläutert.
Der Anhang enthält Hinweise zur Bedienung der Stereovideokamera und eine Beschreibung
des LANC Protokolls, welches von der entworfenen Fernbedienung genutzt wird sowie eine
Kostenaufstellung.

1.2. DIE STEREOPROJEKTIONSLEINWAND DES LEHRSTUHLS FÜR
COMPUTERGRAFIK UND VISUALISIERUNG 7
1.2 Die Stereoprojektionsleinwand des Lehrstuhls für
Computergrafik und Visualisierung
Bei der im Lehrstuhl Computergrafik und Visualisierung der Informatikfakultät an der Techni-
schen Universität Dresden eingesetzten Stereoprojektionsleinwand handelt es sich um eine polari-
sationserhaltende Rückprojektionsleinwand, mit einer möglichen Bilddiagonale von ca. 122 Zoll
(ca. 310 cm), auf der mit Hilfe von zwei Beamern projiziert wird, welche übereinander angeord-
net und mit um 90 Grad verdrehten Polarisationsfiltern ausgestattet sind. Diese „Christie DS+26“
Projektoren arbeiten mit einer Auflösung von 1400 × 1050 Pixel. Über einen Spiegel werden die
Bilder von hinten auf die in Abbildung 1.2 gezeigte Leinwand projiziert.
Der verwendete Computer welcher die Projektoren ansteuert verfügt über einen 2,4Ghz DualCore
Prozessor, der mit zwei Gigabyte Hauptspeicher und dem Betriebssystem „Microsoft Windows
XP“ arbeitet. Bei den eingesetzten Grafikkarten werden zwei NVIDA Geforce 8800 GTX mit je-
weils 768 Megabyte Speicher eingesetzt.
Projiziert wird ein so genanntes Vektographenbild 3 . Dabei handelt es sich um ein Stereobild mit
ortsgleich überlagerten Bildern, die gegensinnig polarisiert sind. Das Vektographenbild ist das
polarisationsoptische Gegenstück zum Anaglyphenbild (Rot-Grün Bild) welches in Kapitel 2.3.5.9
beschrieben wird.
Abbildung 1.1: Abbildung der Stereoprojektionsleinwand des Lehrstuhls Computergrafik und Visualisierung
3 Vektographenbilder werden mitunter auch dichroitische Jodbilder genannt.

1.3. BEGRIFFSERKLÄRUNGEN 8
Abbildung 1.2: Abbildung der zwei Projektoren mit Polarisationsfiltern
1.3 Begriffserklärungen
Sehvokabular
• Akkommodation: Optische Anpassung des Auges an verschiedene Entfernungen. Dabei
wird mittels Muskeln die Form der Augenlinse, und damit ihre Brechkraft, zum Scharfstel-
len verändert. Die Akkommodation entspricht der Entfernungseinstellung bei Kameras.
• Disparität, auch retinale Disparität (Disparation), bedeutet Ungleichheit, Verschiedenheit
von Bildpunkten welche durch Objekte, deren Position im Raum weiter oder näher als die
Fixationsentfernung ist, auf „disparaten“ (seitlich verschobenen) Netzhautstellen abgebildet
werden.
• Fovea: Netzhautgrube, die Stelle des schärfsten Sehens im Auge.
• Halbbild: Einzelbild eines Stereobildes.
• Höhenfehler: Deckungsfehler entsprechender Halbbildpunke in senkrechter Erstreckung.
• Korrespondenz: Netzhautpunkte, die im fusionierten Binokularsehen das gleiche Objekt in
Fixationsentfernung im Sehfeld abbilden, heissen korrespondierende Netzhautstellen. Stellt
man sich die Netzhäute beider Augen so übereinanderliegend vor, dass sich die beiden Fo-
veae decken, dann liegen korrespondierende Netzhautstellen genau übereinander.
• Raumbild: Stereofoto oder Bild mit räumlichen Tiefeneindruck.
• Stereobild: Bildpaar, zusammengestellt aus zwei parallaktisch verschiedenen, größtenteils
inhaltsgleichen, stereoskopisch aufgenommen Halbbildern.

1.3. BEGRIFFSERKLÄRUNGEN 9
• Stereosehen: Tiefensehen oder räumliches Sehen, das auf der Auswertung der Disparität
beruht.
• Strabismus: Schielen; beständige oder ab und zu auftretende Fehlstellung der Augen.
• Deviation: bezeichnet den horizontalen Abstand gleicher Bildelemente auf beiden Halbbil-
dern eines Raumbildes zueinander. Stellt damit die Abbildung der Parallaxe dar.
• Parallaxe: bezeichnet den Winkel zwischen zwei Geraden, die von verschiedenen Stand-
orten auf einen Punkt (ein Objekt) gerichtet sind.
• Vergenz: Gegensinnige Bewegung der Augen, um ein Sehobjekt auf korrespondierenden
Netzhautstellen abzubilden.
• Konvergenz: Augenbewegung zueinander hin zum Nahsehen, extrem beim einwärtigen
Schielen

2 Wahrnehmung, Aufnahme und Wiedergabe
In diesem Kapitel werden Grundlagen und verschiedene Verfahren zur Aufnahme- und Wiederga-
be stereoskopischer Bildinhalte vorgestellt und zusammenfassend für den Einsatz im Stereo-Video
Bereich verglichen.
2.1 Vorgang der visuellen Wahrnehmung
Das natürliche Sehen, die visuelle Wahrnehmung, basiert auf der Reizung lichtempfindlicher Zel-
len auf den Photorezeptoren der Netzhaut durch Lichtstrahlen, welche von Objekten ausgesandt,
gebeugt oder reflektiert werden. Bei den existierenden zwei Typen von Photorezeptoren sind Stäb-
chen für Hell-Dunkel-Wahrnehmung und Zapfen für die Farbwahrnehmung zuständig. Betrachtet
man nun ein Objekt, konvergieren die Achsen der Augen auf den fixierten Gegenstand (Konver-
genzpunkt). Dabei drehen sich die Augen so, dass das Bild des fixierten Gegenstandes in die Fovea
(Netzhautgrube) fällt, wo die für die Sehschärfe verantwortliche Zäpfchendichte am höchsten ist.
Gekoppelt mit der Konvergenz ist die Akkomodation 1 der Augenlinsen auf den fixierten Gegen-
stand. Konvergieren die Augen auf einen Gegenstand in einer anderen Tiefenebene, so ändert sich
auch die Akkomodationsentfernung [Hes10].
Durch Akkomodation und Konvergenz nimmt beim Betrachten eines Objektes jedes Auge einen
geringfügig anderen Winkel ein. Das heißt, je weiter ein Objekt entfernt ist, desto paralleler sind
die Augenachsen, wobei sich bei nahen Objekten diese kreuzen (Vergenz).
Am dem Prozess der Tiefenwahrnehmung sind mehrere Faktoren beteiligt. Erfahrungswerte wie
die Größe oder Verdeckung von Objekten, sowie physiologische Prozesse der Augen (Konver-
genz) und retinale Prozesse (Disparation) sind die Hauptfaktoren, die vom Gehirn interpretiert
werden, um eine Wahrnehmung von Tiefe zu erreichen.
Tiefenwahrnehmung kann durch monokulare und binokulare Faktoren beschrieben werden. Dabei
zeichnen sich monokulare Tiefeninformationen durch:
• Überlappungen von Objekten,
• Perspektivische Verzerrungen, d.h. Unterschiede bekannter Größenverhältnisse und die re-
lative Lage zum Horizont,
• Atmosphärische Perspektive, d.h. Nebel oder Dunst in der Ferne,
• Schattenwurf von Objekten,
1 Veränderung der Dicke der Linse durch den Ziliarmuskel, um von Objekten in verschiedener Distanz ein scharfes
Bild zu erzeugen.
10

2.1. VORGANG DER VISUELLEN WAHRNEHMUNG 11
aus.
• Oberflächenstuktur von Objekten,
• Bewegungsparallaxe (entfernte Objekte bewegen sich scheinbar langsamer als nahe)
Binokulare Tiefeninformationen werden von Gehirn durch folgende Faktoren wahrgenommen:
• den Augenabstand und die durch diesen bedingte
• Disparation (perspektivischer Unterschied zweier Bilder auf der Netzhaut)
• Konvergenz.
Diese binokularen Tiefeninformationen werden in der Stereoskopie genutzt um Raumbilder dar-
zustellen und zu verarbeiten. Dabei werden über geometrische Beziehungen, welche im weiteren
beschrieben werden, die einzelnen Parameter bestimmt.
2.1.1 Ursache der räumlichen Wahrnehmung
Die optischen Achsen der Augen konvergieren wie in Abbildung 2.1 dargestellt in der Konver-
genzebene in Punkt N welcher im Auge auf der sogenannten Netzhautgrube bei N ′ dargestellt
wird. Der Punkt N ′ wird dabei unter dem Konvergenzwinkel α1 wahrgenommen und alle ande-
ren Punkte welche unter diesem Konvergenzwinkel gesehen werden, sind auf korrespondierenden
Netzhautstellen abgebildet. Da der Punkt F ′ unter einem anderen Konvergenzwinkel gesehen wird
(α2) wird dieser (F ′ ) auf nicht korrespondierenden Netzhautstellen abgebildet.
Die Strecken qr, ql bilden den Abstand von F ′ − N ′ dar und werden als Querdisparation be-
zeichnet. Man unterscheidet zwischen gekreuzter und nicht gekreuzter Querdisparation. Bei einer
gekreuzten Querdisparation liegen betrachtete Objekte vor dem Horopter 2 und somit auf dem
äußeren Randbereich der Netzhaut. Dies sind Punkte, welche hinter dem betrachteten Punkt lie-
gen. Von ungekreuzter Querdisparation spricht man, wenn Objekte hinter der Horopterlinie liegen.
Diese liegen auf den Betrachter bezogen näher als der Konvergenzpunkt und fallen somit auf den
inneren Randbereich der Netzhaut. Die Querdisparation stellt keine direkt messbare Größe dar und
wird daher über die stereoskopische Parallaxe definiert.
2 Der Horopter ist definiert als der geometrische Ort für alle einfach gesehenen Raumpunkte

2.1. VORGANG DER VISUELLEN WAHRNEHMUNG 12
b 0
F’
d’ l
N’
F’
d’r
N’
rechtes
Auge
linkes
Auge
f 0
2
2
a Fokussierte Entfernung
α1, α2 Konvergenzwinkel
d ′ r, d ′ l
b0 Augenabstand
δ Winkel der stereoskopischen Parallaxe
Nahpunkt
Konvergenzebene
1 N 2 F
p r
e t
a
Objekt
Abbildung 2.1: Querdisparation und Parallaxe
Querdisparation linkes und rechtes Auge
e Entfernung zum Nahpunkt
f0 Brennweite
F Fernpunkt
F ′ Abbildung des Fernpunkt auf der Netzhaut
N Nahpunkt in der Konvergenzebene (Konvergenzpunkt)
N ′ Abbildung des Nahpunkt auf der Netzhaut
pr, pl Deviation zwischen Nah- und Fernpunkt in der Konvergenzebene
t räumliche Tiefe des Objektes
p l
Fernpunkt

2.1. VORGANG DER VISUELLEN WAHRNEHMUNG 13
2.1.2 Berechnung der Parallaxe
Die Parallaxe stellt den Winkel zwischen Nah- und Fernpunkt dar, der im Auge des Betrachters,
die in Abbildung 2.1 dargestelle Disparation auf der Netzhaut erzeugt. Somit ist die Parallaxe eine
messbare Größe für die Tiefenwahrnehmung.
Für die Parallaxe (δ = α + β), welche als Winkel zwischen zwei Geraden (Blickachsen), die von
verschiedenen Blickpunkten auf einen Punkt gerichtet sind, ergibt sich unter der Näherung für
kleine Winkel: tan(α + β) = tan(α) + tan(β), nach Abbildung 2.1:
tan(δ) = b0
e
− b0
e + t , tan(δ) = b0 · t
e 2 + e · t
Durch Anwendung eines Strahlensatzes in Abbildung 2.1 ist die Deviation p = pl + pr durch
Gleichung 2.2 gegeben.
An diesen Gleichungen ist zu sehen, dass:
p = b0
2
b0 ( 2 · e)
−
e + t
• die Genauigkeit der Tiefenunterscheidung δ mit der Größe des Abstandes b0 zunimmt
• die Genauigkeit der Tiefenunterscheidung δ quadratisch mit der Entfernung e abnimmt
• im Nahbereich die Tiefenwahrnehmung δ am größten ist
(2.1)
(2.2)
• wenn der Abstand e → ∞ geht, ein räumliches Unterscheidungsvermögen nicht mehr ge-
geben ist.
Theoretisch können nach Formel 2.1 Gegenstände, die weit entfernt liegen (nahe ∞) noch räum-
lich wahrgenommen werden. Praktisch ist die Tiefenwahrnehmung jedoch durch ein Mindestauflö-
sungsvermögen von δ begrenzt, welches durch die Anzahl der auf der „Fovea Centralis“ 3 vorhandenen
Zapfen gegeben ist. Nach Otto Vierling [Vie65] ist ein Wert von höchstens 5 minarc (ca. 0,0833
Grad) realistisch, was bedeutet, dass bis zu einer Entfernung von ca. 50 Metern d ′ r und d ′ l ausge-
wertet werden können.
2.1.3 Weitere optische Effekte
Durch die Möglichkeit bei Kameras die Stereobasis, die den Abstand beider Objektive darstellt,
zu vergrößern, können durch den in Kaptitel 2.3.2 beschriebenen virtuellen Abstand zwei Effekte
entstehen. Diese werden Liliputismus und Gigantismus genannt.
Liliputismus tritt auf, wenn die Stereobasis vergrößert, und die virtuelle Entfernung dadurch gerin-
ger wird. Das Objekt verschiebt sich in den Vordergrund und erscheint kleiner, da die Abbildungs-
fläche auf der Netzhaut gleich bleibt. Es kommt also zu einer modellhaften Wirkung der Szenerie.
Anwendung findet dieser Effekt in der Astronomie, um Entfernungen von Sternen zu berechnen,
wobei die größte nutzbare Stereobasis, nämlich derzeit die zweier astronomischer Einheiten, dem
3 Fovea Centralis (auch Netzhautgrube) Stelle des schärfsten Sehens

2.2. VERFAHREN DER AUFNAHME 14
doppelten Abstand der Erde von der Sonne genutzt wird, um Parallaxen von Sternbildern aufzu-
nehmen.
Praktisch wird das Prinzip, bei der Aufnahme von weit entfernten Objekten, wie z.B. Gebirgen,
genutzt. Hierbei zeigt eine Stereobasis im Augenabstand aus den in Kapitel 2.1.2 beschriebenen
Gründen keinen Effekt.
Bei Gigantismus handelt es sich um das Gegenteil von Liliputismus, wobei die Stereobasen klei-
ner als der Augenabstand gewählt werden, hierdurch wird der Tiefeneindruck in den Hintergrund
gebracht und die Tiefe sowie die Größe verstärkt. Somit können im Makrobereich eindrucksvolle
Bilder erzeugt werden, da z.B. die Länge eines Grashalmes mehrere Meter zu haben scheint. Aus
diesem Grund existieren Stereomikroskope, welche sehr plastische Ansichten von beispielsweise
Zellstrukturen erlauben[Her07].
2.2 Verfahren der Aufnahme
Um Bilder mit räumlicher Wirkung aufzunehmen, wird das „Sehen“ der menschlichen Augen
nachgeahmt. Es werden zwei horizontal versetzte Bilder abgelichtet, wobei von zwei Kategorien
der Aufnahme gesprochen werden kann. Einerseits wird mit einem Objektiv gearbeitet, welches
auf einer Aufnahmefläche (z.B. Film oder Bildsensor) zwei Bilder nebeneinander darstellt (Mo-
nokulare Aufnahme). Die zweite Variante ist die Verwendung von horizontal versetzt fixierten
Kameras (Binokulare Aufnahme).
2.2.1 Die Scheinfensterregel
Bei der Wiedergabe von stereoskopischen Bildinhalten sieht der Zuschauer durch die Begrenzun-
gen des Wiedergabegerätes (Fernseher, Monitor, Projektionswand) durch ein sogenanntes Schein-
fenster. Durch die Ecken dieses Fensters und dem Betrachtungspunkt entsteht eine umgekippte
Pyramide dargestellt in Abbildung 2.2, innerhalb dieser Objekte als realistisch wahrgenommen
werden.
Das eigentliche Scheinfenster ist bei der Wiedergabe nicht unbedingt auf der Projektionsfläche,
sondern die Ebene in der die parallaktische Verschiebung der Einzelbilder Null ist. Bei der Auf-
nahme ist dies die Ebene in der sich die Achsen der Kameras schneiden. Dabei tritt der Effekt
auf, dass Objekte vor dem Scheinfenster eine positive und hinter dem Scheinfenster eine negative
parallaktische Verschiebung aufweisen, was bedeutet, dass bei paralleler Ausrichtung der Kameras
das Scheinfenster in theoretisch unendlicher 4 Entfernung liegt. Die „Scheinfensterregel“ besagt,
dass alle Objekte in stereoskopischen Bildern aus ästhetischen Gründen hinter diesem Fenster
liegen sollten, wobei Objekte ausgenommen sind, welche die Begrenzungen der Pyramide nicht
überschreiten.
4 Begrenzt durch das Auflösungsvermögen der Kameras

2.2. VERFAHREN DER AUFNAHME 15
Objekt vor
Scheinfenster mit
positiver Parallaxe
Objekt auf
Scheinfenster
Abbildung 2.2: Stereoskopisches Scheinfenster
Objekt hinter
Scheinfenster mit
negativer Parallaxe
Da diese Regel bei einer parallelen Aufnahme verletzt wird, werden die so aufgenommenen Bil-
der links- oder rechtsseitig beschnitten, um bei der Wiedergabe das Fenster in den Vordergrund zu
schieben. Dabei bleibt die Lage des Scheinfensters in Hinsicht auf die Objekte der abgelichteten
Szene immer unverändert.
In der Stereofotografie wird diese Nachbearbeitung in Kauf genommen, da die bei der Aufnahme
mit konvergierenden Kameraachsen entstehenden Effekte meist unerwünscht sind. Neben Trapez-
verzerrungen kommt es bei dieser Aufnahmemethode dazu, dass Objekte die weit vor oder hinter
der Konvergenzlinie liegen eine sehr große Deviation aufweisen, die beim Betrachten als unange-
nehm empfunden wird.
Bei Filmaufnahmen wird diese Methode jedoch öfters verwendet, um einen Auflösungsverlust
aufgrund der Beschneidung zu vermeiden. Allerdings muß darauf geachtet werden, dass die ver-
zerrungsbedingte vertikale Differenz so gering wie möglich gehalten wird.
2.2.2 Wahl der Stereobasis
Um bereits bei der Aufnahme korrekte Raumbilder erzeugen zu können, müssen Regeln der Wie-
dergabe, welche in Kapitel 2.3.4 beschrieben werden berücksichtigt werden. Betrachter mit ei-
nem durchschnittlichen „nomalen“ Augenabstand von 6,5 cm nehmen bei der Projektion lieber
einen etwas übertriebenen aber nicht zu großen Tiefeneindruck wahr. Der zu große Tiefenein-

2.2. VERFAHREN DER AUFNAHME 16
druck entsteht, wenn die in Abbildung 2.1 angegeben Winkel α1 und α2 eine maximale Differenz
δ = α1 − α2 überschreiten, wodurch korrespondierende Netzhautpunkte nichtmehr als solche
wahrgenommen werden. Diese Regel der maximal zulässigen Parallaxe wird „70 Minuten Bedin-
gung“ genannt [Her07]. Sie besagt, dass δ ≤ 70 ′ (70 ′ ≡ 1.17 ◦ ), also die Winkeldifferenz δ kleiner
als 70 Bogenminuten sein sollte. Zur Berechnung wird hier Bildbreite wP in das Verhältnis zum
Betrachtungsabstand eP mit Hilfe der Deviation auf dem Bildsensor pk gesetzt.
pk
wP
= δ · eP
Die Deviation auf dem Bildsensor pk ergibt sich nach Abbildung 2.1, da das Bild in einer Kamera
auf einen ungekrümmten Bildsensor fällt, durch Anwendung des Strahlensatzes zu:
wP
pk = bk · fk
e − bk · fk
(e + t) = bk
t
· fk ·
(e + t) · e
Durch umstellen dieser Formel nach bk und Hinzunahme der Bildsensorbreite wk ergibt sich:
bk = pk
·
fk
(e + t) · e
t
= pk
·
wk
wk e
·
fk 1 − ( e
e+t )
Durch Studien über von Probanden angenehm empfundene Betrachterpositionen wurden Werte für
eP gefunden, die durch das Verhältnis in Formel 2.3 unter der 70 Minuten Bedingung (α ≤ 1.17 ◦ )
einen Wert für die maximale Deviation im Bild von wP
30 ergaben [Wim04][Mad07]. Die Deviation
in einem projizierten Raumbild sollte maximal 33,3% der Bildbreite betragen. Daraus ergibt sich
nach Formel 2.5 für die Wahl der Stereobasis:
bk = 1 wk e
· ·
30 fk 1 − e
e+t
wobei wk die Größe des Bildsensors und fk die Kamerabrennweite darstellt.
Wenn der Horizont im Bild enthalten ist, also (e + t) → ∞ kann diese Formel zu:
vereinfacht werden.
bk = 1
30 · wk · e
fk
Formel 2.6 und 2.7 entsprechen der BERCOVITZ Formel [Ber98] welche eine Fokussierungsent-
fernung a berücksichtigt:
bk = dMOF D · (
(e + t) · e
) · (
t
1
fk
(2.3)
(2.4)
(2.5)
(2.6)
(2.7)
− 1
) (2.8)
a
Bei dieser Formel ist dMOF D 5 die maximale Deviation auf dem Bildsensor oder dem Film, welche
mit 1,2 mm als üblicher Wert für Kleinbildfotografie angegeben wird. Die BERCOVITZ Formel
basiert auf der Vergrößerung der Tiefenschärfe („Depth of Field“). Hier wird die Kamera auf
einen Punkt zwischen Nah- und Fernpunkt fokussiert, typischerweise die Entfernung a, um das
5 MOF D Maximum on Film Deviation

2.2. VERFAHREN DER AUFNAHME 17
Objekt mit möglichst gleichmäßiger Unschärfe in N ′ k und F ′ k
darzustellen. Für den Fall, dass der
Fernpunkt den Horizont enthält wird in Formel 2.8 e + t = ∞ und es ergibt sich, da für die
fokussierte Entfernung a das Doppelte der Entfernung zum Nahpunkt e angenommen wird, um
Nah- und Fernpunkt gleich unscharf darzustellen:
bk = dMOF D · ( e
fk
− 1
) (2.9)
2
In diesem Fall kann es allerdings eine bessere Lösung sein, auf den Nahpunkt zu fokussieren.
Unter der Annahme der Fernpunkt liegt immer im Unendlichen wird Formel 2.8 zu:
bk = dMOF D · e · ( 1
umformuliert wird, in diesem Fall ist a = e und somit:
bk = dMOF D · ( e
2.2.3 Aufnahmemethoden
fk
fk
− 1
) (2.10)
a
− 1) (2.11)
Um stereoskopische Bilder aufzunehmen, existieren verschiedene Methoden, welche nachfolgend
näher erläutert werden. Es existieren 4 Methoden Raumbilder zu erzeugen:
1. die Verschiebetechnik,
2. die Spiegeltechnik,
3. die Verwendung einer Stereokamera und
4. die „Montage“ zweier monokularer Kameras.
2.2.3.1 Die Verschiebetechnik
Bei dieser Technik werden mit einer Kamera und einem Objektiv zwei Bilder nacheinander aufge-
nommen. Hierbei wird die Kamera nach Aufnahme des ersten Bildes um eine bestimmte Länge,
die Stereobasis b0, verschoben bevor das zweite Bild aufgenommen wird.
Die Vorteile dieser Technik sind:
• es sind keine zusätzlichen Hilfsmittel nötig (Verschiebeschlitten und Stativ sind allerdings
von Vorteil)
• es ist jede Kamera einsetzbar
• die Stereobasis ist frei wählbar (kleine Stereobasen bei Makroaufnahmen und größere bei
Landschaftsaufnahmen)
Die Nachteile sind:
• bewegte Objekte (Sport, Personen etc.) können nicht abgelichtet werden, da die große Auf-
nahmedauer, welche durch das Verschieben der Kamera resultiert, keine Momentaufnahmen
ermöglicht
• beide Bilder sind eventuell nicht passgenau und erfordern eine Nachbearbeitung.

2.2. VERFAHREN DER AUFNAHME 18
2.2.3.2 Strahlenteilermethode
Bei dieser Technik wird vor dem Objektiv der Kamera ein Strahlenteiler, meist aus mehreren
Spiegeln bestehend, befestigt. Durch diesen wird in einer Kamera auf dem Speichermedium direkt
ein Stereobildpaar produziert.
Die Vorteile dieser Technik:
• eventuell vorhandene Spiegelreflex- oder Digitalkameras mit Filtergewinde können genutzt
werden
• bewegte Objekte stellen kein Problem dar
• geringer finanzieller Aufwand
• es kann aus jedem aufgenommenen Bild ein Raumbild erzeugt werden
• die Kalibrierung der Kameras gestaltet sich einfacher, da nur eine Brennweite und ein
Hauptpunkt existiert
Die Nachteile sind hingegen:
• da ein horizontaler Versatz bei der Wiedergabe von Raumbildern gefordert ist, sind nur
Hochkantbilder möglich. Wenn die Kamera gedreht und eine vertikale Deviation erzeugt
wird, um Querformatige Bilder zu erzeugen, müssen diese Bilder mit einer horizontalen
Deviation betrachtet werden. Dies bedeutet, dass das Raumbild um 90 ◦ gedreht werden
muss.
• es können Schatten, Aufhellungen und Spiegelungen entstehen
• Bildpaare sind evtl. nicht gleich groß bzw. zeigen nicht zu 100% den gleichen Ausschnitt
• eine Nachbearbeitung kann notwendig sein
Radiale Spiegel Bei dieser Methode, welche einen Sonderfall der Strahlenteiler darstellt, wird
ein konischer Spiegel am Objektiv befestigt. In der Mitte des aufgenommenen Bildes wird dadurch
das fokussierte Objekt und gleichzeitig kreisförmig zum Rand eine radial verzerrte Aufnahme
dieses Objekts abgebildet (siehe Abbildung 2.3).
Die Stereobasis stellt hierbei das Doppelte des Abstands, des kleineren Kegelradius zum Objektiv
dar. Durch diese Methode ist man nicht an Hochkantformate gebunden. Jedoch ist eine Aufnahme
im Kleinbildformat nur durch Beschneidung des entstehenden Bildes möglich. Des Weiteren kön-
nen so entstandene Bilder nicht direkt nach der Entwicklung, oder Übertragung auf einem Compu-
ter betrachtet werden, da immer eine aufwendige Entzerrung notwendig ist. Allerdings können bei
dieser Methode drei Bilder abgegriffen werden, wodurch es möglich wird diese Aufnahmetechnik
in bildverarbeitenden Systemen zur Generierung von dreidimensionalen Flächen einzusetzen.

2.2. VERFAHREN DER AUFNAHME 19
Abbildung 2.3: Radialer Spiegelvorsatz und aufgenommenes Bild mit eingezeichneten Strahlengängen
aus [Naj05]
2.2.3.3 Die Stereokamera
Bei einer Stereokamera handelt es sich um eine Kamera mit zwei Objektiven. So werden bei
Geräten, die einen Film nutzen, jeweils nebeneinander liegende Negative belichtet. Diese können
nach der Entwicklung direkt mit einem Stereoskop betrachtet werden. Bei der Aufnahme von
Stereobildern mit digitaler Fototechnik sind zwei Bildsensoren erforderlich, die nach dem gleichen
Prinzip wirken. Die Vorteile sind:
• es kann wenig „falsch“ gemacht werden, da die Bedienung analog einer monokularen Ka-
mera stattfindet und somit eine Justierung der optischen Achsen entfällt.
• es wird ein Raumbild erzeugt, das direkt nach der Entwicklung oder Übertragung auf einen
Computer stereoskopisch wahrgenommen werden kann, ohne vorherige Entzerrung.
• die Geräte sind handlich, robust und kompakt
• bewegte Objekte stellen kein Problem dar
Die Nachteile von Stereokameras sind:
• eine meist nicht veränderbare Stereobasis
• im Vergleich zu monokularen Kameras meist relativ preisintensiv
• Bei einigen Bildformaten ist teilweise keine Laborentwicklung möglich, wodurch die Ent-
wicklung höhere Kosten verursacht. Beim Einsatz von Digitalkameras stellt dies kein Pro-
blem dar.
2.2.3.4 Einsatz Binokularer Kameras
Bei dieser Methode handelt es sich um die gebräuchlichste, da 2 Kameras nebeneinander montiert
werden, was folgende Vorteile bringt:

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 20
• Da prinzipiell alle Systeme möglich sind kann eine Stereoaufnahme in genau der gewünsch-
ten Qualität, zu den gewünschten Kosten realisiert werden.
• Die Stereobasis kann variabel gewählt werden
• bewegte Objekte stellen kein Problem dar
• Quer- und Hochformataufnahmen sind möglich
Die Nachteile sind:
• Meist gestaltet sich das gleichzeitige Auslösen beider Kameras problematisch
• eine Stereobasis unter 6cm ist bei vielen Systemen, bedingt durch die Außenmaße der Ka-
meras, nicht möglich.
2.3 Wiedergabe stereoskopischer Bildinhalte
Die Wiedergabe der Stereobilder, egal mit welchem Verfahren sie aufgenommen wurden, zielt
immer darauf ab, jedem Auge ein Bild zu zuführen. Dies muss in der richtigen Reihenfolge ge-
schehen, also das linke Bild dem linken Auge und das rechte Bild dem rechten Auge, um den
Stereo-Effekt wahrzunehmen.
Man unterscheidet hier zwischen Verfahren ohne Hilfsmittel, wie dem Parallelblick oder dem
Kreuzblick und den Methoden welche Hilfsmittel in Form von Brillen oder Spiegeln benötigen.
Hierzu zählen: die Anaglyphenverfahren, der Pulfrich-Effekt, der Einsatz von Shutter- und polari-
sierten Brillen.
Um bestimmen zu können, wie ein virtuelles Objekt bei der Wiedergabe erscheint, werden im Fol-
genden verschiedene Größen berechnet. In Abbildung 2.4 auf Seite 21, wird der gesamte Vorgang
der Aufnahme und Wiedergabe skizziert ist und die zugehörigen Größen dargestellt.
Die in Abbildung 2.4 gezeigten Größen sind:
F Fernpunkt
N Nahpunkt / Konvergenzpunkt
pl, pr Deviation zwischen Nah- und Fernpunkt in der Konvergenzebene
N ′ lk , N ′ rk
F ′
lk , F ′ rk
t Tiefe des Objektes
a Abstand zum Objekt
e Entfernung zum Nahpunkt / Konvergenzpunkt
δ Winkel der Parallaxe
bk Stereobasis der Kameras
γ Konvergenzwinkel
Abbild des Nahpunktes in der linken und rechten Kamera
Abbild des Fernpunktes in der linken und rechten Kamera

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 21
Aufnahme
der Kameras
Projektion auf
Wiedergabemedium
Abbildung
im Auge
Bildsensorebene
linke
Kamera
Projektionsfläche
linkes
Auge
Netzhaut
N’ lk
N’ lkt
N’ l
F’
lk
l
2
N
F P
N P
bk
b
F
2
1
2
F’
rk
N’ rk
N’
d’ F’
F’ r d’ r N’r
l
Abbildung 2.4: Stereoskopische Aufnahme und Wiedergabe
p r
dk 2
pP 2
0
p l
eP
rkt
t
e
kf
k
f P
a
rechte
Kamera
tvirt
evirt
f 0
a P
rechtes
Auge
avirt

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 22
N ′ lkt , N ′ rkt
Transformierter Nahpunkt in der linken und rechten Kamera
dk Deviation in der Aufnahmeebene
fk Brennweite der Kameras
fP Brennweite des Projektors
aP Abstand Projektor, Projektionsfläche
α2, α1 Konvergenzwinkel des Nah und Fernpunktes
tvirt virtuelle Tiefe des projizierten Bildes
FP projizierter Fernpunkt
NP projizierter Nahpunkt
pP Deviation im projizierten Bild
eP Abstand Betrachter Projektionsfläche
evirt virtuelle Entfernung zum Konvergenzpunkt
avirt virtueller Abstand des Objektes
b0 Stereobasis der menschlichen Augen
f0 Brennweite der menschlichen Augen
N ′ l , N ′ r Abbildung des Nahpunktes auf der linken und rechten Netzhaut
N ′ l , F ′ r Abbildung des Fernpunktes auf der linken und rechten Netzhaut
d ′ l , d′ r Disparation im linken und rechten Auge des Betrachters
In dieser Abbildung stellen N und F den Nah- und Fernpunkt dar, die mittels eines Lochkame-
ramodells 6 auf der Bildsensorebene abgebildet werden. Dabei stellt γ den Konvergenzwinkel der
Kameras dar, welcher für die Berechnung einer im Folgenden beschriebenen Berichtigungsfunk-
tion notwendig ist. Die Berichtigung, auch Rektifikation genannt basiert auf den Grundlagen der
Epipolargeometrie. Dabei wird das aufgenommene Bild in der Bildsensorebene soweit transfor-
miert, dass eine anschliessende parallele Projektion mit Hilfe von zwei Projektoren auf die Pro-
jektionsfläche erfolgen kann. Auf dieser wird das Raumbild mit den virtuellen Größen (die Werte
mit Indizies: virt) dargestellt. Im unteren Teil der Darstellung ist die Abbildung im menschlichen
Auge schematisch dargestellt.
2.3.1 Durch Konvergenz notwendige Schrägprojektion
Aus Abbildung 2.4 ist an der Bildsensorebene ersichtlich, dass bei konvergierender Ausrichtung
der Kameraachsen ein Winkel γ entsteht welcher zur Folge hat, dass zum einen das Scheinfenster,
beschrieben in Kapitel 2.2.1, in der Tiefe der Konvergenzline (Konvergenzebene bei paralleler
Aufnahme) auftritt und zum anderen das aufgenomme Bild trapezförmig verzerrt werden muss
6 Eine Lochkamera ist das einfachste Gerät, mit dem sich optische Abbildungen erzeugen lassen

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 23
(Schrägprojektion). Die Notwendigkeit für diese „Entzerrung“ liegt darin begründet, dass die Tra-
pezverzerrung welche durch konvergierende Kameraachsen entsteht, einen Höhenfehler erzeugt,
welcher aus Abbildung 2.6a) ersichtlich wird. Dieser erzeugt ein Unbehagen beim Betrachter.
2.3.1.1 Epipolargeometrie
Bei konvergenter Aufnahme bezeichnet man die geometrischen Grundlagen der räumlichen An-
ordnung der Kameras und des aufzunehmenden Objekts als Epipolargeometrie. In diesem Teil-
gebiet der projektiven Geometrie werden, wie in Abbildung 2.5 dargestellt, Geraden auf welchen
korrespondierende Bildpunkte liegen als Epipolare Linien und die, durch die Kamerapositionen
und den Raumpunkt aufgespannte Ebene als Epipolarebene bezeichnet. Hier fließen intrinsische
und extrinsische Parameter wie Brennweite der Kamera, Bildzentrum, Rotation und Translation
der Bildebenen ein.
Diese Geometrie dient dem Ziel, korrespondierende Bildpunkte zu finden und durch Berechnung
deren Deviation, Entfernungen und Winkel aus dem Raumbild zu erhalten. So kann zum Beispiel
ein Tiefenbild erzeugt werden.
Grundgedanke der Epipolargeometrie ist, dass ein dreidimensionaler Punkt M in den Bildebenen
S1 und S2 die Abbildungen m1 und m2 liefert. Weiterhin liegt für jeden Punkt auf dem optischen
Strahl von m1 nach M der korrespondierende Punkt auf der Epipolarlinie I1.
Durch diese Tatsache reduziert sich die Suche nach korrespondierenden Bildpunkten auf eine li-
neare Suche entlang der Epipolarlinie. Wenn die Epipolarlinien berechnet werden ergibt sich ein
weiterer Vorteil, welcher das Problem der Schrägprojektion löst. Liegen alle Epipolarlinien im
Bild parallel, kann dieses wieder parallel projiziert werden.
Abgesehen von radialen und anderen Verzerrungen bei Aufnahme von Raumbildern entstehen bei
der parallelen Justage der Kameras Bilder in denen die Epipolarlinien parallel sind. Bei konver-
genter Aufnahme müssen diese Bilder jedoch transformiert werden. Hier spricht man von einer
Rektifikation.
Da es an der, in dieser Arbeit entwickelten Kamera möglich ist den Konvergenzwinkel zu bestim-
men, wird im Folgenden eine Rektifikation für bekannte Konvergenzwinkel beschrieben. Für den
Fall, dass der Konvergenzwinkel nicht bekannt ist, kann dieser durch Suchen der Punkte m1 und
m2 und bestimmen der Epipolarlinie berechnet werden.
2.3.1.2 Schrägprojektion bei bekanntem Konvergenzwinkel
In [Lac95], [Yan95] und [Koc93] ist der Effekt der Schrägprojektion (Keystoning) beschrieben
und Lösungen wie ihm entgegengewirkt werden kann werden erläutert.
Das Problem besteht nun darin, wie die Pixel der originalen Aufnahmeebene S in die korrigierte

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 24
M
m
1
K
1
Abbildung 2.5: Epipolargeometrie nach [ATV00]
Ebene S ′ transformiert werden müssen. Dabei werden folgende Transformationen der Koordina-
tensysteme, wie in Abbildung 2.4 zu sehen, benötigt:
(X0, Y0, Z0) → (Xk (l,r) , Yk (l,r) ) → (X S ′ (l,r) , Y S ′ (l,r) ) → (Xp (l,r) , Yp (l,r) ) → (Xv, Yv, Zv) (2.12)
Dabei stehen X,Y und Z für Koordinaten im Raum, und die Indizes 0 für reale Größen, kl und kr
für Koordinaten der linken und rechten Kamera (siehe Abbildung 2.7), pl für die Bildkoordinaten
im linken projizierten und pr im rechten projizierten Bild, sowie v für die virtuellen Größen im
Raumbild.
Vorerst werden Bildstörungen durch die Optik der Kameras und der Projektoren, wie z.B. radiale 7
oder tangentiale 8 Verzerrungen, nicht betrachtet.
Für die erste Transformation aus dem Objektraum in Koordinaten der Bildsensoren sei fk die
Brennweite, bk die Stereobasis und γ der Konvergenzwinkel.
Sei Z0 die Entfernung zum Objektpunkt, X0 der horizontale Abstand des Objektpunktes von der
7
Durch sphärische Oberfläche der Linsen und dem dadurch entstehenden Unterschied der Brennweite zum Rand des
Bildes, resultierende Verzerrung.
8
Im Vergleich zur radialen Verzerrung sehr geringe, durch Dezentralisierung der Objektivlinsen hervorgerufene Ver-
zerrung.
I1
S
1
m
2
S
2
K
2

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 25
a)
c)
Z
k
X k
linke
Kamera
F’
lk
p r
N
α β
bk
F
δ Z0 δ
2
2
N’ lk F’
γ
d k
2
p l
X 0
rk
vertikale
Parallaxe
N’
linkes
Bild
rechtes
Bild
rk
t
e
kf
k
a
rechte
Kamera
S
S
rechtes
Bild
linkes
Bild
Z
k
b)
d)
X k
linke
Kamera
N’ lk
F’
lk
p r
N
bk
F
α β
δ Z0 δ
2
2
dk 2
p l
X 0
h
F’
rk
N’
rk
linkes
Bild
rechtes
Bild
t
e
kf
k
a
rechte
Kamera
Abbildung 2.6: Aufnahme mit konvergierenden und parallelen Kameraachsen a) Abbildung der
konvergenten Aufnahme, b) Abbildung der parallelen Aufnahme, c) Konvergente
Kameraachsen (Epipolargeometrie), d) parallele Kameraachsen (Standard Stereogeometrie)
optischen Achse der Stereokamera 9 und Y0 die Höhe des Objektpunktes. Die Winkel α und β
(siehe Abbildung 2.6c) und d)) ergeben den Konvergenzwinkel α1 = α + β eines Objektpunktes
und werden wie folgt berechnet:
bk
2 α = arctan
bk
2 β = arctan
+ X0
, (2.13)
Z0
− X0
. (2.14)
Da der Winkel ∠ICOkl = ∠F CG = α − γ ist, kann Xkl direkt über die trigonometrische Bezie-
hung des Tangens berechnet werden.
Weiterhin ist Ykl
Y0
Z0
IC
Z0
= und CG =
CG cosα . Die Abbildung des Objektpunktes auf dem Bildsensor
wird durch folgende Gleichungen gegeben:
9 Die optische Achse der Stereokamera liegt senkrecht zur Stereobasis genau bei b K
2

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 26
S
I
Ykl
m
X
kl
O
kl
C
F
M
E
O X
Y0
G Z
H
Abbildung 2.7: Bestimmung der Koordinaten eines Objektpunktes für den linken Bildsensor nach
[Lac95] wobei COkl = fk, CH = X0, MG = Y0, GH = Z0, ∠CEO =
∠CGH = α und ∠CF O = γ ist.
Xkl = fk · tan(α − γ), (2.15)
Xkr = fk · tan(β − γ), (2.16)
Ykl = Y0 · fk · cosα
,
Z0 · cos(α − γ)
(2.17)
Ykr = Y0 · fk · cosβ
Z0 · cos(β − γ)
(2.18)
Die Indizies kl und kr beschreiben den Bildsensor der linken, beziehungsweise der rechten Kame-
ra.
Die Transformation in Projektionskoordinaten erfolgt über die Multiplikation mit dem Vergröße-
rungsfaktor der Projektoren welcher sich durch die Projektorbrennweite fP und den Abstand zur
Projektionsfläche aP durch Formel 2.19 ergibt.
V = aP
fP
0
0
(2.19)
Xpl = V · XS (2.20)
Xpr = V · XS (2.21)
Ypl = V · YS (2.22)
Ypr = V · YS (2.23)

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 27
Des Weiteren fehlt hier eine Funktion g1(Xkl,r , Ykl,r , Zkl,r ), um die ermittelten Koordinaten des
Ok(X, Y ) in das Op(X, Y ) Koordinatensystem zu transformieren die sicherstellt, dass auch bei
konvergenter Aufnahme keine vertikale Parallaxe auftritt. Im Einzelnen müssen XS ′ und YS ′, also
die Koordinaten der berichtigten Kamerasensordaten, welche in OPr,l (X, Y )10 liegen ermittelt
werden.
Hierfür kann das in [Lac95] beschriebene Verfahren mit bekanntem Konvergenzwinkel γ, gezeigt
in Abbildung 2.8, genutzt werden. Dabei transformiert eine Projektion das Bild in diese zur Ste-
reobasis parallele Ebene und eine Skalierung bewirkt eine Korrektur der Breite des Bildes.
a) b)
ω
H
B
F
O
C C
γ
O’
A
G
E
S
S’
Q’ Q
Abbildung 2.8: Finden der linken korrigierten Ebene S’ bei Schrägprojektion (nach [Lac95]),
a)zweidimensionale Abbildung b)dreidimensionale Abbildung
Die Breite des Bildsensors sei wk, fk die Kamerabrennweite und 2ϖ der Öffnungswinkel der
Kamera. Da der Öffnungswinkel der Kamera von der Brennweite abhängt, gilt die Beziehung:
ω
X
F
O’
γ
O
P’
ϖ = arctan( wk
) (2.24)
2 · fk
Die korrigierte Ebene und die optische Achse der Kamera treffen sich bei O ′ . Daraus resultierend
gelten die nachfolgenden Verhältnisse, da die Breite des in die korrigierte Bildebene projizierten
Bildes (EF ) gleich der Sensorbreite wk ist.
10 Der Index Pr,l beschreibt die linke oder rechte Diaebene des Projektors oder bei Beamern die Ebene der TFT- oder
LCD-Matrix.
A
P
E

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 28
OG = wk · cos(ϖ)
2 · cos(γ + ϖ)
OH = wk · cos(ϖ)
2 · cos(γ − ϖ)
GH = wk
2
(2.25)
(2.26)
1
· cosϖ · (
cos(γ + ϖ) +
1
) (2.27)
cos(γ − ϖ)
Die Breite des berichtigten Bildes EF in S ′ ist gleich der Bildsensorbreite, weswegen der Abstand
zu dieser Ebene CO ′ wie folgt berechnet wird:
CO ′ 2 · fk
=
1 cosϖ( cos(ϖ+γ) +
1
cos(ϖ−γ) )
(2.28)
Unter der Vorraussetzung, dass die Sensorebene in OS und die Projektor-TFT-Ebene in OS ′ die
korrigierte Ebene darstellt, gilt für die Projektion gegen den Uhrzeigersinn (des linken Bildes)
folgende Beziehung:
YS ′
YS
= XS ′ · cosγ
XS ′ =
YS ′ =
=
XS
CO′ − XS ′ · sinγ
fk
CO ′
· XS
(2.30)
fK · cosγ + XS · sinγ
CO ′ · cosγ
· YS
(2.31)
fK · cosγ + XS · sinγ
Dieses System ist identisch zu einem parallelen System, mit einer theoretischen Brennweite
f ′ = CO ′ · cosγ, weswegen keine vertikale Parallaxe auftritt.
(2.29)
Wie in Abbildung 2.8 zu sehen, ist O ′ nicht mehr in der Mitte der korrigierten Ebene. Durch diesen
Umstand müssen die „neuen“ Koordinaten der Bildgrenzen X 1 und X 2 errechnet werden.
X 1 kl =
X 2 kl =
CO ′ · wk
2(fk · cosγ − wk
2 · sinγ)
CO ′ · wk
2(fk · cosγ + wk
2 · sinγ)
(2.32)
(2.33)
Die berichtigte Abbildung S ′ hat eine Deviation (dk), welche durch die Position der Ebene, der
Brennweite, der Breite der Sensoren und dem Winkel zwischen korrigierter und Aufnahme-Ebene,
bestimmt ist.
dk = CO ′ · cosγ +
4 · f 2 k
Im Weiteren tritt durch Formel 2.28 die Beschränkung
auf.
CO ′ · w2 k · tanγ
cosγ(1 + tanϖtanγ)(1 − tanϖtanγ)
γ + ϖ = π
2
(2.34)
(2.35)

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 29
Für die finale Transformation in Raumbildkoordinaten ergibt sich durch den Augenabstand des
Betrachters (b0) und der Deviaton im Bild pP (vgl. Abbildung 2.4):
Xv = b0 · (Xpl + Xpr)
2 · (b0 − (pP ))
Yv = b0 · YS
b0 − pP
Zv = b0 · V
b0 − pP
2.3.1.3 Schrägprojektion bei unbekanntem Konvergenzwinkel
(2.36)
(2.37)
(2.38)
Im Fall, dass der Konvergenzwinkel nicht bekannt ist oder in nicht ausreichender Genauigkeit zur
Verfügung steht, kann dieser über das im Folgenden dargestelle Verfahren ermittelt werden.
Für jeden Punkt m1 des linken Bildes liegt der Punkt m2 (vgl. Kapitel 2.3.1.1) im rechten Bild auf
der Epipolarlinie I1. Um den Konvergenzwinkel γ bestimmen zu können, wird zu dem bekannten
Punkt m1 über eine ähnlichkeitsfunktion F (m1, m2) der Punkt im rechten Bild gesucht [Ber04].
Diese Funktion kann beispielsweise nach Ähnlichen Farbwerten oder Helligkeitswerten suchen.
Der Punkt m2 ist dabei der, der die Funktion F (m1, m2) minimiert. Die Summe der Funktion
F (m1, m2) über alle Punke im linken Bild wird geringer, wenn γ ′ nahe des Konvergenzwinkels γ
liegt. Somit ist der optimale Konvergenzwinkel durch Gleichung 2.39 bestimmbar.
γ ′
= argminγ F (m1, m2(γ)) (2.39)
m1
Diese Funktion kann beschleunigt werden, indem nicht zu jedem Punkt m1 der passende Punkt
m2 gesucht wird, sondern nur bestimmte Regionen des Bildes „abgesucht“ werden.
Für diesen Ansatz existieren [Ber04, nach] zwei prinzipielle Methoden:
1. Merkmalbasierte Methoden
2. Flächenbasierte Methoden
Bei den merkmalbasierten Methoden werden in den Einzelbildern des Stereobildpaares Merkmale
gesucht, welche:
• Kanten,
• Kurven,
• und Ecken
sein können. Die Identifizierung dieser Merkmale ist robuster gegenüber dem Finden von Intensi-
täten.
Die flächenbasierten Methoden vergleichen Regionen aufgrund von Farb- und Helligkeitswerten.
Diese Variante eigenet sich besonders für Landschaftskarten, Satellitenaufnahmen und anderen

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 30
Bildinformationen, bei welchen vorrangig weiche Übergänge zwischen Farbflächen auftreten.
Ein weiterer Ansatz zur Bestimmung des Konvergenzwinkels nutzt die später in Kapitel 4.6 be-
schriebene Stereokamerakalibrierung, bei der durch eine Kalibrierung beider Einzelkameras die
Weltkoordinatensysteme in die Kamerkoordinatensysteme überführt werden. In diesem Fall geben
die externen Parameter der Kalibrierung die Lage der Camcorder zueinander an. Dieser Ansatz er-
fordert allerdings bei Änderung des Konvergenzwinkels während der Aufnahme eine Kalibrierung
für jede mögliche Brennweite, was sehr umfangreich ist und somit zur Auffindung von Epipolar-
linien nur in begrenztem Maße zu empfehlen ist. Dies bedeutet, für eine festgelegte Brennweite
und Fokussierung ist diese Art der Bestimmung von γ erfolgreich.
2.3.2 Berechnung des virtuellen Abstandes
Der virtuelle Abstand eines Objektes bei der Wiedergabe gibt an, in welcher Entfernung sich das
virtuelle Objekt (siehe Abbildung 2.9) zu befinden scheint.
virtuelles
Objekt
Wiedergabeebene
Projektor Projektor
dk
p P
b 0
dk
2 2
Abbildung 2.9: Schematische Darstellung der Projektion eines virtuellen Objektes.
Dieser Abstand hängt von mehreren Faktoren ab und ist in der Regel nicht gleich der Entfernung
des Objektes von der Kamera bei der Aufnahme. Um diesen zu berechnen kann Abbildung 2.1
genutzt werden, da hierbei die Abbildung auf dem Bildsensor der Kamera analog der im mensch-
lichen Auge verläuft [Her07].
Die virtuelle Entfernung (avirt) hängt von der Größe der Projektion ab. Dabei sei der Abstand des
Betrachters zum Wiedergabemedium eP , der Augenabstand b0 und die Deviation der wiedergege-
eP
t
f 0
virt
a
virt

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 31
benen Bilder pP wodurch sich die Beziehung in Formel 2.40 ergibt.
avirt = b0 · eP
2 · pP
(2.40)
Zur Berechnung der Deviation der projizierten Bilder (pP ) wird der Vergrößerungsfaktor (V ) aus
Formel 2.19 benötigt, welcher das Größenverhältnis zwischen Wiedergabeabbildung und Abbil-
dung auf dem Bildsensor einer Kamera angibt.
Die Deviation dk auf den Bildsensoren der Kameras errechnet sich durch
dk = bk · fk
2 · a
wodurch die Deviation pP auf der Projektionfläche
pP = V · dk = aP
ist. Werden diese Formeln nun in Formel 2.40 eingesetzt, ergibt sich als virtueller Abstand
avirt = b0 · eP
2 · pP
2.3.3 Berechnung der virtuellen Tiefe
fP
· dk
= b0 · fP · eP
bk · fk · aP
(2.41)
(2.42)
· a (2.43)
Die virtuelle Tiefe beschreibt, wie groß der Tiefeneindruck des dargestellten Objektes ist. Bei-
spielsweise sollen meist bei der Darstellung von Kugeln oder anderen runden Objekten diese nicht
durch eine übertriebene Tiefenwirkung, elliptisch dargestellt werden.
Ausgehend von der Abbildungsgröße des Objektes im Auge des Betrachters h0 und nach Abbil-
dung 2.9 kann die virtuelle Objektgröße gvirt über die Höhe h0 und die virtuelle Tiefe tvirt über
die Deviation beschrieben werden.
Es sei
· gobj
(2.44)
a
die Höhe der Objektabbildung im Auge des Betrachters wobei hobj die reale Objekthöhe bezeich-
h0 = f0
net. Durch Umstellen dieser Formel für virtuelle Werte ergibt sich:
h0 = f0
· gvirt
avirt
was sich durch den Vergleich mit den Formeln 2.40, 2.19, 2.41, 2.42 und 2.43 zu:
gvirt = fk · avirt · aP
fP · eP · a · gobj = b0
umstellen läßt. Die virtuelle Objekttiefe tvirt kann durch
d = b0 · f0
a 2 virt
also der Deviation ermittelt werden, welche sich nach:
umstellen lässt.
· tvirt
tvirt = bk · fk · a 2 virt
bK
· gobj
(2.45)
(2.46)
(2.47)
· aP
b0 · fP · eP · a2 · t (2.48)

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 32
2.3.4 Berechnung der Betrachterposition
Für den optimalen Betrachtungsabstand vom projizierten Stereobild, welcher theoretisch jener ist,
bei dem dargestellte Objekte gleich wahrgenommen werden, existieren zwei Ansätze.
Zum einen der orthostereoskopische, also formtreue und zum anderen der Ansatz der form- und
größentreuen Abbildung, auch tautostereoskopische Abbildung genannt [Her07].
Dabei tritt eine tautostereoskopische Abbildung nur auf, wenn b0 = bk und gleichzeitig
fP · eP
fk · aP
= eP
V · fk
= 1 (2.49)
gilt. Um prinzipiell gleiche Winkel δ zu erreichen muss die Aufnahmebasis bk gleich dem Augen-
abstand sein. Desweiteren, wie in Formel 2.49 gezeigt, muss das Verhältnis der Entfernungen von
Projektor und Betrachter zur Projektionsebene stimmen. So lässt sich der Betrachtungsabstand
einer tautostereoskopischen Abbildung ePtauto nach Formel 2.50 bestimmen.
ePtauto = fk · aP
fP
Für eine orthostereoskopische Abbildung gilt:
fP · eP
fk · aP
= V · fk
(2.50)
= 1 (2.51)
da hier die Bedingung für die Stereobasis nicht zu beachten ist. Dies liegt darin begründet, dass bei
Veränderungen der Stereobasis, wie in Kapitel 2.1.3 beschrieben, eine Größenveränderung auftritt,
jedoch keine Formveränderung. Weiter bedeutet dies, dass Personen, die weiter von der Projek-
tionsfläche entfernt sind, eine größere virtuelle Tiefe wahrnehmen, da die virtuelle Größe gleich
bleibt. Ebenso wie Personen, die sich näher an der Projektionsfläche befinden, einen flacheren
Tiefeneindruck erfahren.
In der Praxis stellte sich jedoch heraus, dass subjektive Kriterien einfließen [Pas87].
2.3.5 Wiedergabemethoden
Die Wiedergabe stereoskopischer Bildinhalte kann über vielfältige Methoden realisiert werden
welche hier der Vollständigkeit halber gegeben werden sollen. Da die Wiedergabe der Stereovi-
deos mit der entwickelten Stereovideokamera ein Teil der Aufgabenstellung dieser Diplomarbeit
darstellt.
Im Allgemeinen wird zwischen der Wiedergabe auf einem Bildschirm und der auf mehreren Bild-
schirmen (mit Hilfe von Projektoren) unterschieden. Diese Varianten werden im Folgenden kurz
erläutert.
2.3.5.1 Head Mounted Displays
Bei Head Mounted Displays (HMD), oder auch Videobrille genannt, handelt es sich um ein tragba-
res Gerät ähnlich einer Brille, welches mit Hilfe von zwei kleinen Bildschirmen Raumbilder dar-
stellt. Moderne HMDs sind mit einem Virtual retinal display (VRD) ausgestattet. Diese Technik

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 33
projiziert ein Bild direkt auf die Netzhaut. Zusammen mit einer transparenten bzw. transluzenten
Brille kann das Auge die Umgebung sowie die Darstellungen der Brille gleichzeitig erfassen. Ein
weiterer Vorteil ist, dass das Bild skaliert werden kann und somit das gesamte Blickfeld ausgenutzt
wird [Wik07b].
2.3.5.2 Polarisation
Die Polarisationstechnik unterscheidet sich durch den Einsatz von linearer und zirkularer Polari-
sation.
Bei der linearen Polarisation werden Bilder mit einem Stereo-Diaprojektor oder zwei Beamern
auf eine Leinwand projiziert, wobei beide Objektive mit um 90 Grad versetzten Polarisations-
filtern bestückt werden. Die Zuschauer bekommen Polarisationsbrillen, die beide Bilder wieder
voneinander trennen. Dabei können die Einzelbilder leicht abgedunkelt durch die Filter, ohne
Farbeinschränkungen betrachtet werden. Es wird keinerlei Übung benötigt, um den Stereoeffekt
wahrzunehmen. Allerdings verschwindet der Stereoeffekt, wenn der Kopf geneigt wird, da die
Bilder in diesem Fall nicht mehr getrennt werden. Diese Projektionsmethode ist heutzutage die
am weitesten verbreitetste. Zum einen, da polarisierte Brillen relativ preisgünstig erhältlich sind
zum anderen, da die Verwendung von zirkularer Polarisation nur in den mittleren Wellenlängen
des sichtbaren Lichtes optimal eingesetzt werden kann. Bei relativ hohen, oder niedrigen Wellen-
längen müssen hier Geisterbilder in Kauf genommen werden.
Zirkulare Polarisation wird erreicht, indem eine linear polarisierte Lichtwelle durch einen Kristall
geleitet wird, in welchem die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichtes von der Schwingungs-
achse eines elektrischen Feldes abhängt. Ist das Licht vor dem Kristall parallel oder waagrecht
zur optischen Achse polarisiert, so geschieht entweder gar nichts oder es wird die gesamte Welle
etwas gebremst. Schwingt das Licht im 45 ◦ -Winkel zur optischen Achse, so ergibt sich rechtszir-
kulares Licht. Beim Winkel von −45 ◦ dreht sich das Licht genau in die andere Richtung, es wird
also linkszirkular [Weh07].
2.3.5.3 Schieltechniken
Parallelblick Bei dem Parallelblick wird versucht mit den Augen auf einen weit entfernten
Punkt zu konvergieren, sodaß die Augenachsen nahezu parallel verlaufen. In diesem Zustand muss
der Betrachter nun auf zwei Bilder vor sich akkomodieren (scharfstellen) und es ergibt sich ein vir-
tuelles drittes Bild zwischen den beiden betrachteten, welches über stereoskopische Tiefe verfügt.
Dieses Methode ist durch die unnatürliche Betrachtungsweise sehr unangenehm und kann nicht
über längere Zeit vollzogen werden. Außerdem muss diese Methode trainiert werden, was bei
erfolgreicher Erlernung den Vorteil bietet, ohne jegliche Hilfsmittel Raumbilder wahrzunehmen.
Kreuzblick Ähnlich dem Parallelblick ist die Methode des Kreuzblickes. Dabei konvergieren
die Augen des Betrachters auf einen sehr nahen Punkt und akkomodieren auf einen weiter weg

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 34
liegenden Punkt. So sieht das linke Auge das rechte Bild und das rechte Auge das linke Bild.
Auch bei dieser Methode entsteht ein drittes virtuelles Raumbild in der Mitte.
2.3.5.4 Stereoskop
Das Stereoskop ist vergleichbar mit einem Feldstecher, in dem die Bilder als Positivfilme (Dia)
eingelegt werden. Durch Linsen werden die Bilder etwas vergrößert und jedes Auge sieht genau
ein Bild. Dieses Hilfsmittel ist eines der ältesten Geräte zur Betrachtung von stereoskopischen
Aufnahmen, welches die Methode des Parallelblickes realisiert und diese unterstützt.
2.3.5.5 LCDShutter-Brille
Eine Shutterbrille ist ein zur Betrachtung von Stereographiken auf einem Monitor eingesetztes
Gerät. Der Computer gibt abwechselnd das linke und rechte Bild aus und steuert eine Brille mit
Flüssigkristallscheiben an. Dabei wird im gleichen Takt der Bilder jeweils eine Seite undurchsich-
tig. Dieses Verfahren reduziert die Bildwiederholrate effektiv auf die Hälfte. Die Auflösung des
Monitors kann voll genutzt werden und man benötigt keinerlei Übung. Bei Bildwiederholraten von
mehr als 100 Hz. ist eine flimmerfreie Wiedergabe möglich, worin die Einsatzbegrenzung liegt,
da z.Zt. lediglich Röhrenmonitore einen ausreichend schnellen Bildaufbau ermöglichen um Shut-
terbrillen einzusetzen. Bei LCD Bildschirmen reagieren die Flüssigkristalle nicht schnell genug
auf den Wechsel zwischen rechtem und linkem Bild, was Störbilder zur Folge hat. Shutterbrillen
können im Pageflipping Modus betrieben werden, dabei wird abwechselnd ein linkes- und rechtes
Vollbild dargestellt. Ein weiterer Modus dieser Technik ist der Interlaced Modus, wobei auf Röh-
renmonitoren der Bildaufbau durch Halbbilder genutzt wird. Es wird hier immer ein linkes und
rechtes Halbbild abwechselnd dargestellt, wobei die Auflösung pro dargestelltem Bild halbiert
wird, aber eine Bildwiederholrate von ca. 60 Hz. ausreicht um Raumbilder darzustellen. Wenn die
Wiedergabe im Interlaced Modus nicht unterstützt wird, kann das Lineblanking Verfahren genutzt
werden, bei dem in ein Vollbild verschachtelte Halbbilder der zwei Ansichten kodiert werden, der
Controller der Shutterbrille übernimmt die Interlaced-Darstellung. Als viertes Verfahren existiert
das Synchdoubling Verfahren wobei die Halbbilder der linken und rechten Ansicht übereinan-
der an den Shuttercontroller gesendet werden, welcher nach der Darstellung des oberen Teils ein
Synchronsignal sendet, wodurch der Elektronenstrahl wieder an den Nullpunkt der Monitorröhre
gebracht wird und das untere Halbbild darstellt. Dabei kann durch fehlerhafte Synchronsignale ein
Höhenversatz entstehen, was zur Folge hat, daß das System nicht verbreitet eingesetzt wird.
2.3.5.6 Prismenbrille
Bei dem Einsatz von Prismenbrillen, auch KMQ nach den Initialen der Erfinder 11 genannt, werden
beide Bilder übereinander gelegt. Vorteil dieser Technik ist, dass keine Filter benötigt werden und
auch keine besondere Projektionsfläche notwendig ist. Eine Prismenbrille, die das Licht auf beiden
11 Dr. Christoph Koschnitzke, Reiner Mehnert und Dr. Peter Quick

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 35
Seiten unterschiedlich bricht führt jedem Auge ein Bild zu. Dabei werden diese allerdings leicht
gestaucht und es können an kontrastreichen Stellen des Bildes farbige Säume entstehen. Außerdem
ist ein fest definierter Abstand zum Bild einzuhalten, der von Größe und Abstand der Stereobilder
abhängt [Qui07].
2.3.5.7 Interferenzfiltertechnik
Die Interferenzfiltertechnik oder Wellenlängenmultiplex arbeitet nach einem Farbbandpass Ver-
fahren mit kammartig verschachtelten Bandpässen (siehe Abbildung 2.10). Hierbei werden die
Bilder für das linke und rechte Auge mit Grundfarben unterschiedlicher Wellenlänge projiziert
z.B.
linkes Auge: rot 629nm, grün 532nm, blau 446nm
rechts Auge: rot 615nm, grün 518nm, blau 432nm
Abbildung 2.10: Funktionsprinzip der Infitec Interferenzfiltertechnik aus [Dai07]
Bei dieser Betrachtungstechnik ist der Kopf beliebig neigbar und es wird keine Spezial-Leinwand
benötigt. Die Brillen und Filter sind jedoch vergleichsweise teuer und man muss leichte Farbver-
fälschungen je Auge (rosa/hellgrün) in Kauf nehmen [Dai07].
2.3.5.8 Prismen-Oberfläche
Eine Prismen-Oberfläche, auch Lenticular genannt, wird z.B. bei Stereopostkarten eingesetzt. Bei-
de Bilder werden spaltenversetzt nebeneinander unter einer geriffelten Folie platziert. Dabei wird
immer zwischen Spalten des linken und rechten Bildes gewechselt. Durch die schmalen Prismen

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 36
schaut das rechte Auge auf die Streifen des rechten Bildes, analog das linke Auge. Diese Tech-
nik wird meist mit mehr als zwei Bildern noch verbessert. So existieren beispielsweise Monitore,
welche fünf Ansichten, meist von synthetischen Bildinhalten, darstellen. Nachteil ist, dass bei Pro-
jektion von Stereofotos drei Zwischenbilder interpoliert werden. Das führt zu Qualitätseinbußen
und somit zu einer geringeren darstellbaren Auflösung der Bildschirme [Inc07b].
2.3.5.9 Anaglyphen Verfahren
Beim anaglyphen Verfahren werden die Teilbilder unterschiedlich eingefärbt und übereinander
gelegt. Die Trennung der Bilder für jedes Auge wird durch Farbfolien realisiert, wobei die Primär-
farben Rot, Blau, oder Grün verwendet werden. Anaglyphen sind mit jedem Medium kompatibel,
werden aber durch entstehende Farbverfälschungen nicht im Videobereich genutzt. Hier kommt
hinzu, dass Farbkodierungsverfahren, welche im Fernseh- und Videobereich verwendet werden,
nicht für die Darstellung von Anaglyphen geeignet sind. Meist werden Rot-Blau-, oder Rot-Grün-
Brillen eingesetzt, wobei die Kanaltrennung bei Rot-Blau Brillen durch die größere Farbdifferenz
effizienter ist.
Echte Anaglyphenbilder können keine Farben reproduzieren, deshalb dienen hierbei meist Grau-
stufenbilder als Vorlage.
Zum zweiten existieren graue Anaglyphen, die sich durch die Verwendung aller drei Primärfarben
auszeichnen. Für das rechte Bild werden grüner und blauer Kanal genutzt und mit einem Cyan
Filter betrachtet. Für das linke Bild wird der rote Kanal verwendet. Dadurch wird das Raumbild
heller und farbneutraler, enthält aber auch geringe Störbilder.
Als drittes existieren farbige Anaglyphen, welche eine geringe Farbwiedergabe erlauben. Dabei
werden grüne und blaue Farbanteile gut wahrgenommen, da sie einem Auge zugeführt werden,
und rote eher schwach gesehen.
2.3.5.10 Pulfrich-Verfahren
Bei dem Pulfrich Verfahren handelt es sich um ein quasistereoskopisches Verfahren, welches eine
Dunkel-Hell-Brille nutzt. Durch den Effekt, dass das Gehirn dunkle Bilder später wahrnimmt als
helle und die rechte Seite der Brille abgedunkelt ist, wirkt eine Filmsequenz, bei der sich die Ka-
mera von rechts nach links bewegt, durch die Brille betrachtet, dreidimensional. Das linke Auge
sieht das aktuelle Bild, während das rechte Auge ein dunkleres Bild sieht, welches zeitversetzt
wahrgenommen wird. Diese auch von diversen Fernsehsendern präsentierte Variante funktioniert
nur bei seitlichen Kamerafahrten. Bewegt sich die Kamera nicht, wird kein Raumbild wahrgenom-
men.
2.3.6 Mögliche Bildstörungen in stereoskopischem Video
Zu der im Kapitel 2.3.1 beschriebenen Korrektur von konvergenten Aufnahmen kommen noch
andere Störungen hinzu, welche nachfolgend erwähnt und kurz erläutert werden sollen.

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 37
2.3.6.1 Höhenfehler
Höhenfehler entstehen wenn die Stereokamera bei der Aufnahme nicht Horizontal ausgerichtet
wurde oder die ptischen Achsen der Stereokamera vertikal divergieren. Sie resultieren in Raum-
bildern welche stereoscopisch nicht wahrgenommen werden können, da ein „normalsehendes“
menschliches Auge und das „verarbeitende“ Gehirn bei vertikalen Differenzen korrespondieren-
der Bildpunkte keine Zuordnung dieser treffen kann.
Zur Eliminierung von Höhenfehlern ist ein Filtermechanismus denkbar, welcher die bei der Auf-
nahme eventuell entstandenen Höhenfehler zur Laufzeit korrigiert. Dazu müsste ein Algorithmus
implementiert werden, der markante Bereiche in beiden Bildern sucht und deren Höhe angleicht.
Dieser Algorithmus könnte Höhenfehler durch Verkippung eliminieren. Für den Fall, dass die
optischen Kameraachsen bei der Aufnahme nicht vertikal parallel ausgerichtet sind kann dieser
Algorithmus keine Lösung liefern da bei diesen Aufnahmen der Höhenfehler abhängig von der
Entfernung des Objektpunktes ist.
2.3.6.2 Randlichtabfall
Weiterhin sollten Fehler bei der Projektion behoben werden. Beispielsweise entsteht bei jeder Pro-
jektion ein heller Fleck, der durch den natürlichen Randlichtabfall bedingt ist. Dies bedeutet, dass
um die Achse, die zwischen Betrachter und Projektor entsteht, ein helleres Bild projiziert wird.
Das sogenannte „Cos 4 -Gesetz“, siehe [DAK06], beschreibt diesen Effekt, der in Abbildung 2.11
gezeigt ist. Die Eliminierung eines solchen Randlichtabfalls erfolgt über eine transparente Maske,
welche den helleren Bereich so abdunkelt, dass das komplette Bild eine gleichmäßige Helligkeit
hat. Die einfachste Methode solch eine Maske zu generieren, besteht in der Aufnahme einer Pro-
jektion eines weißen Bildes mit einer analogen Kamera. Das Negativ dieses Fotos wird nach der
Entwicklung vor eine Projektor-Bildebene gebracht und eliminiert somit den Randlichteffekt. Bei
Nutzung eines Computers kann diese Maske als Alphamaske über das zu projizierende Bild ge-
legt werden. Allerdings tritt der Effekt, wie erwähnt, relativ zum Betrachter auf, weswegen eine
optimale Transformation nur durch Tracking des Betrachters möglich ist.
2.3.6.3 Verzeichnung
Bei Verzeichnung handelt es sich um Abbildungsfehler optischer Systeme welche durch die un-
terschiedliche Dicke der Linsen zustande kommt. Da konvexe Linsen zum Rand hin dünner sind
als in der Mitte (und konkave Linsen zum Rand hin dicker als in der Mitte) kommt es zu Brenn-
weitenunterschieden. Diese bewirken eine kissenförmige (oder tonnenförmige) Verzeichnung.
Zur Berichtigung dieser Verzerrungen wird ein kalibriertes Muster benötigt, welches nach der Ab-
lichtung mit dem aufgenommenen Bild verglichen wird. Bei der Elimination von Verzeichnungen
von Projektoren kann diese Methode ebenfalls verwendet werden. So kann eine Transformation

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 38
a) b) c)
Abbildung 2.11: Randlichtabfall bei Nutzung von Projektoren. a) Mittige Projektion b) Schrägprojektion
c) Schrägprojektion auf spezielle Leinwand
aufgestellt werden, die eine Kamera „kalibriert“. Hier wird ein bekanntes Muster projiziert und
von einer bereits kalibrierten Kamera wieder aufgenommen.
2.3.6.4 Aberration
Aberration beschreibt den Effekt, dass Lichtstrahlen sich hinter einer Linse nicht in einem Punkt
treffen. Dabei unterscheidet man zwischen chromatischer Aberration und sphärischer Aberration.
Die chromatische Aberration (auch Farbsaum) ist ein Abbildungsfehler optischer Linsen welcher
von der Wellenlänge des Lichtes abhängt. Licht verschiedener Wellenlängen wird, durch unter-
schiedliche Brechung in einer Linse, in verschiedenen Punkten fokussiert.
Eine Korrektur dieses Effektes ist nur während der Aufnahme möglich indem Linsen verschiede-
ner Glassorten verwendet werden und so, durch die unterschiedlichen Brechzahlen der Linsen, die
Farbanteile zusammenfallen.
Bei der sphärischen Aberration tritt der Effekt auf, dass bei Linsenoberflächen, welche eine Ku-
gelfläche beschreiben, die Bündelung parallel eintreffender Strahlen in einem Brennpunkt nur für
achsennahe Lichtstrahlen gegeben ist. Dadurch wird das scharfe „Kernbild“ von einem unscharfen
Bild überlagert. Dieser Effekt kann ebenfalls nur bei der Aufnahme durch Wählen einer „größe-
ren“ Blende oder dem Einsatz von asphärischen Linsen mit parabelförmigem Querschnitt behoben
werden.
2.3.6.5 Krümmung der Tiefenebene
Bei konvergenter Aufnahme von Stereovideos kommt es, wie in Abbildung 2.12 a) dargestellt zu
einer Krümmung der Tiefenebenen. Das Resultat dieser Verzerrung führt dazu, dass Objekte am

2.3. WIEDERGABE STEREOSKOPISCHER BILDINHALTE 39
c)
Zi (m)
a) b)
8 9
Zo (m)
Abbildung 2.12: Schematische Darstellung einer a) konvergenten Aufnahme, b) parallelen Aufnahme
und des c) nicht linearen Tiefeneindruck. Nach [Koc93]
Rand der Szene weiter entfernt als Objekte in der Mitte dargestellt werden. Bei Bewegungen der
Kamera kann dieser Effekt sehr unangenehm wirken. Im Vergleich dazu ist in Abbildung 2.12 b)
eine parallel aufgenommene Szene schematisch dargestellt, bei welcher die Tiefenebenen parallel
zur Projektionsebene abgelichtet werden.
2.3.6.6 Nicht linearer Tiefeneindruck
In Abbildung 2.12 c) ist der Zusammenhang zwischen Objektabstand und Bildabstand für die in
Abbildung 2.12 a) und b) dargestellten Situationen gezeigt. Dabei ist die Konvergenzebene bzw.
Konvergenzlinie bei einem Meter aufgetragen. Bei dem Vergleich der schematischen Darstellun-
gen 2.12 a), b) und c) ist zu erkennen, dass der Tiefeneindruck vor dem Konvergenzpunkt gedehnt
und hinter diesem, bis ins unendliche, gestaucht wird. Daraus resultiert ein Fehleindruck in der
räumlichen Tiefe und der Geschwindigkeitswahrnehmung.

3 Existierende Aufnahmesysteme
Im Bereich der Stereovideokameras existieren verschiedene kommerzielle Produkte, die in diesem
Kapitel vorgestellt werden. Dabei wird auf existierende Kamerahardware und Software eingegan-
gen.
3.1 Kameras
Die existierenden Kameras zur Aufnahme von stereoskopischen Videos sind, wie in Kapitel 2.2.3.3
beschrieben, in zwei Gruppen einzuteilen:
• Stereovideokameras, welche zwei Objektive in einem Kamerakörper besitzen und
• Kamerasysteme, welche aus zwei oder mehreren Einzelkameras bestehen, die zusammen
als Stereoaufnahmesystem arbeiten und als binokulare Kameras bezeichnet werden.
3.1.1 Stereovideokamera
Wie in Kapitel 2.2.3.3 beschrieben, handelt es sich bei einer Stereovideokamera um eine Kamera
mit 2 Objektiven. Einige Produkte dieser Kategorie werden im Folgen genannt und erklärt.
3.1.1.1 21st Century 3DVX3
„21st Century 3D“ entwickelte 2004 eine Kamera namens „3DVX3“. Diese verfügt über zwei 100
Gigabyte Festplatten, auf welchen circa eine Stunde unkomprimierte Videodaten aufgezeichnet
werden können.
Diese werden mit 10 Bit pro Farbkanal, 24 Vollbildern pro Sekunde und einer maximalen Auf-
lösung von 1280 × 720 Pixeln pro Stereoteilbild gespeichert. Die interne Aufnahme erfolgt mit
jeweils 3 CCD 1 Chips, die ihre Daten an zwei interne MacOS X 2,8 Ghz Prozessoren weitergeben.
Diese Prozessoren besitzen zwei Gigabyte Arbeitsspeicher und zur Zwischenpufferung der Daten
acht Gigabyte Flashspeicher [CD07].
Zum Einsatz am Lehrstuhl Computergrafik und Visualisierung ist diese Kamera ungeeignet, da
die maximale Auflösung der Kamera trotz des hohen technischen Aufwands geringer ist als die
1 Ein „Charge-coupled Device“ (ladungsgekoppeltes Bauteil) ist ein elektronisches Bauteil, welches wie ein Schieberegister
arbeitet. Das einfallende Licht überträgt durch einen inneren photoelektrischen Effekt seine Energie auf die
Elektronen eines Halbleiters wodurch es möglich wird ein digitales Bild abzugreifen.
40

3.1. KAMERAS 41
Abbildung 3.1: 21st Century 3DVX3 Kamera [CD07]
in der Aufgabenstellung geforderte High Definition Video Auflösung von 1440 × 1050 Pixel. Im
Weiteren ist es, wie bei allen Stereovideokameras dieser Katergorie, nicht möglich die Stereobasis
zu verändern.
3.1.1.2 Pace Fusion 3d
Das „Pace Fusion 3D“ wird zur Zeit genutzt, um Sportereignisse, wie zum Beispiel die „Natio-
nal Basketball League“ in den USA, in „3D High Definition“ aufzunehmen. Die Fähigkeit, den
Konvergenzwinkel der Objektive zu verändern, bezeichnet Pace als „Dynamic Convergence R○ “.
Dabei sind geringe Konvergenzwinkel von 0 ◦ bis 5 ◦ durch manuelles Justieren möglich. Eine Ver-
stellung der Stereobasis ist bei dieser Kamera nicht möglich [Pac07].
3.1.1.3 TMP S3R 1080i 3D
Die von der „TMP Media Group“ angebotene Schulterkamera „S3R 1080i 3D“ unterstützt das
High Definition Video Format in der 1080i Spezifikation. Dies bedeutet, dass die Kamera mit ei-
ner Auflösung von 1440 × 1080 Pixel und 50 Bildern pro Minute Interlaced Bilddaten speichern
kann.
Die Stereobasis sowie der Konvergenzwinkel können nicht variabel eingestellt werden.
Eine weitere Betrachtung der Eignung im Sinne der Aufgabenstellung erübrigt sich, da der ange-
gebene Preis der Kamera mit 70.000 Euro nicht als preisgünstig im Rahmen der Aufgabenstellung
bezeichnet werden kann [Med07]. Die Preise der anderen genannten Stereovideokameras konnten
nicht ermittelt werden. Da diese Geräte allerdings nur in Verbindung mit Personal gemietet wer-
den können liegt die Annahme nicht fern, dass der angegebene Preis von 70.000 Euro die untere
Grenze der Preislage bildet. 2
2 Annahme des Autors

3.1. KAMERAS 42
Abbildung 3.2: Stereokamera basierend auf zwei Mini-DV Camcordern [DFS07]
3.1.2 Binokulare Kameras
Bei der Verwendung von zwei separaten Kameras in einem Stereovideosystem spricht man von
einem binokularen Stereosystem. Diese Katergorie besteht aus zwei Gruppen, welche sich in der
Bauart der verwendeten Kameras unterscheiden. In der einen Gruppe werden handelsübliche Cam-
corder verwendet und in der anderen sogenannte Industriekameras.
3.1.2.1 Camcorder
Camcorder besitzen den Nachteil, daß bei hoher Auflösung wie z.B. High Definition Video die
Video- sowie Audiodaten komprimiert werden, um diese auf dem Speichermedium unterbringen
zu können. Bei den verwendeten Kompressionsformaten handelt es sich immer um verlustbehaf-
tete Verfahren, welche die Bildqualität vermindern. Als weiterer Nachteil von Camcordern wird
die Technik zur Synchronisation gesehen, da die Genlocktechnologie (siehe Kapitel 4.1.2.1) nur
an hochwertigen somit preisintensiven und in den Abmaßen großen Kameras zu finden ist.
Die existierenden binokularen Stereovideo Kamerassysteme nutzen daher Sony- Digital Videoka-
meras welche über das in Kapitel 4.1.2.2 beschriebene LANC TM Protokoll verfügen. In Abbildung
3.2 ist eine solche binokulare Stereokamera dargestellt.
Diese Kamera basiert auf zwei über das „LANC“ Protokoll synchronisierte Sony DCR-HC96E
Camcorder. Durch die feste Montage dieser auf eine Metallplatte ist keine Änderung der Stereoba-
sis oder der Konvergenz möglich. Dieser Aufbau ist aufgrund der Bauweise typisch für binokulare
Stereokameras zum Einsatz im Heimbereich, da eine einmalig beim Bau der Kamera ausgeführte
Justierung nur im Rahmen von Materialtoleranzen schwankt. Umso mehr Freiheitsgrade für die
Justierung der Kameras geschaffen werden, desto schwieriger und komplizierter wird der Um-
gang mit dieser. Da für fast alle Einstellungen bei der Aufnahme stereoskopischer Videos, die

3.1. KAMERAS 43
Standardgeometrie, sprich die parallele Ausrichtung der Kameras genutzt wird, stellt dies keine
schwerwiegende Einschränkung dar.
Für den wissenschaftlichen Einsatz im Rahmen der Aufgabenstellung dieser Arbeit und der wei-
teren Verwendung der Kamera sollten jedoch so viele Freiheitsgrade wie möglich an der Kamera
realisiert werden.
3.1.2.2 Industriekameras
Industriekameras haben den Nachteil, dass sie keine Speicherung der Daten in der Kamera ermög-
lichen, sodaß externe Speichermedien verwendet werden müssen. Ebenfalls wird der Ton nicht
direkt von der Kamera aufgenommen. Deswegen ist es notwendig, bei einem mobilen Einsatz ein
Aufnahmegerät für die Videodaten, sowie ein weiteres für die Speicherung von Audiodaten mitzu-
führen. Zusätzlich muss eine Stromversorgung für diese Geräte und die Kameras vorhanden sein.
Ein weiterer Nachteil liegt in den Objektiven von Industriekameras, die meist manuell bedient
werden müssen, um die Brennweite und die Fokussierung einzustellen. Somit müssen hier weitere
Aufwendungen zur Synchronisierung dieser Werte getroffen werden.
Als Vorteil der Industriekameras ist zu sehen, dass eine Synchronisierung der Aufnahme durch
einfaches Verbinden der Kameras oder durch Anlegen eines Synchronisationssignales erledigt ist.
Weiterhin sind Industriekameras in ihren Abmaßen, im Vergleich zu Camcordern, verhältnismäßig
klein, was geringe Stereobasen ermöglicht.
Abbildung 3.3: Stereokamera basierend auf zwei Industriekameras [Rub07]
Durch die Nachteile bei der Speicherung der Daten und die dadurch entstehenden Probleme im
mobilen Einsatz wird hier nicht weiter auf Industriekameras eingegangen.

3.2. EXISTIERENDE SOFTWARE 44
3.1.3 Strahlenteiler
Der Einsatz von Strahlenteilern, welche in Kapitel 2.2.3.2 beschrieben werden, wird im Video-
bereich durch den Verlust der halben Auflösung bei der Verwendung einer Kamera nicht genutzt.
Eine effektivere Variante bildet ein Vorsatz für ein Objektiv, welcher die Aufnahme von linker
und rechter Ansicht eines Stereobildpaares nacheinander ermöglicht. Dabei rotiert ein Spiegel vor
dem Objektiv, der das Lichtstahlenbündel jedes zweiten Bildes über einen zweiten Spiegel lenkt.
Die Stereobasis stellt dabei der Abstand der beiden Spiegel dar. In Abbildung 3.4 ist ein solcher
Adapter der Firma „NuView“ dargestellt.
Abbildung 3.4: NuView Adapter zur zeitsequentiellen Aufnahme von Stereobildpaaren [IDS07]
Der Nachteil dieser Methode ist durch die halbierte Bildrate begründet. Halbierung der Bildrate
bei Aufnahme im Interlaced 3 Modus bedeutet weitergehend, daß die Auflösung in vertikaler Rich-
tung halbiert wird. Bei Aufnahme im progressiven 4 Modus kann solch ein Adapter nicht genutzt
werden, da die Bildwiederholrate zu gering ist. Das Aufzeichnen von Einzelbildern ist mit diesem
Gerät nicht möglich. Die Stereobasis kann nicht verändert werden, jedoch kann die Konvergenz
der optischen Achsen durch Verschieben des Spiegels eingestellt werden.
3.2 Existierende Software
Aus dem Bereich der Software zur Ver- und Bearbeitung von stereoskopischen Videos werden im
Folgenden einige Programme vorgestellt und deren Funktionen beschrieben.
3.2.1 Aufnahme & Enkodierung
Da die Aufnahme von stereoskopischen Videos auf verschiedene Arten erfolgen kann (siehe Ka-
pitel 2.2) sind zur Umkodierung in die jeweiligen Betrachtungsformate (siehe Kapitel 2.3.5) ver-
schiedene Anwendungen verfügbar. Gerade im Bereich der Stereofotografie existiert eine Vielzahl
3 Bei Aufnahme im Interlaced Modus wird jede zweite Zeile des Bildes mit doppelter Bildfrequenz aufgezeichnet.
4 Bei progressiver Aufnahme werden Vollbilder aufgenommen.

3.2. EXISTIERENDE SOFTWARE 45
von Softwareprodukten zur Erstellung von Anaglyphenbildern. Im Videobereich begrenzt sich die
Produktvielfalt Menge auf vier Anwendungen. Diese sind der „Stereoscopic Multiplexer“ von
der Firma „WimmerSoft“ [Wim07], „Stereo Movie Maker“ [Sut07], „3DCombine“ [inc07a] und
„More3D SoftwareSuite“ [Gmb07]. Diese werden im Weiteren genauer beschrieben.
3.2.1.1 3DCombine
3DCombine wird als eine „Shareware“ 5 vertrieben, welche das .AVI-Format lesen und Stereovi-
deos im Anaglyph, Side-by-Side (Nebeneinander) und Übereinander Format erzeugen kann. Eine
spezielle Funktion dieser Software ist die Erstellung von Tiefenkarten [inc07a].
Die Software ist allerdings nicht ausreichend robust, da es des öfteren zu Fehlern und Program-
mabstürzen kommt. Dies liegt an der Inkompatibilität mit verschiedenen Videocodecs und Bild-
formaten.
3.2.1.2 Stereoscopic Multiplexer
Bei dem „Stereoscopic Multiplexer“ Version 0.5.2 der Firma „WimmerSoft“ handelt es sich um
einen lizenzpflichtigen Treiber 6 zur Aufnahme stereoskopischer Videos. Dieser nimmt von ver-
schiedenen Eingabequellen (Digital Video, Firewire, USB Kameras oder Videodateien) Daten
entgegen und gibt sie im Side-by-Side (Nebeneinander) Format weiter. Die Software arbeitet sehr
robust und hat bei Tests keine Fehler gezeigt.
3.2.1.3 Stereo Movie Maker
Bei dem „Stereo Movie Maker“ Version 0.93 handelt es sich um eine Freeware 7 , welche separa-
te oder Stereovideos öffnen und anschließend umkodieren kann. Dabei wird die Erstellung von
Anaglyph-, Side-by-Side-, Übereinander- sowie Interlaced Formaten unterstützt. Der Anschluss
zweier Kameras wird nicht unterstützt.
3.2.2 Wiedergabe
Bei der Wiedergabe stereoskopischer Videos können je nach Stereovideoformat verschiedene An-
wendungen genutzt werden. So kann ein im Anaglyphenformat abgespeichertes Video ohne spe-
zielle Software abgespielt werden. Die Wiedergabe von Videos im Side-by-Side Format auf zwei
übereinander justierten Beamern bedingt bei Verwendung von Grafikkarten, welche das Erweitern
des Desktops und des dazugehörigen Overlayspeichers 8 erlauben, keiner weiteren Vorverarbei-
tung.
5 Shareware eine Vertriebsform von Software, bei der die jeweilige Software vor dem Kauf getestet werden kann.
6 Bei einem Treiber handelt es sich um eine Software zum Zugriff auf Hardwarekomponenten.
7 Freeware bezeichnet Software welche für Privatanwendungen kostenlos zu nutzen ist.
8 Overlayspeicher wird der Teil des Physikalischen Speichers eines Computers genannt in welchem Bildinformation (
meist in dem Bildwiederholspeicher der Grafikkarte) geschrieben werden um diese direkt auf ein Projektionsgerät
auszugeben.

3.2. EXISTIERENDE SOFTWARE 46
Da nicht vorhergesehen werden kann, in welchem Format der Endverbraucher Stereovideos ab-
spielt, werden diese Videos meist im Side-by-Side oder Übereinanderformat gespeichert, da in
diesen Formaten keine Qualitätseinbußen entstehen. Aus diesem Grund ist es bei der Wiederga-
be von Stereovideos erforderlich eine Konvertierung in die in Kapitel 2.3.5 dargestellten Formate
durchzuführen. Einige, zu diesem Zweck nutzbare Software, wird im Folgenden erläutert.
3.2.2.1 Stereo Movie Player
Der „Stereo Movie Player, Version 0.27“, [Sut07] wird von dem gleichen Autor als Freeware
zur Verfügung gestellt, der den „Stereo Movie Maker“ entwickelt hat. Dieser Player unterstützt
als Eingabevideoformate das Side-by-Side, Übereinander und Interlaced Format. Die Ausgabe
ist hierbei als Anaglyphen, Parallelblick, Kreuzblick, Interlaced (vertikal) für 3D Monitore und
Zeitsequentiell für Shutterbrillen möglich.
Beim Test dieses Players erzeugte die Software einige Fehler. So wurden beispielsweise zwei
Monitore nicht erkannt und verschiedene Videoformate konnten nicht abgespielt werden.
3.2.2.2 Stereoscopic Player
Bei der lizenzpflichtigen Software „Stereoscopic Player“ Version 1.1 [Wim07], welche von Peter
Wimmer [Wim04] in Rahmen einer Diplomarbeit erstellt wurde, handelt es sich um einen robusten
Player, der alle z.Zt. existierenden Darstellungsformen von Stereovideo unterstützt. So werden
Eingabeformate im Side-by-Side, Übereinander, Interlaced Format und in separaten Videodateien
bei der Wiedergabe in Anaglyphen, Zweibildschirmausgabe, vertikal oder horizontal Interlaced
oder für den NVIDIA R○ Stereotreiber transformiert.
3.2.2.3 More3D SoftwareSuite
Bei der komerziellen Software „More3d SoftwareSuite“ handelt es sich um eine Lizenzpflichtige
Software, welche es ermöglicht bei OpenGL und DirectX basierter Software direkt Stereoansich-
ten zu gernerieren und diese anzuzeigen. Diese SoftwareSuite enthält „moreVideo“, eine Software
zur Wiedergabe von Stereovideos. Laut Webseite [Gmb07] handelt es sich dabei um ein univer-
selles Programm zur Wiedergabe von 3D-Filmen unterschiedlichster Formate. Unterstützt werden
das Side-by-Side, Übereinander, Interlaced-Format und in separaten Videodateien abgespeicherte
Ansichten.
3.2.3 Weiterverarbeitung
Für das Gebiet der Verarbeitung von stereoskopischen Videos existieren aktuell, außer kleineren
Softwareprojekten von Universitäten und herkömmlicher Software für die Videobearbeitung, kei-
ne Anwendungen. Der Nachteil der herkömmlichen Videobearbeitungssoftware ist, dass die in der

3.2. EXISTIERENDE SOFTWARE 47
Stereoskopie notwendigen Bearbeitungsoperationen, wie beispielsweise das Ändern der Deviati-
on im Bild oder das Hinzufügen eines Titels, nicht unterstützt werden und nur sehr umständlich
durchgeführt werden können.
Ideal wäre hier die Entwicklung einer Videobearbeitungsanwendung, die ein direktes Manipu-
lieren von Stereovideos erlaubt und die in Kapitel 5.3 genannten Richtlinien zur Editierung von
Stereovideos einhält.

4 Aufnahmesystem
Aufgabe im Rahmen dieser Arbeit ist die kostengünstige Entwicklung einer Stereovideokamera.
Die dazu durchgeführten Aufwendungen werden in diesem Kapitel erläutert. Es wird beschrieben,
welche Kriterien der Auswahl der Kameras vorangegangen sind. Diese werden gegeneinander und
gegenüber der Aufgabenstellung verifiziert und verglichen.
4.1 Kriterien zur Kameraauswahl
Für die Auswahl der Kameras wurden aufgrund der Aufgabenstellung und den technischen Mög-
lichkeiten der Wiedergabe auf der Stereoprojektionswand des Lehrstuhls CGV folgende Kriterien
festgesetzt:
• digitale Speicherung der Bilddaten,
• Eine Auflösung von 1400 Pixel × 1050 Pixel (SXGA+ 1 ),
• Möglichkeit der Synchronisierung beider Kameras,
• Anschlussmöglichkeit für Sensoren,
• preisgünstige, aber leistungsfähige Kameras,
• möglichst kleine Abmaße der Kameras.
4.1.1 Digitale Formate
Die Speicherung der Daten wird bei aktuellen Kameras fast ausschließlich digital angeboten, wo-
bei Unterschiede bei den verwendeten Aufnahmemedien, sowie der Komprimierung der Daten be-
stehen. Es kommen zur Zeit Digital Betacam, DV-Kassetten, Flashdrives, Festplatten oder DVD’s
zum Einsatz, wobei das am meisten genutzte Komprimierungsverfahren MPEG2 ist. Eine Auf-
listung der von den verschiedenen Datenträgern genutzten Komprimierung ist in Tabelle 4.1 er-
sichtlich.
Die Auflösung von 1400 × 1050 Pixel entspricht der Auflösung der zur Wiedergabe eingesetzten
Beamer. Diese Rasterung ist ähnlich den im Folgenden beschriebenen „High Definition“-Formaten
(HD-Formaten).
1 Super Extended Graphics Array Plus
48

4.1. KRITERIEN ZUR KAMERAAUSWAHL 49
Format Datenträger Kompression Datenrate Kompressionsrate
HDV DV-Kassetten MPEG2 25 Mbps MP@H-14
DVD bei 1080i Sampling:
Flashdrives 19 Mbps 4:2:0
Festplatten bei 720p
Digital DV mittels eines 3,125 MByte/sec 5:1
Video Mini-DV JPEG-ähnlichen (25 Mbit/se)
DVCAM Verfahren einzeln
Digital8 codierte Bilder
AVCHD Festplatte MPEG-4 25 Mbps
DVD, Blue-ray AVC/H.264
Flash-Speicher
Betacam SX Metall- MPEG-2 44 Mbps 10:1
partikel- Sampling:4:2:2
band 8-Bit-Auflösung
Profile@MainLevel
(4:2:2P@ML)
DVCAM DV MPEG2 24 MBit/s 5:1
(bzw. mini-DV)
Digital Video Magnetbänder MPEG-2 28,2 Mbit/s
Home System
HDCAM HDCAM-Band YCbCr311, 440 Mbit/s 8-Bit-3:1:1
HDCAM-SR Band YCbCr 422
Festplatte RGB444->MPEG4.
Tabelle 4.1: HDV taugliche Aufnahmemedien und deren Formate.
• „High Definition Video“, kurz HDV stellt eine Entwicklung von Sony und JVC dar. Es han-
delt sich um ein Videoformat für gehobene Ansprüche im Amateurbereich, da die Nachbear-
beitung und Speicherung der Datenraten von ca. 19Mbps für Standard-PCs noch realisierbar
sind. Die Aufzeichnung erfolgt in einem der zwei möglichen Formate:
1. HDV 720p: 1280 × 720 Pixel mit den Frameraten 25p 2 , 30p, 50p oder 60p sowie
optional 24p
2. HDV 1080i: 1440 × 1080 Pixel mit den Frameraten 50i 3 und 60i sowie optional 24p,
25p oder 30p.
• „Digital Video“ (DV) ist der Oberbegriff für den DV-Standard, der 1994 eingeführt wurde.
Seit der Markteinführung 1996 entwickelte sich DV durch einen großen Markt an Endge-
räten rasant, wobei sich ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis gebildet hat. Vor allem
Mini-DV etablierte sich für den Heim- und semiprofessionellen Bereich.
• „Advanced Video Codec High Definition“ (AVCHD) stellt ein digitales Aufzeichnungsfor-
mat für Camcorder dar. Dieser Standard wurde gemeinsam von Panasonic und SONY am
11. Mai 2006 vorgestellt und wird bereits von vielen Produkten eingesetzt. Zur Kompression
der Videosignale wird der hocheffiziente MPEG-4 AVC/H.264 Standard zur Videokompres-
sion verwendet.
• „Betacam SX“ ist ein professionelles digitales Videoformat, das mit einer Datenreduktion
2 p steht für Progressiv und bezeichnet eine Speicherung von Vollbildern
3 i steht für Interlaced und bezeichnet eine Speicherung von Halbbildern

4.1. KRITERIEN ZUR KAMERAAUSWAHL 50
im Faktor 10:1 nach MPEG-2 die abgetasteten Komponentensignale komprimiert. Das For-
mat ist eine Weiterentwicklung von Betacam SP, dem heutzutage meistgenutzten analogen,
professionellen 1/2 Zoll MAZ 4 -Format.
• „DVCAM“ ist eine von Sony hergestellte professionelle Variante von DV (Digital Video).
Die veränderten Merkmale, gegenüber dem im Amateurbereich eingesetzten Digital Video,
sind die Spurbreite von 10 µm auf 15 µm und eine nahezu doppelte Bandgeschwindigkeit
(2,8 cm/s gegenüber DV mit 1,9 cm/s), woraus eine verkürzte Kassettenlaufzeit resultiert
aber auch eine geringere Fehlerquote auf den Bändern. Daraus ergibt sich, dass die gleichen
Informationen auf ca. doppelt so viel Band geschrieben werden können.
• „Digital Video Home System“ (kurz DVHS) ist ein Nachfolger von VHS 5 . Die Aufzeich-
nung erfolgt digital im MPEG-2 Format auf einer DVHS Kassette welche 44,4 Gigabyte
Daten speichern kann. Neben den üblichen Fernsehauflösungen NTSC und PAL beherrscht
DVHS auch die Aufzeichnung von HDTV-Filmen. Das Format wurde 1997 von JVC in
Zusammenarbeit mit Hitachi, Matsushita und Philips entwickelt.
• „HDCAM“ wurde 1997 von Sony entwickelt und ist der HD-Nachfolger von Digital Be-
tacam (Betacam SX). Das Format etablierte sich schnell und wird vor allem als Ersatz
für 35mm Filme in Serien- und Kinoproduktionen eingesetzt. HDCAM Kameras zeichnen
1920×1080 Pixel bei 24, 25, 30 und 100 Bildern/Sekunde auf.
4.1.2 Synchronisierung der Kameras
Die Synchronisierung der Kameras ist in Hinsicht auf die Weiterverarbeitung der digitalen Daten
im Rechner und bei der Wiedergabe dieser wichtig, um unötigen Aufwand bei der Nachbearbei-
tung der Bilddaten zu verhindern. Dies bedeutet, dass die Daten von Kameras, welche zum Bei-
spiel nicht synchron gestartet wurden, im nachhinein bearbeitet werden müssen, um den exakten
Startzeitpunkt für die Wiedergabe zu finden. Desweiteren führen Fertigungstoleranzen dazu, dass
die kamerainternen Oszillatoren, welche für die Aufnahmegeschwindigkeit zuständig sind, leicht
divergieren. Dadurch kommt es zu dem Effekt, dass die Kameras unterschiedlich viele Bilder in
der gleichen Zeit aufnehmen. Diese Disparität S kann mit der nachstehenden Formel 4.1 berech-
net werden. Hierbei seien: f1 die Frequenz der ersten Kamera und f2 die Frequenz der zweiten
Kamera, t sei die Zeit in der die Kameras parallel laufen, und S0 die Differenz der Einschaltzeit-
punkte.
S = f1 − f2
t + S0
(4.1)
f1
Unter der Annahme, dass Kamera 1 mit 25,000 Hz und Kamera 2 mit 25,001 Hz läuft und beide
exakt zeitgleich gestartet wurden, beträgt die Differenz beider Kameraoszillatoren nach einer Mi-
nute 2,4 ms. Nach 17 Minuten würde demzufolge ein Unterschied von 40,8 ms auftreten, woraus
man schließen kann, daß Kamera 2 ein Bild mehr aufgenommen hätte.
Die Auswirkungen dieser Synchronisationsfehler stellen sich in diesem Fall so dar, dass bei der
4 MAZ- Magnetische Aufzeichnung
5 VHS- Video Home System

4.1. KRITERIEN ZUR KAMERAAUSWAHL 51
Nachbearbeitung immer auf Synchronität der Datenströme zu achten ist, da sonst gegebenenfalls
Audiospuren nicht mehr synchron zum Video ablaufen und der Tiefeneindruck der Stereoprojek-
tion verloren geht.
Um dies zu vermeiden wird in Studio-Umgebungen das GENLOCK (Generator Locking) System
einsetzt.
4.1.2.1 Genlock
Dieses System ermöglicht es Videosignalquellen durch einen äußeren Takt zu steuern. Ohne diese
Synchronisation würde das Umschalten zwischen den Geräten zu einer kurzen Bildunstabilität
führen, wie sie z.B. beim Umschalten eines Fernsehsenders auftritt. Der Fernseher benötigt hierbei
eine geringe Zeit um sich auf die Frequenz des Videosignals einzustellen.
Die vier Hauptaufgaben, die man mit dem Genlock-System erreichen kann sind:
• vertikale Synchronisation,
• horizontale Synchronisation,
• Bildsynchronisation,
• und Farbsynchronisation.
4.1.2.2 LANC TM
Ein weiteres System, welches zwar ursprünglich nicht zur Synchronisation, sondern vornehmlich
zur Fernsteuerung von Kameras gedacht war, ist das LANC TM (auch „control L“ genannt) Pro-
tokoll. Es handelt sich um ein von Sony entwickeltes Protokoll, welches den gleichnamigen An-
schluss an Sony Kameras nutzt und zur kabelgebunden Kommunikation zwischen Fernbedienung
und Kamera konzipiert ist. Einsatz findet es meist in Unterwassergehäusen oder an Helmkameras.
Desweiteren existieren zusätzlich das Sony Infrared Remote Control System (SIRCS/CTRL-S),
das die Funktion der Fernbedienung über Infrarot ermöglicht, und das S-LINK/CTRL-A(II) Sy-
stem, das ein zweiadriges bidirektionales Bussystem darstellt, an das mehrere Geräte gleichzeitig
angeschlossen sein können.
Über die LANC TM Schnittstelle erhält der Camcorder Steuerbefehle und gibt Zählerstand, Lauf-
werkstatus und andere Daten zurück [Boe07].
Alle Einstellungen der Firmware eines Camcorders, können durch Verändern von Informationen,
welche auf 16 Seiten (0-F) im Speicher bestehend aus 256 Adressen (00-FF) mit 8-Bit Daten ab-
gelegt werden, erreicht werden. Im Anhang auf Seite VIII in Tabelle A.1 sind die Parameter dieses
Protokolls dargestellt.
So kann bei Kameras, die diese Funktion unterstützen der interne Oszillator der Kamera und damit
die Frequenz auf einer bestimmten Seite und Adresse abgefragt und teilweise eingestellt werden.
Außerdem können „normale“ Ferndienungsbefehle an die Kamera gesendet werden, so beispiels-
weise Signale zum Ein und Ausschalten, Zoom, Aufnahme und zur Veränderung der Fokussierung.

4.1. KRITERIEN ZUR KAMERAAUSWAHL 52
4.1.2.3 Control M
Das „Control M“ Protokoll ist von Panasonic entwickelt worden und arbeitet prinzipiell nach dem
gleichen Prinzip wie das LANC TM Protokoll. Trotzdem sind beide zueinander inkompatibel, da
der Datensatz des „Control M“ Protokolls nicht alle Funktionen der Camcorder Firmware unter-
stützt. Die Kommunikation mit der Kamera, welche bei „Control M“ über einen 5 poligen Stecker
und beim „LANC TM “ über einen 2,5mm Klinkenstecker vollzogen wird, unterscheidet sich bis
auf das Vorhandensein eines Anschlusses für Steuersignale zwischen der Fernbedienung und der
Kamera, welche bei Panasonic nicht existieren.
4.1.3 Anschlussmöglichkeit für Sensoren
Die zu entwickelnde Stereovideokamera soll über eine Anschlussmöglichkeit für weitere Senso-
ren verfügen. Vorstellbar sind hier Möglichkeiten zur Nutzung von GPS- oder Höhensensoren,
Kompass oder Beschleunigungsmessern.
Da es bei einer mobilen Kamera nicht empfehlenswert ist, einen PC mitzuführen, wäre die Mög-
lichkeit, Daten in einen Audiokanal in Videobildern oder in das Kompressionsformat zu schreiben,
neben der externen Speicherung direkt im Sensor, auf einem PDA oder Mobiltelefon, zu erwägen.
Dabei hat die Speicherung im Aufnahmevideo den Vorteil, dass dieses ohne zusätzliche Bearbei-
tung weitergegeben werden kann. Bei einer externen Speicherung müssen demgegenüber Video
und Sensordaten stets nachträglich zusammengeführt werden. Dabei ergibt sich als weiteres Pro-
blem, dass es sehr aufwendig ist, Video, Audio und Sensordaten zu synchronisieren.
Die verschiedenen Varianten der Speicherung direkt im Aufnahmevideo werden nachfolgend kurz
erläutert.
4.1.3.1 Kodierung der Daten in einen Audiostrom
In Abbildung 4.1 ist eine Möglichkeit ersichtlich, welche über einen sogenannten „Datenschuh“
die von einem GPS Sensor gelieferten Informationen und die Ausrichtung des Kompasses an einen
digitalen Audiokanal der Kamera übergibt. Diese Daten werden anschließend nach der Übertra-
gung auf einen Computer wieder entschlüsselt und können weiter verwendet werden.
Wenn nach der Aufnahme die Audiospur abgespielt wird, erkennt man sehr große Ähnlichkeiten
mit dem Geräusch, welches ein Modem zur Übertragung von Daten erzeugt. Auf diese Art und
Weise können verschiedene Arten von Sensoren an den Kameras befestigt werden und ihre Daten
in einen der Audiokanäle kodieren, welche in einem Nachbereitungsverfahren wieder dekodiert
werden können.
4.1.3.2 Kodierung der Daten in das Bild
Bei dieser Methode werden, wie in Abbildung 4.2 gezeigt, Daten als „Bild im Bild“ dargestellt.
Der Nachteil dieser Variante ist, daß diese Information ohne Bildverluste nicht wieder entfernt

4.1. KRITERIEN ZUR KAMERAAUSWAHL 53
Abbildung 4.1: VMS-X: Aufnahme der GPS Informationen durch einen „Active Interface
Shoe R○ “ [RHS07]
werden können und Videoinformationen „hinter“ der Schrift verloren gehen. Ebenfalls ist nach-
trägliche Nutzung der Daten sehr kompliziert, da diese, wie erwähnt, als Bild im Bild gespeichert
werden. Zur Auswertung dieser Daten müsste bei der vollautomatischen Nachbearbeitung eine
Texterkennung erfolgen, welche sehr rechenintensiv ist.
Abbildung 4.2: Model VED-M: Annotieren von Videobildern mit GPS Informationen [PS07]
4.1.3.3 Kodierung der Daten in das Videoformat
Bei der Kodierung in das Videoformat wird ausgenutzt, dass aktuelle Kameras das aufgenommene
HD-Video nach der Aufnahme immer in verschiedene Codecs komprimieren. (vgl. Tabelle 4.1)
Dabei kann beim MPEG-4 Containerformat, Teil 17 (nach ISO/IEC 14496-17 [ISO04]) das „Ti-
med Text subtitle format“ genutzt werden. Dieses erlaubt im Gegensatz zum MPEG-2 oder MPEG-

4.1. KRITERIEN ZUR KAMERAAUSWAHL 54
1 Standard Untertitel als textbasierte Daten im Container zu speichern, anstatt diese in einer sepa-
raten bildbasierten Datei abzulegen.
Bei dieser Variante muss an dem zwischen der aufnehmenden und der speichernden Instanz lie-
genden Komprimierungsalgorithmus angesetzt werden. Hierin liegt das Hauptproblem dieser Va-
riante, dass eine Hardwareimplementierung des Algorithmus in einer Kamera nicht realisierbar
ist.
4.1.3.4 Aufnahme von Raumklang
Für die Aufnahme von Raumklang wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Aufnahmesystem ent-
wickelt, welches über vier Kondensatormikrofone verfügt. Diese sind in einer Styroporschicht mit
Akustikdämmung eingepasst wie in Abbildung 4.3 zu sehen ist. Dazu werden die Audiodaten des
linken und rechten Kanals in den Stereo-Eingang der linken Kamera und die Informationen des
vorderen und hinteren Mikrofons in die rechte Kamera eingespielt und im Audiokanal des Video-
containerformates gespeichert. Bei der Übertragung der Daten auf einen PC können diese Daten
wieder als Raumklang zusammengeführt werden.
Abbildung 4.3: Vierkanal Surround Mikrofon (Eigenentwicklung)
4.1.4 Abmaße der Kameras
Um mit der Stereovideokamera Aufnahmen zu ermöglichen, welche einen kurzen Objektabstand
benötigen, muss es möglich sein, die Stereobasis klein wählen zu können. Dazu wurden die in
Tabelle 4.2 angegebenen Werte für Höhe, Breite und Länge gegeneinander verglichen. Wie in Ka-
pitel 2.2.2 erklärt, beträgt die „normale“ Stereobasis ca. 6cm. Dieser Wert wird von den jeweili-
gen Mittelpunkten der Kameraobjektive bestimmt. Ideal wäre also zwei Kameras deren Objektive
einen kleinen Radius besitzen und die es ermöglicht die Objektive ohne Abstand nebeneinander
zu montieren. Das heißt im weiteren sollten, sofern austauschbare Datenträger genutzt werden, die
Wechselmedien von jeweils gegenübergesetzten Seiten, oder von oben / unten in den Camcorder
eingelegt werden können.

4.2. GENUTZTE KAMERAS 55
4.2 Genutzte Kameras
Zu den erwähnten Kriterien sollte der Kostenfaktor noch hinzugezogen werden, da dieser bei der
Anschaffung von zwei identischen Kameras einen wesentlichen Einfluss besitzt. Es können durch
den Kauf zweier Kameras aus dem Consumer-Bereich Einsparungen getroffen werden, da diese
zwar in Fertigung und Funktionen nicht den Ansprüchen von professionellen Kameras entspre-
chen, jedoch der Aufgabenstellung dieser Arbeit durchaus gerecht werden.
Professionelle Videokameralösungen wurden durch die erwähnten Kriterien fast alle ausgeschlos-
sen, da zum einen der Preisfaktor und zum anderen die Abmaße dieser Systeme, auch unter den
Vorteilen der höheren Funktionalität, besseren Verarbeitung und höheren Qualität, mit den am An-
fang dieses Kapitels getroffenen Kriterien unvereinbar sind. Dies hat zur Auswirkung, dass eine
Synchronisation über das Genlock System nicht realisiert werden konnte, da lediglich die profes-
sionellen Kameras über eine solche Schnittstelle verfügen. Aus diesem Grund wurden Camcorder
im semi-professionellen Bereich gesucht, wobei lediglich die Produkte von Sony über eine Mög-
lichkeit der Synchronisierung über LANC TM verfügen. Die HDV-Kameras von Panasonic verfü-
gen nicht über den in Kapitel 4.1.2.3 beschriebenen 5-Pin Anschluss.
Zur Auswahl standen folgende Sony Camcorder:
– mit Mini-DV/HDV Band Aufnahme: HDR-HC1, HDR-HC3, HDR-HC5, HDR-HC7,
– mit Festplatten Aufnahme: HDR-SR1,
– und mit DVD Aufnahme: HDR-UX1, UX3, UX7.
Beim Vergleich der Camcorder wurden die am Anfang (siehe Kapitel 4.1) aufgezeigten Kriterien
gegenüber den Kameras genauer verifiziert und vertieft.
So wurde z.B. die Aufnahmedauer in HDV Auflösung als Kriterium hinzugezogen. Wie in Tabel-
le 4.2 zu sehen besitzen nicht alle Kameras einen Mikrofonanschluss. Dieser ist jedoch für die
Aufnahme von Surround Sound durch die Nutzung des selbst entwickelten kostengünstigen Mi-
krofons, welches in Kapitel 4.1.3.4 beschrieben ist, notwendig.
Des Weiteren ist das AVCHD Format sehr rechenintensiv. Laut der Bedienungsanleitung der Sony
HDR-SR1 ist ein Pentium 4 mit mindestens 2,8 GHz für das Betrachten von High Definition
Video im Advanced Video Codec die Mindestanforderung. Empfohlen wird ein Pentium 4 mit
mindestens 3,6 Ghz oder ein Intel CoreDuo 1,66 Ghz. Zu beachten ist, dass diese Angaben für
die Wiedergabe eines Videos gelten und nicht für eine Bearbeitung der aufgenommen Daten. Um
diese Berechnungen in einer angenehmen Geschwindigkeit durchzuführen ist eine höhere Perfor-
manz des Verarbeitungssystems notwendig.
So kann es nicht als Vorteil angesehen werden, dass Videodaten nicht mehr von dem Camcorder
überspielt werden müssen, wie es bei DV oder Mini-DV der Fall ist, sondern über einen USB2.0
Anschluss kopiert werden können. Der Einsatz von Kameras mit der Möglichkeit auf DVDs auf-
zunehmen empfiehlt sich ebenfalls nicht, da hier die begrenzte Aufnahmedauer in High Definition
Video dem Einsatzgebiet der Stereoskopie nicht entsprechen. Weiterhin ist es mit den vorgestellten
DVD-Rekordern nicht möglich einen Farbabgleich der Kameras zu realisieren.

4.2. GENUTZTE KAMERAS 56
HDR- HDR- HDR- HDR- HDR- HDR- HDR- HDR-
HC1 HC3 HC5 HC7 SR1 UX1 UX3 UX7
Videoformate MiniDV / MiniDV / MiniDV / MiniDV / AVCHD AVCHD AVCHD AVCHD
HDV HDV HDV HDV
Aufzeichnungs- MiniDV/ MiniDV/ MiniDV/ MiniDV/ eingebaute MiniDVD/ MiniDVD/ MiniDVD/
medium HDV- HDV- HDV- HDV- Festplatte MiniDVD- MiniDVD- MiniDVD-
Band Band Band Band
DL 8cm DL 8cm DL 8cm
Aufnahmedauer Sony Sony Sony Sony 30 GB MiniDVD- MiniDVD- MiniDVDvon
High DVM 63 DVM 63 DVM 63 DVM 63 Festplatte DL, ca.30- DL, ca.30- DL, ca.30-
Quality HDV HDV - HDV - HDV - HDV- - ca. vier Minuten Minuten Minuten
auf Medium ca. 63 ca. 63 ca. 63 ca. 63 Stunden
Minuten Minuten Minuten Minuten
Video- HDV HDV HDV HDV AVCHD AVCHD AVCHD AVCHD
auflösungen 1440×1080 1440×1080 1440×1080 1440×1080 1440×1080 1440×1080 1440×1080 1440×1080
MiniDV MiniDV MiniDV MiniDV MPEG2 SD SD SD
720×576 720×576 720×576 720×576 720×756 720×576 720×576 720×576
Maximale
Bitrate
25 MBit/s 25 MBit/s 25 MBit/s 25 MBit/s 15 MBit/s 12 MBit/s 12 MBit/s 12 MBit/s
Kompressions- DV DV DV DV MPEG2 MPEG4 MPEG4 MPEG4
format MPEG2 MPEG2 MPEG2 MPEG2 MPEG4
Bildstabilisator elektronisch elektronisch elektronisch optisch elektronisch elektronisch elektronisch optisch
effektive Pixel 1.486.000 1.067.000 1.080.000 1.710.000 1.076.000 1.076.000 1.080.000 1.710.000
4:3 Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel
effektive Pixel 1.983.000 1.434.000 1.434.000 2.280.000 1.434.000 1.434.000 1.430.000 2.280.000
16:9 Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel Pixel
Minimale
Shutterzeit 1
10.000 automatisch automatisch automatisch 425 425 800 500
t
Schärfe
regelbar
Ja Ja Ja Ja Nein Nein Nein Nein
Farbe regelbar Ja Ja Ja Ja Nein Nein Nein Nein
HDMI Ausgang Nein Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja
USB USB 1.1 USB 2.0 USB 2.0 USB 2.0 USB 2.0 USB 2.0 USB 2.0 USB 2.0
Mikrofon/
Audio-In
Miniklinke Nein Nein Miniklinke Miniklinke Miniklinke Nein Nein
Kopfhörer Miniklinke Nein Miniklinke Miniklinke Miniklinke Miniklinke Nein Nein
LANCTM Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Gewicht (mit
Akku)
780 g 600 g 600 g 550 g 740 g 740 g 740 g 650 g
Höhe 71 mm 82 mm 82 mm 82 mm 78 mm 76 mm 87 mm 82 mm
Breite 94 mm 78 mm 82 mm 82 mm 84 mm 89 mm 72 mm 82 mm
Tiefe 188 mm 139 mm 134 mm 138 mm 165 mm 165 mm 142 mm 138 mm
Manuelle
Blende
Ja Ja Ja Ja Ja Ja Nein Ja
Focus-
Umschalter
Ja Ja Ja Ja Nein Nein Nein Nein
Blende
Feststellen
Ja Nein Nein Nein Nein Nein Nein Nein
Audioformate 2×48kHz 2×48kHz 2×48kHz 2×48kHz AC-3 Dol- AC-3 Dol- AC-3 Dol- AC-3 Dol-
bei HD 16bit 16bit 16bit 16bit by Digital by Digital by Digital by Digital
Aufnahme MPEG 1 MPEG 1 MPEG 1 MPEG 1 5.1 640 5.1 640 5.1 640 5.1 640
kbit max. kbit max. kbit max. kbit max.
Manuelle
Audio
Aussteuerung
Ja Nein Nein Nein Nein Nein Nein Nein
Tabelle 4.2: Vergleich von Sony Camcordern.
Die Wahl fiel auf Kameras mit festplattenbasierter Aufnahme „Sony HDR-SR1“, da „HDR-HC3“
und „HDR-HC5“ keinen analogen Mikrofoneingang bieten. Gegenüber der „HDR-HC1“ über-
zeugt diese Kamera durch ein geringeres Gewicht (beim Einsatz von 2 Kameras insgesamt 300
Gramm), eine höhere Anzahl von effektiven Pixeln und ein durch ACVHD komprimiertes Bild,
welches weniger Artefakte als MPEG-2 kodierte Daten aufweist.

4.3. BEFESTIGUNG ZUR AUFNAHME UND JUSTIERUNG VON ZWEI KAMERAS 57
4.3 Befestigung zur Aufnahme und Justierung von zwei
Kameras
An die Befestigung der Kameras stellten sich folgende Anforderungen:
• Die Kameras sollten genau justiert werden können
• es soll möglich sein größere Stereobasen einzustellen (b0 > 7cm)
• Möglichkeit der Einstellung der Konvergenz der Camcorder
• weistestgehende Maximierung der Portabilität
• Vorhandensein einer Reihe von Befestigungspunkten für weitere Sensoren, wie z.B. Mikro-
fon oder GPS-Empfänger
• Anschlussmöglichkeit für einen genormten Stativkopf
Im Folgenden wird erläutert welche Lösungen im kommerziellen Bereich existieren und wie sich
diese auf die Anforderungen bezogen eignen. Es wird eine selbstentwickelte Halterung vorgestellt
und eine eigenentworfene Software zur Justierung und Messung vorgestellt.
4.3.1 Existierende Halterungen
Im Bereich der Stereofotografie existieren eine Reihe von Befestigungssystemen, welche kurz
vorgestellt werden.
• Heavy Duty Slide Bars [Pro07c]
• Fixed - Twin Vertical Mount [Pro07b]
• Adjustable - Twin Vertical Mount [Pro07a]
• ste-fra R○ CAM (Abbildung 4.4) [Blo07]
• Twin Camera Bar [PTJE07]
• 3D Camera Slidebar [GMR07]
• SpaceBar [Sta07]
Die genannten Systeme bieten alle eine Befestigung zweier Kameras nebeneinander, wobei bei
dem „Fixed - Twin Vertical Mount“ und der „3D Camera Slidebar“ die Kameras im Hochformat
nebeneinander justiert werden. Die anderen Lösungen ermöglichen horizontale Ausrichtungen.
Die Befestigung wird bei allen Halterungen durch Stativschrauben realisiert. Wie in Abbildung
4.4 zu sehen ist, sind die meisten existierenden Halterungen nicht für einen portablen Einsatz kon-
zipiert.
Deswegen und um eine große Variabilität der Aufnahmesituationen zu begünstigen, wurde eine
Halterung selbst entworfen, wobei Wert auf eine variable Stereobasis, die Montagemöglichkeit
der Camcorder in vertikaler sowie horizontaler Lage und die Portabilität gelegt wurde. Diese Hal-
terung ist in Abbildung 4.8 zu sehen.

4.3. BEFESTIGUNG ZUR AUFNAHME UND JUSTIERUNG VON ZWEI KAMERAS 58
4.3.2 Verwendete Halterung
Abbildung 4.4: ste-fra R○ CAM: Halterung für 2 Kameras
Die maximale Stereobasis der entwickelten Fassung ist durch die Portabilität begrenzt und wurde
mit einem Bereich von 6 cm bis 60 cm so gewählt, dass nach Formel 4.2 Aufnahmen mit guter
Tiefenwirkung bei einer Brennweite von 50 mm zwischen 0,5 und 1000 Meter möglich sind.
b0 = d
f ·
aN
1 − aN
aF
Hierbei stellt b0 die Stereobasis, d die Deviation, f die Brennweite, aN den Abstand zum Nah-
punkt und aF den Abstand zum Fernpunkt dar (vgl. [Her07]).
Um Stereobasen unter 8,2 cm nutzen zu können, muss die linke Kamera um 90 Grad nach rechts
und die rechte um -90 Grad nach links gedreht werden, sodaß die optischen Achsen genau ent-
gegengesetzt stehen. Anschliessend wird eine prototypische Spiegelkonstruktion zwischen den
Kameras eingesetzt, welche geringere Stereobasen ermöglicht. Die geringste Stereobasis, bei wel-
cher Stereoteilbilder mit einer Auflösung von 1440×1080 Pixeln abgelichtet werden können, liegt
bei minimaler Brennweite von 5,1mm, bei 6cm, begründet durch den Objektivdurchmesser von 3
cm. Diese Justierung ist in Abbildung 4.6 schematisch dargestellt. Ein in dieser Konstellation auf-
genommenes Stereobildpaar ist in Abbildung 4.7 dargestellt.
Für diese Justierung der Kameras, ist es notwendig die Konvergenz sehr genau einstellen zu kön-
nen. Deswegen wurde eine Halterung entworfen, welche einen Spielwinkel von maximal 20 ′ also
0, 33 ◦ (nach [IG07]) aufweist. In Abbildung 4.5 ist dieser Halterungsenturf dargestellt.
Diese Halterung würde eine sehr genaue Justierung der Stereovideokamera erlauben. Jedoch wie-
gen die Winkelgetriebe je ca. 2,77kg was der Portabilität der Kamera entgegenspricht. Im Weiteren
liegt der Preis der abgebildeten Teile der Halterung bei 1536,59 Euro. Aus diesen Gründen mus-
ste eine Alternative gefunden werden, welche auf Kosten der Jusitierungsgenauigkeit über zwei
Servomotoren verfügt. Diese Motoren wiegen je 146 Gramm, kosten zusammen 129,90 Euro und
haben eine Winkelgenauigkeit von 0,85 Grad.
Durch die elektronische Steuerung dieser Motoren ergibt sich wiederum der Vorteil, dass in even-
(4.2)

4.3. BEFESTIGUNG ZUR AUFNAHME UND JUSTIERUNG VON ZWEI KAMERAS 59
Abbildung 4.5: Entwurf einer Kamerahalterung mit Winkelgetrieben.
tuellen Erweiterungen der Stereovideokamera die Ansteuerung der Servos in Kombination mit
der Fokusierungselektronik der Kameras geschehen kann, wodurch der menschliche Sehvorgang
optimaler nachgebildet werden kann.
b 0
Kamera 1 Spiegel
Kamera 2
Abbildung 4.6: Schematische Darstellung der Justierung um Stereobasen unter 8,2 cm zu erreichen.
Die Halterung ist in Abbildung 4.8 gezeigt.
Des Weiteren verfügt die Halterung über zwei Griffe, welche einen sehr guten Umgang mit der
Stereokamera ermöglichen sowie einen Gurt, der das Gewicht der Kamera gleichmäßig auf die
Schultern des Nutzers verteilt. Sensoren sowie die Bedieneinheit sind gut erreichbar auf der Vor-

4.3. BEFESTIGUNG ZUR AUFNAHME UND JUSTIERUNG VON ZWEI KAMERAS 60
Abbildung 4.7: Abbildung eines Stereobildpaares mit einer Stereobasis von 6 cm.
Abbildung 4.8: Halterung der Einzelkameras an der Stereokamera und Bedieneinheit
derseite angeordnet. Über der Bedieneinheit befindet sich eine Wasserwaage, die eine genaue ho-
rizontale Ausrichtung der Kamera ermöglicht.
Als Erweiterung dieser Halterung wird die Benutzung einer sogenannten „Steadycam“, also ei-
nem „tragbaren Schwebe-Kamera-Stabilisier-Systems“, empfohlen. Das Prinzip dieses Systems
ist durch ein Gegengewicht, welches dem der Kameras entspricht und einem frei gelagerten Hand-
griff, die Kameras „schwebend“ von eventuellem Zittern der kameranutzenden Person zu trennen.

4.3. BEFESTIGUNG ZUR AUFNAHME UND JUSTIERUNG VON ZWEI KAMERAS 61
4.3.3 Justierung der Stereokamera
Es ist darauf zu achten, dass die Kameraachsen sich in der gleichen horizontalen Ebene befinden.
Nach [Alb92] ist eine maximale Bildhöhendiffernenz von 1% zulässig. Diese kann durch Formel
4.3 berechnet werden.
αkipp = arctan( hSensor/100
) (4.3)
bKamera
Nach dieser Formel ergibt sich für eine Sensorhöhe von 5,08mm und einer Stereobasis von 68,5mm
ein maximaler Verkippungswinkel von ca. 0, 04 ◦ . Dies bedeutet, dass auf eine exakte horizontale
Ausrichtung der Kamera geachtet werden muss.
In dieser Formel ist, bKamera die Stereobasis, hSensor die Höhe des Bildsensors und αkipp der
berechnete maximale Kippwinkel. Ein Kippen der einzelnen Kameras auf der Halterung ist aus
Gründen der Stabilität nicht möglich.
Zur exakt parallelen Justierung der Camcorder wurde eine Software entwickelt, welche auf einem
Monitor oder der Stereoprojektionswand ein Linienraster erzeugt. Die Ausgabe des Programms ist
in Abbildung 4.9 zu sehen. Als Eingabe wird die Stereobasis sowie entweder die Breite und Höhe
oder die Länge der Bildschirmdiagonale in Zoll benötigt.
Mit diesen Eingaben wird ein 10 mm Raster erzeugt, sowie zwei Kreuze, die im exakten Ab-
stand der Stereobasis mittig dargestellt werden. Die Stereokamera wird nun vor diesem Rasterbild
aufgestellt und so justiert, dass die Mittelpunkte der Kreuze bei jeder Brennweite, jeweils den
Mittelpunkten der von den Kameras erfassten Bilder entsprechen. Ist dies der Fall und liegen die
optischen Achsen in gleicher Höhe verlassen die Linien des jeweiligen Kreuzes das Bild in den
„Ecken“ der Kamerasucher.
Zusätzlich wird am linken und rechten Rand der Projektionsfläche ein 5 Pixel Raster erzeugt,
welches dazu verwendet werden kann, um die Synchronität der Grafikkartenausgänge und der
Camcorder zu testen. In Abbildung 4.10 ist eine Aufnahme zweier Monitore zu sehen, welche
synchron angesteuert werden.
Um dies durchzuführen wird das Programm ausgeführt, wärend die Ausgänge der Grafikkarte
„geklont“ werden. Das bedeutet, dass auf beiden Ausgängen ein und dasselbe Bild ausgegeben
wird. Als Ausgabemedium müssen nun zwei Röhrenmonitore oder -fernseher angeschlossen wer-
den, um den technischen Bildaufbau, mittels Zeilensprung der Elektronenröhre, nutzen zu können.
Nun kann das Bild der beiden Monitore mit einer Digitalkamera oder einem Camcorder abfoto-
grafiert werden, wobei die Belichtungszeit der Aufnahme mindestens so groß wie das Doppelte
der Frequenz der Monitore sein sollte. Empfohlen wird ein Wert von ca. vierfacher Frequenz. So
sollte beispielsweise bei einem Fernseher mit 50 Hz die Belichtungszeit kleiner als 1
200s sein.
Genutzt wird der Effekt der „Balkenbildung“ beim Abfilmen der Röhrengeräte, da die Monitore
sich auf die Frequenz der Grafikkarte einstellen. Sind die Ausgänge dieser Grafikkarte synchron,

4.3. BEFESTIGUNG ZUR AUFNAHME UND JUSTIERUNG VON ZWEI KAMERAS 62
Abbildung 4.9: Ausgabe des Justierungsprogrammes
Abbildung 4.10: Anwendung des Tesprogramms um die synchronität der Grafikkartenausgänge
zu testen.
befinden sich die Grenzen der Balken auf gleicher Höhe im Bild. Falls Asynchronität besteht, sind
die Balken auf unterschiedlichen Höhen zu sehen. Durch Zählen der Pixelstreifen kann mit Formel
4.4 näherungsweise bestimmt werden, wie groß die Asynchonität ist.

4.4. FERNBEDIENUNG 63
ta ≈
1
f
hm
Hierbei ist ta die Zeitdifferenz der Bilder, f die Frequenz des Ausgabegerätes, hm die Anzahl ver-
tikaler Bildpunkte und hz die Differenz der Balken in Pixeln. Allerdings muss beachtet werden,
dass nur geringe Differenzen bestimmt werden können. Für den Fall von ta ≥ 1
f
falsche Ergebnisse. 6
· hz
(4.4)
liefert Formel 4.4
Sollte die Grafikkarte eine Differenz im Bildaufbau erzeugen, kann dies durch Einstellen des ver-
tikalen Synchronisierungssignals Vsynch) behoben werden. Eventuell sollten Parameter der Auf-
lösung und Bildwiederholrate gesenkt werden.
Zur Messung der Synchronität der Kameras, kann dieser Aufbau ebenfalls genutzt werden. Wenn
die Belichtungsdauer unter der Dauer eines Bildaufbauzykluses liegt ( 2
f ), sind auf dem aufgenommenen
Video schwarze Balken sichtbar. Sind beide Kameras synchonisiert, ist auf beiden
Aufnahmen der Balken auf gleicher Höhe des Monitors sichtbar, ansonsten kann aus dem Hö-
henunterschied der Balken auf die zeitlichen Differenz der Aufnahmezeitpunkte rückgerechnet
werden.
4.4 Fernbedienung
Zur synchronen Bedienung der Kameras wurde eine Bedieneinheit benötigt. Die Kriterien, welche
an die Funktionalität dieser Fernbedienung gestellt werden, sind nachfolgend aufgezählt.
• Möglichkeit des parallelen Einschalten der Camcorder, um die internen Oszillatoren mög-
lichst synchron betreiben zu können
• ein halbbildgenaues Auslösen der Aufnahme und Wiedergabe um bei der Nachbearbeitung
keine Kosten zur Behebung von Asynchronität aufwenden zu müssen und um die Fotofunk-
tion der Kameras nutzen zu können,
• die Bedienung von Fokussierung, Blenden und Zoom mittels der Fernsteuerung
• Anzeige der Asynchronität (da es technisch nicht möglich ist, zwei getrennte Geräte 100%
zu synchronisieren, sollten Unterschiede der „timing-signale“ visualisiert werden)
Wie im Kapitel 4.1.2 beschrieben existieren mehrere Ansätze eine solche Fernbedienung zu reali-
sieren.
4.4.1 Existierende Bedieneinheiten
Wie im Kapitel 4.2 beschrieben wird die Synchronisierung der Camcorder über das Sony LANC TM
Protokoll angestrebt.
6 Man kann annehmen, dass ein Versatz von mehr als einem Bild technisch nicht möglich ist, wodurch der Fall ta ≥ 1
f
nicht auftritt.

4.4. FERNBEDIENUNG 64
Abbildung 4.11: LANC Shepherd: Fernbedienung zur Steuerung zweier Kameras über das LANC
Protokoll [Cro07]
Produkte die dieses System unterstützen sind Folgende:
• stefra R○ LANC [Die07],
• LANC Shepherd [Cro07],
• und 3D LANC Master [Vra06].
Bei allen Lösungen handelt es sich um kabelgebundene Fernbedienungen, die sich in ihren Funk-
tionen ähneln. So bieten alle ein zeitgleiches Einschalten der Camcorder, paralleles Auslösen der
Aufnahme und die Bedienung der Brennweitenveränderung.
Besonderheiten von „stefra R○ LANC“ sind:
• 8 Zoomgeschwindigkeiten mit sanftem Anfahren und Abbremsen
• Autofocus ein/aus - Push Autofokus und Manueller Fokus
• Modus-Wechsel zwischen Camcorder und Fotokamera
• Zeitrafferaufnahme bei Nutzung der Fotofunktion
„LANC Shepherd“ (Abbildung 4.11) hat folgende Funktionen:
• Display zur Anzeige der Timingunterschiede in Millisekunden,
• Einstellen der Belichtungszeit und eine sehr einfache Bedienung.
„3D LANC Master“ bietet die umfangreichsten Funktionen, die alle vorher genannten einschlie-
ßen. Desweiteren kann dieses Gerät die Synchronität bei älteren Camcordern im Betrieb beein-
flussen. Das bedeutet, dass beim Betrieb bestimmter Sony Kameras mit diesem Controller die
Möglichkeit besteht, die internen Oszillatoren zu beeinflussen, wodurch das Problem, dass die
Oszillatoren nicht synchron arbeiten, umgangen werden kann.

4.4. FERNBEDIENUNG 65
Abbildung 4.12: 3DLANCMaster: selbst entwickelte Fernbedienung nach Anleitung von [Vra06]
4.4.2 Verwendeter Controller
Aus den im vorherigen Kapitel genannten Gründen sowie der Tatsache, dass „3D LANC Master“
[Vra06] ein Open Source Projekt, mit frei verfügbaren Bau- und Entwicklungsplänen sowie der
Firmware als Quellcode darstellt und somit erhebliche Anschaffungskosten vermindert werden
konnten, wurde diese Fernbedienung entwickelt.
Dabei wurde in der Fakultätswerkstatt für Elektrotechnik eine Leiterplatte angefertigt und ansch-
liessend bestückt. Die in Abbildung 4.12 dargestellte Fernbedienung wird über zwei Kabel mit
2,5mm Klinkensteckern mit den Kameras verbunden.
Der Funktionsumfang der Fernbedienung umfasst für beide Kameras folgende Eigenschaften:
• Veränderung der Brennweite
• synchrones Auslösen der Foto- und Videoaufnahme
• anzeigen der zeitlichen Differenz beider Camcorder in µ Sekunden
• anzeigen einer empfohlenen Belichtungszeit in 1
s
• synchrones Ein- und Ausschalten der Kameras
• Veränderung der Fokussierung
• Anzeige des Batteriestandes der Fernbedienung
Da die Ansteuerung der Stellmotoren für Zoom und Fokus nicht in der Lage sind Werte wie weit
fokussiert oder gezoomt werden soll zu verarbeiten, können diese lediglich synchron gestartet und
gestoppt werden. Durch Fabrikationstoleranzen tritt allerdings der Fall auf, dass bei zeitlich gleich
langer Aktivierung dieser Motoren ein unterschiedlicher Endwert auftritt. Daher sollten für den
Fall, dass manuell fokussiert oder die Brennweite verändert wird, diese Motoren immer wieder in
Grundposition gebracht werden. So kann verhindert werden, dass die erwähnten geringen Fehler
sich summieren und erheblicher Aufwand bei der Nachbearbeitung, oder im schlimmsten Fall bei

4.4. FERNBEDIENUNG 66
schlecht fokussierten Aufnahmen der Totalausfall der Aufnahme vermieden wird.
Zusätzlich ist es möglich die Fernbedienung an den seriellen Port eines PC anzuschließen, wobei
einerseits eine zeitliche Differenz beider Camcorder grafisch dargestellt werden kann. Anderer-
seits können interne Einstellungen der Fernbedienung und der Kameras verändert werden. Die
Veränderung von Kameraparametern wird nicht empfohlen, da dadurch die Funktion der Camcor-
der nichtmehr sichergestellt werden kann. Dieser Fall kann auftreten, da bei jedem Einschalten
einer Kamera, diese einen Hashwert 7 über der internen Firmware bildet, und somit Veränderun-
gen erkennt. Wird solch eine Änderung erkannt, symbolisiert die Kamera dieses durch die Anzeige
eines Fehlercodes und stellt ihre Funktion ein, was eine Reparatur des Camcorders in einer Ser-
vicezentrale erforderlich macht.
Zur Änderung von Fernbedienungsparametern solle die im Anhang auf Seite VIII abgedruckte
Tabelle mit Parametern des LANC R○ Protokoll hinzugezogen werden. So kann über die Software
„3D LANC Communicator“, welche sich auf der, der Arbeit beiliegenden CD befindet, die Dauer
des Einschaltimpulses, eine Verzögerung des Einschaltimpulses, die Zoomgeschwindigkeit und
die Dauer des Ausschaltimpulses verändert werden. Das verzögerte Einschalten übernimmt die
Funktion der korrektur von Asynchronitäten der Kameras durch verzögertes Einschalten.
Es besteht ebenfalls die Möglichkeit die Fernbedienung mit eigenen Kommandos zu program-
mieren. Dazu müssen Steuerbefehle die in Tabelle A.1 ersichtlich sind, auf die Variablen „Com-
mand[X]: Camcorder“, {X | 1,2,3,4}, geschrieben werden.
Eine Änderung des Quellcodes der Fernbedienung ist möglich, wird aber aus dem oben beschrie-
ben Grund, der Änderung von Firmwareparametern, nicht empfohlen. Dazu muss das Gehäuse der
Fernsteuerung geöffnet werden und über ein Programmierinterface, das an der Fernsteuerungs-
platine angebracht wird, kann der Mikroprozessor durch eine Programmierschnittstelle, die im
Anhang auf Seite IV in Kapitel A.1.4.1 beschrieben wird, überschrieben werden.
4.4.3 Messung der Synchonität
Die entwickelte Fernbedienung unterstützt die Funktion, über eine Nullmodemverbindung mit ei-
nem Computer Daten über die Synchronität der Einzelkameras auszuwerten.
Für die genutzten Kameras ist in Abbildung 4.13 ein Diagramm zu sehen, bei welchem die Or-
dinate den Differenzwert der timing Signale beider Kameras in Mikrosekunden und die Abszisse
die Zeitachse in Sekunden darstellt.
1
Hier ist zu sehen, dass ein zeitlicher Versatz von 3600 µ-Sekunden (0,0036s = 277,78s) nach 3000
Sekunden (50 Minuten) auftritt.
Da die Aufnahmedauer maximal 1
50 Sekunden bei Aufnahme im Format „HDV-1080 50i“ beträgt,
ist dieser Wert bei der Aufnahme von langsamen Bewegungen akzeptabel, da bei einer Belichtungszeit
von 1
60 Sekunden, also einer Zeitspanne von 0,016s, beide Bilder bei der Differenz (+/-
7 Eine Hash-Funktion erzeugt zu einer großen Eingabemenge eine kleine Zielmenge.

4.5. GPS-EMPFÄNGER 67
Abbildung 4.13: Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Synchronität beider Camcorder. Die X-
Achse stellt die abgelaufene Zeit in Sekunden und die Y-Achse die Differenz der
Timingsignale zwischen den Camcordern in µ-Sekunden dar.
0,0036s) innerhalb dieser liegen und somit die Bildinformationen in beiden Bildern zu finden sind.
Im Weiteren ist bei der Nutzung der Standardstromversorgung der Camcorder (Akkumulator vom
Typ „Sony NP-FM50“ mit 1180 mAh) die Kapazität bei ausgeklapptem Bildschirm nach ca. einer
Stunde so startk verringert, dass der Camcorder seine Funktion einstellt. Aus diesem Grund wurde
die Messung nach 70 Minuten gestoppt. Einige Werte der Messung sind im Anhang auf Seite VIII
in Tabelle A.2 dargestellt.
4.5 GPS-Empfänger
Um Sensordaten synchron in einem Stereo-Video unterzubringen, wurden Lösungen gesucht, wel-
che:
• die Daten, entweder in einem MPEG-4 Standard, z.B. dem „Timed Text subtitle format“
oder in einem Audiokanal des Videos speichern und es ermöglichen
• die Daten den Einzelbildern des Filmes zuzuordnen und nachträglich zu verarbeiten.
Wie in Kapitel 4.1.3 beschrieben existieren verschiedene Varianten der Speicherung von Daten.
Begründet dadurch, dass eine Kodierung in das Videobild unerwünscht ist und die Kodierung in
das MPEG Format technisch nicht möglich ist, wurde die Kodierung in einen Audiokanal der
Kamera genutzt. Da durch diese Nutzung ein für Audiodaten nutzbarer Kanal der beiden Kame-
ras wegfällt, kann das 4 Kanal Surround Mirkofon bei Anschluss eines Sensors nicht mehr voll
genutzt werden. Um diesen Nachteil zu beheben kann in späteren Arbeiten ein Verfahren der En-
kodierung von Audio und Sensordaten in einen Kanal geschaffen werden oder die Nutzung eines
digitalen „Daten-Schuh“ (vgl. Kapitel 4.1.3.1) erwogen werden.
Ein System, welches GPS-Daten in einen Audiokanal kodieren kann, ist in Abbildung 4.1 zu se-
hen. Allerdings ist die gezeigte Lösung „VMS-X“ nur in der Lage GPS-Daten von einer begrenz-
ten Anzahl von GPS-Empfangsgeräten zu verarbeiten, weswegen die nachfolgend beschriebene

4.6. KAMERAPARAMETER 68
Variante zur Anwendung kommt.
Um nicht „Global Positioning“ Daten als alleinige Sensorinformationen nutzen zu können, wurde
eine Lösung gesucht, welche jegliche Art serieller Daten in einen Audiokanal kodieren kann. Zur
Bewältigung dieses Problems fand sich im Amateurfunk eine Lösung, welche genutzt wird um
serielle Daten ohne Verbindungsaufbau über vorhandene Funksysteme zu senden. Dieses System
ist weitläufig als „Packet Radio“ bekannt. Dabei werden digitale Informationen in kleine Pakete
aufgeteilt und über handelsübliche UKW-Funkgeräte ausgesandt.
Die Kodierung der Daten übernimmt ein Mikroprozessor, der eingehende Daten ähnlich eines
DTMF-Modulators 8 in verschiedene Frequenzen übersetzt. Von diesem können Daten mit 4800
Baud verarbeitet werden. In Abbildung 4.14 ist dieser Übersetzer in montierter Form zu sehen.
Abbildung 4.14: TinyTrak3: Konverter zur Transformation serieller Daten in Audiodaten.
Dieser Aufbau ermöglicht den Anschluss jeglicher Sensorik, welche serielle Daten ausgibt. Der in
dieser Arbeit genutzte GPS-Empfänger (siehe Abbildung 4.15) liefert Daten in dieser Form. Da-
bei werden genormte „NMEA 9 “ Daten vom Empfänger an den Mikrochip übergeben und von die-
sem umgewandelt. Die Dekodierung erfolgt indem ein Soundkartenmodem installiert wird. Dieses
kann die Audiodaten direkt aus der Audiodatei oder über die Soundkarte des PC dekodieren und
an eine Anwendung als serielle Daten weitergeben. In weiteren Arbeiten kann eine Möglichkeit
geschaffen werden diese Daten bei der Videonachbearbeitung direkt zu verarbeiten.
4.6 Kameraparameter
Zur weiteren Verarbeitung der Kameradaten, sind Kalibrierungsgrößen von Interesse, die hier dar-
gestellt werden. Es werden die Abbildungseigenschaften der Kameras und die internen und exter-
8
DTMF-Modulatoren finden meist Anwendung in Telefonen zur Realisierung des Tonwahlverfahrens/Mehrfrequenzwahlverfahren.
9
Der NMEA Standard spezifiziert Übertragungsrichtlinien. Hauptanwendung ist die Weitergabe von Positionsdaten.

4.6. KAMERAPARAMETER 69
Abbildung 4.15: GPS-Maus: serieller Global Positioning System Empfänger.
nen Parameter bestimmt.
Externe Parameter geben die Lage der Kamera bezüglich eines globalen Koordinatensystems an,
wohingegen interne Parameter die Abbildung der Weltkoordinatenpunkte vom lokalen Kamerako-
ordinatensystem in das Bild beschreiben.
4.6.1 Interne Parameter
Die internen Parameter der Kamera:
• die Brennweite f,
• der Hauptpunkt px, py(Punkt auf dem Bildsensor welcher auf der optischen Achse der Ka-
mera liegt)
• die Kippung s0 (Der Winkel zwischen den Achsen der Pixel in X und Y Richtung. Dieser
ist durch die industrielle Fertigung von CCD oder CMOS Sensoren gleich Null)
• die Verzerrungen (radiale und tangentiale)
• ein Pixelfehler (der Fehler zwischen homogenen Pixelkoordinaten)
Diese inneren Parameter lassen sich nach Formel 4.5 bestimmen.
⎛ ⎞
⎛ ⎞ ⎡
⎤ XK
˜x fx s0 px 0 ⎜ ⎟
⎜ ⎟ ⎢
⎥ ⎜YK
⎟
⎝ ˜y ⎠ = ⎣ 0 fy py 0⎦
· ⎜ ⎟
⎜ ⎟
⎝ZK
⎠
˜w 0 0 1 0
1
, xb = ˜x
˜w , yb = ˜y
˜w
(4.5)

4.6. KAMERAPARAMETER 70
Diese Formel wird durch den in Verhältnis 4.6 gezeigten Strahlensatz gebildet, welcher den drei-
dimensionalen Punkt (XK, YK, ZK) T im Kamerakoordinatensystem in den Bildpunkt (xb, yb) T
transformiert:
YK
ZK
XK
ZK
= yb
fk
= xb
fk
Da der Mittelpunkt des Bildkoordinatensystems, der Punkt in welchem die optische Achse senk-
recht auf der Bildebene steht, in Pixelkoordinaten nicht bei (0, 0) T liegt, werden in Formel 4.5
die Verschiebung des sogenannten Hauptpunktes um px und py eingeführt. Die zwei Brennweiten
fx und fy können durch die Kamerabrennweite fk und das Seitenverhältnis des aufgenommenen
Bildes ersetzt werden.
In Abbildung 4.16 ist die Kalibrieriung nach [Zha98] für eine der beiden Einzelkameras des Ste-
reosystems dargestellt.
Abbildung 4.16: Kamerakalibrierung nach [Zha98] der linken Kamera des Stereosystems für die
geringste Brennweite.
Es wurden aus einem Video 12 Bilder extrahiert, auf denen das abgebildete Schachbrettmuster in
verschiedenen Winkeln zu sehen ist. Aus diesen ergaben sich für die Matrix in Formel 4.5:
• fx - 1675.564
• fy - 2435.8177
• s0 - 4.51
• px - 726.42
(4.6)
(4.7)

4.6. KAMERAPARAMETER 71
• py - 620.15
Wenn diese Werte interpretiert werden, ist zu erkennen, dass der Hauptpunkt der Kamera nicht ge-
nau in der Mitte des Sensors bei pm(x, y) = p(720, 540), sondern bei pH(x, y) = p ′ (726.42, 620.15)
zu finden ist.
Der Wert für s0, die Verdrehung der Ordinate gegen die Abszisse, berechnet sich zu vier Grad,
was technisch nicht möglich ist, da bei der industriellen Fertigung von Bildsensoren keine solche
Verdrehung auftritt. Diese Fehlberechnung tritt auf, da sich das Verfahren nach [Zha98] iterativ
an die korrekten Werte annähert. Im Weiteren kann nicht exakt bestimmt werden, ob das zur Be-
rechnung genutzte Muster in den Bilddaten in ausreichend verschiedenen Positionen abgelichtet
wurde.
Die Brennweiten in X und Y Richtung ergeben ein Seitenverhältnis, welches mit ca. 13 : 9 zwi-
schen dem 16 : 9 und 4 : 3 Format liegt. Dies ist der Fall, da im Breitbildformat 16 : 9 aufgenom-
men wird, allerdings mit einer geringeren Auflösung in horizontaler Richtung als in vertikaler. Da
die Kameras Videobilder mit 1440 × 1080 Bildpunkten im 16 : 9 Format speichern, kommt es zu
diesem Format.
Die in Abbildung 4.16 dargestellten Werte für k0 und k1 können genutzt werden, um Parameter
der radialen und tangentialen Bildverzerrungen, welche durch die Linsen im Objektiv entstehen
können, zu berechnen.
4.6.2 Externe Parameter
Zur Kalibrierung der Kamera werden Werte benötigt, von denen sowohl die dreidimensionalen als
auch die zweidimensionalen Koordinaten bekannt sind. Somit gehört zu einer Kamerakalibrierung
die Transformation zwischen dem Kamerakoordinatensystem und dem in Weltkoordinaten befind-
lichen Kalibrierkörper.
Die externen Kameraparamter sind:
• die drei Rotationen Rx, Ry, Rz zwischen den Weltkoordinaten und dem Kamerakoordina-
tensystem,
• und die drei Translationen Tx, Ty, Tz zur Transformation der Weltkoordinaten in das Kame-
rakoordinatensystem.
In homogenen Koordinaten ist die Beziehung zwischen Weltkoordinaten (X, Y, Z) und den Koor-
dinaten im Kamerasystem durch:
⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛
XK
˜
X − Xc
⎜
⎝ ˜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜
⎠ = R · ⎝ Y − Yc ⎠ , C = ⎝
Z − Zc
YK
˜
ZK
Xc
Yc
Zc
⎞
⎟
⎠ (4.8)

4.6. KAMERAPARAMETER 72
gegeben. Gleichung 4.5 erweitert sich damit zu:
⎛ ⎞ ⎡
˜x fx
⎜ ⎟ ⎢
⎝ ˜y ⎠ = ⎣ 0
˜w 0
0
fy
0
px
py
1
⎛ ⎞
⎤
X
0
⎜ ⎟
⎥
⎜
0⎦
· R[I − C] ⎜
Y ⎟
⎜
⎝Z
⎟
⎠
0
1
Wobei I die 3 × 3 Einheitsmatrix, R ∈ SO3 die Rotationsmatrix und C das Zentrum, genauer den
Mittelpunkt des Aufnahmesensors, darstellt.
In Abbildung 4.17 sind alle bei der Abbildung beteiligten Koordinatensysteme dargestellt.
Z
K
C
R,t
X
K
zi
xi
y
b
x b
f
p
Z
Abbildung 4.17: Koordinatensysteme bei der Abbildung nach [Som05]
4.6.3 Stereokalibrierung
Zur Kalibrierung der einzelnen Camcorder der Stereokamera wird das Verfahren von Zhang [Zha98]
verwendet, welches in der „Open Computer Vision Library“ [Int06] als Implementierung zur Ver-
fügung steht. Dabei wird als Kalibriermuster eine Ebene verwendet, welche in mehreren Ori-
entierungen aufgenommen wird. Auf dieser Ebene ist ein Schachbrettmuster angebracht, dessen
Kreuzungspunkte detektiert und in eine Reihenfolge gebracht werden, sodaß die 3D Koordina-
ten einfach zugewiesen werden können. Für eine genauere Beschreibung des Verfahrens sei auf
[Zha98] verwiesen.
Z
Y
K
X
(4.9)

4.6. KAMERAPARAMETER 73
Abbildung 4.18: Kalibrierungsaufnahme mit Schachbrettmuster einer Einzelkamera des Stereosystems.
Bei der Kamerakalibrierung liegt das globale Koordinatensystem für jedes aufgenommene Bild in
einer Ecke des Kalibriermusters (Schachbrettmuster). Dies ist für den Einsatz bei Stereokameras
ungünstig, da in diesem Fall nur die Beschreibung der Transformation zwischen den einzelnen
Kamerabildern von Relevanz ist.
Bei dem in [Mü02] verwendeten Verfahren wird deswegen das globale Koordinatensystem so
transformiert, dass es mit dem Kamerakoordinatensystem einer Kamera übereinstimmt. Ist dies
der Fall entsprechen die externen Parameter der jeweils anderen Kamera der Transformation zwi-
schen beiden Kameras.
Wird die linke Kamera als Bezugssystem gewählt ergibt sich die Transformation wie in Abbildung
4.19 gezeigt zu:
X ′ = RLX + tL
(4.10)
Das transformierte Koordinatensystem der linken Kamera X ′ berechnet sich durch Rotation RL
und Translation tL aus dem ermittelten globalen Koordinatensystem. Dadurch ergeben sich für die
Kamerakoordinaten:
XL = KL(RLX + tL) (4.11)
= KLX ′
(4.12)

4.6. KAMERAPARAMETER 74
R , t
L0 L0
R , t
L1 L1
R , t
R0 R0
X X
R , t
R1 R1
R , t
L1 L1
R , t
L0 L0
R , t
RL RL
Abbildung 4.19: Transformation des globalen Koordinatensystems in das Koordinatensystem der
linken Kamera (nach [Mü02])
und
XR = KR(RRX + tR) (4.13)
= KR(RRR −1
L (X′ − tl) + tR) (4.14)
= KR(RRR −1
L X′ + tR − RRR −1
L tL) (4.15)
Die daraus ableitbare Rotation und Translation zwischen den Kameras ist:
RRL = RRR −1
L
tRL = tR − RRR −1
L tL
(4.16)
(4.17)
Da sich die gemessenen Werte von Bildpaar zu Bildpaar aufgrund der Auflösungseinschränkung 10
leicht unterscheiden, sollten sie aus mehreren Paaren gemittelt werden. Dabei können die Trans-
lationsvektoren komponentenweise gemittelt werden. Von Rotationsmatrizen kann kein Mittel ge-
bildet werden, weshalb die minimalen Parameter, also die Vektoren für X−, Y − und Z−Richtung
gemittelt und anschliessend wieder in Matrizenform gebracht werden müssen.
Im einzelnen erfolgt die Stereokalibrierung nach [Mü02] in folgenden Schritten:
1. Aufnahme von n Stereobildern
2. Getrennte Kalibrierung der linken und rechten Kamera mit dem Algorithmus nach [Zha98]
3. Bestimmung der Transformation zwischen den einzelnen Kameras der Stereokamera
10 Auflösungseinschränkung bedeutet, dass Aufgrund von Pixelgröße und Anzahl der Pixel keine genauen Messungen
im Bild erfolgen können.

4.6. KAMERAPARAMETER 75
4. Optimierung über alle Parameter der Kalibrierung mit Hilfe eines linearen Fehlerminimierungs-
algorithmus aufgrund der Auflösungsbeschränkungen
5. Ausgabe der Kalibrierungsmatrizen der Kamera
4.6.4 Selbstkalibrierung von Stereokameras
Bei der Selbstkalibrierung wird eine Kamera ohne Objektrauminformationen (im vorangestellten
Unterkapitel stellte dies das Schachbrett dar) kalibriert. Dazu können werden unter der Annahme,
dass sich es sich bei den zwei Aufnahmen eines Stereobildpaares um Bilder handelt, welche mit
identischen Kameras und weiter mit identischen Kameraparametern aufgenommen sind, korre-
spondierende Bildpunkte gesucht und weiterverarbeitet.
Da es sehr kompliziert und umständlich sein kann, korrespondierende Bildpunkte zu finden, ohne
diese zu markieren, setzt [AP95] darauf, einen bewegten Punkt in einer Stereoszenerie zu erfassen
und diesen bei seiner Bewegung durch das Stereobildpaar zu verfolgen. Dadurch können alle ge-
forderten Parameter durch eine Schnittpunktanalyse der Strahlenschnitte generiert werden.
Diese Variante der Kalibrierung ist somit nur für Situationen einsetzbar, in denen erfassbare Be-
wegungen ablaufen. Da in dieser Arbeit der Konvergenzwinkel bestimmbar und die Änderung des
Konvergenzwinkels wärhend der Aufnahme möglich ist wird diese Art der Kalibrierung in dieser
Diplomarbeit nicht genutzt, da die Kalibrierung der Einzelkameras nach [Zha98] sehr rechenin-
tensiv ist. Die Änderung des Konvergenzwinkels bei der Aufnahme von Stereovideos kann durch
diese Kalibrierung nicht in Echtzeit erfolgen, weswegen diese Methode nicht angewendet wurde.

5 Datenverarbeitung
In diesem Kapitel wird auf Techniken und Algorithmen der Datenverarbeitung von Stereovideos
eingegangen und es werden diese erläutert. Es werden Implementationen der notwendigen Trans-
formationen, wie in Kapitel 2.3.1 beschrieben, erläutert und genauer auf die Videobearbeitung im
Betriebsystem Windows eingegangen.
Unter Windows existieren aktuell zwei Programmierschnittstellen um Video zu bearbeiten. Diese
sind „Video for Windows“ (VfW) und „DirectShow“ (auch DShow).
Video for Windows ist eine Programmierschnittstelle, welche es erlaubt Videosignale zu ko-
dieren und zu dekodieren, sowie Daten von Aufnahmegeräten einzulesen [Wik07a]. Diese Schnitt-
stelle wurde Anfang der 90’er Jahre entwickelt und ist somit relativ alt. Sie wird, auch da die
Anbindung an Aufnahmegeräte immer mehr durch WDM-Treiber geregelt wird, von der neueren
DirectShow API abgelöst. Die VfW-Schnittstelle verfügt über keine Pufferung der Daten und kei-
ner Synchronisation zwischen Audio- und Videodaten, was zu einer ruckelnden Wiedergabe und
Jitter 1 führt.
DirectShow ist eine Schnittstelle über welche Audio und Video Daten Verarbeitet werden kön-
nen. Diese wurde ursprünglich als „ActiveMovie“ und später über „DirectX“ vertrieben, wobei es
sich um eine Sammlung von Schnittstellen handelt, die für multimediaintensive Anwendungen
entwickelt wurden. Mittlerweile ist DirectShow Bestandteil der „Windows Platform-SDK“ und
verdrängt immer mehr die VfW-Schnittstelle.
5.1 DirectShow
DirectShow ersetzt, wie beschrieben, die ältere „Video for Windows“ Schnittstelle und basiert auf
dem Component Object Model (COM). Basierend auf Filtern können über diese API Mediendaten
verarbeitet werden. Das Pendant von DirectShow für MacOS ist Apple’s QuickTime.
Durch auf Filtern basierende Architektur ist es möglich Graphen zu erstellen, bei denen Filter
die Position von Transitionen einnehmen. Es kann also ähnlich der Modellierung mit Petrinetzen
1 Jitter (engl. „Fluktuation“ oder „Schwankung“) durch Ungenauigkeiten in der synchronen Abtastung von Signalen
entstehende Schwankung der Signalamplitude.
76

5.1. DIRECTSHOW 77
ein Abarbeitungsworkflow erstellt werden. In Abbildung 5.1 ist solch ein Graph dargestellt, der
eine Mediendatei als Eingabe nutzt. Diese Eingabe, ebenfalls als DirectShow Filter implementiert,
öffnet die Datei und übergibt deren Inhalt an den nächstfolgenden Filter.
Abbildung 5.1: Darstellung eines DirectShow Filtergraphen im Programm Graphedit.
In diesem Beispiel nimmt der „AVI Splitter“ Filter die Daten entgegen und trennt den Bildinforma-
tionsstrom vom Audiostrom. Die Bildinformationen werden daraufhin von einem Filter dekodiert,
nachfolgend in ein Anaglyphenbild umgewandelt und nach Konvertierung in die aktuelle Farbqua-
lität der Windowsoberfläche von einem Render Filter ausgegeben. Der Audiostrom wird ebenfalls
dekodiert und an die Soundkarte übergeben.
Wie in Abbildung 5.1 zu sehen ist, besitzen Filter sogenannte Pins, welche zur Ein- und Ausgabe
der Daten genutzt werden.
Es existieren grundsätzlich drei Arten von DirectShow Filtern:
1. Quellfilter
2. Verarbeitungsfilter
3. Ausgabefilter
Quellfilter besitzen einen oder mehrere Ausgabepins, aber keinen Eingabepin. Sie werden genutzt,
um Daten von Medienquellen zu beziehen, wie z.B. einer TV-Karte, einer Videodatei, eines Stre-
ams über das Internet, oder sie generieren einen Medienstrom, wie z.B. ein Visualisierungsfilter,
welcher Farbsignale generiert.
Verarbeitungsfilter besitzen sowohl Eingabe- wie auch Ausgabepins. Ihre Aufgabe ist es, Daten zu
manipulieren, zu teilen oder zusammenzuführen und diese anschließend weiterzugeben.
Ausgabefilter besitzen einen oder mehrere Eingabe- aber keine Ausgabepins, da ihre Hauptaufga-
be darin besteht, Daten an Hardware, wie z.B. die Grafikkarte, die Soundkarte oder die Festplatte
weiterzuleiten.

5.1. DIRECTSHOW 78
Um Filter in einer Anwendung nutzen zu können existiert der „Filtergraph Manager“. Diese Struk-
tur kontrolliert den Datenfluss und fügt, falls benötigt, automatisch passende Filter ein. Dabei
werden installierte Filter anhand ihrer Ein- und Ausgabepins, welche akzeptierte Datentypen spe-
zifizieren, gesucht und eingefügt.
Dieser Filtergraph Manager bietet nach außen hin die zwei Interfaces „IMediaControl“ und „IMe-
diaSeeking“, zum Steuern des Medienstroms (Start, Stop, Pause, an Punkt springen, ...).
Die eigentlichen Mediendaten werden dabei durch „IMediaSample“ referenziert, welches einen
Pointer zum Speicherbereich der Mediendaten darstellt und Informationen zu diesen Daten ent-
hält. Dieses Sample wird durch den Filtergraphen „gereicht“, was im weiteren bedeutet, dass die
Daten in ihrem Speicherbereich verbleiben und so ein unnötiges und zeitaufwendiges Kopieren
vermieden werden kann.
Wenn sich zwei Filter, das heisst der Ausgabepin des vorgeschalteten und ein Eingabepin des nach-
geschalteten Filters, verbinden, tauschen die Pins der beiden Filter die unterstützten Medientypen
über eine „AM_MEDIA_TYPE“ Struktur aus. Diese Typen sind in Klassen eingeteilt, so zum
Beispiel Video oder Audio. Diese Klassen auch „major media type“ genannt besitzen Unterklas-
sen, die „sub media types“ genannt werden, wie z.B. bei der Oberklasse Video, RGB-8, RGB-24,
RGB-32, YVUV. So kann genau spezifiziert werden, welches Ein und Ausgabeformat ein Filter
unterstützt. Das Medientypenkonstrukt besitzt im Weiteren Informationen über die Kompression,
die Größe eines Mediensamples, den Typ der Medien (z.B. DVINFO oder MPEG2), sowie einen
Zeiger auf den Speicherbereich der Mediendaten.
Wenn eine Verbindung aufgebaut werden soll, listet ein Pin seine bevorzugten Medientypen auf
und fordert die Typen des anderen Pins an. Mit diesen Informationen wird versucht eine Verbin-
dung aufzubauen. Dabei können auch Verbindungen aufgebaut werden, die nicht auf den bevor-
zugten Medienypen basieren.
In Abbildung 5.2 sind alle am Medientypenaustausch beteiligten Objekte dargestellt.
Der Datentransport zwischen DirectShow Filtern kann auf zwei verschiedene Arten durchgeführt
werden. Einerseits wird vom „lokalen Speichertransport“ und zum anderen vom „Hardware Trans-
port“ gesprochen.
„Lokaler Speichertransport“ bedeutet, dass der Speicher, in welchem die vom Filter genutzten und
benötigten Daten abgelegt werden, sich im Hauptspeicher des Rechners oder im Hauptspeicher
der Grafikkarte befindet.
Von „Hardware Transport“ spricht man, wenn Mediendaten in Speicherbereichen auf diverser
Hardware, wie zum Beispiel einer Fernsehkarte, verbleiben.
Die am häufigsten genutzte Transportvariante ist der Lokale Speichertransport, bei welchem Spei-
cheradressen über die Pins (Anschlüsse) verschiedener Filter übergeben werden. In diesem Sinne
spricht man von dem „Push-Modell“, wenn Zeiger auf Speicherbereiche weitergereicht werden
und von dem „Pull-Modell“, wenn der Empfänger-Filter diese anfordert. Der Speicherbereich, in
welchem die sogenannten „Media Sample’s“ liegen, wird vom Ausgabepin des im Graph vorher
liegenden Filters alloziert.

5.1. DIRECTSHOW 79
Filter A Outpit Pin Input Pin Filter B
IMediaSample
GetMediaType()
GetPointer()
GetSitze()
(...)
BYTE** ppBuffer
Medien Daten
(Bild/Audio Samples)
0100101000110010
0101011101001001
1010011110100111
Memory Allocator
(Speicherverwaltung)
Media Sample
(IMediaSample)
Media Sample
(IMediaSample)
Memory Buffer Memory Buffer
AM_MEDIA_TYPE Struktur
GUID majortype;
GUID subtype;
BOOL bFixedSizeSamples;
BOOL bTemporalCompression;
ULONG ISampleSitze;
GUID Formattype;
ULONG cbFormat;
BYTE pbFormat;
VIDEOINFOHEADER Struktur
BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
BITMAPINFOHEADER Struktur
LONG biWidth;
LONG biHeight;
DWORD biCompression;
(...)
oder
WAVEFORMATEX Struktur
WORD wFormatTag;
WORD mChannels;
WORD wBitsPerSample;
(...)
MEDIATYPE_Audio
MEDIATYPE_Video
MEDIATYPE_Midi
MEDIATYPE_Text
...
GUID_NULL
MEDIASUBTYPE_IJPG
MEDIASUBTYPE_QTMovie
MEDIASUBTYPE_RGB555
...
GUID_NULL
MEDIASUBTYPE_PCM
MEDIASUBTYPE_MPEG2_AUDIO
MEDIASUBTYPE_DOLBY_AC3
...
GUID_NULL
GUID_NULL
Abbildung 5.2: Darstellung der Speicherverwaltung und Medientypenvermittlung nach [Lüd05]
5.1.1 Genutztes Videoformat
Voraussetzung einer Wiedergabe stereoskopischer Bildinhalte ist immer das Vorhandensein von
der linken und rechten Ansicht eines Objektes. In der Datenverarbeitung werden demzufolge Me-
diendaten benötigt, welche diese beiden Ansichten enthalten oder separate Mediendateien, welche
in Referenz stehen, um ein Raumbild zu erzeugen.
Grundlage sollte ein Format sein welches den Zugriff auf beide Ansichten des Stereobildpaares
ermöglicht und gut zu verarbeiten ist. Durch diesen Fakt ist das Anaglyphenformat absolut unge-
eignet. Anaglyphen beinhalten zwar beide Ansichten aber ein nachträglicher Zugriff auf die linke
oder die rechte Ansicht des Raumbildes ist nicht voll möglich. Weitergehend kann ein Anaglyphen
Format nur schlecht komprimiert werden, da die meisten Codecs eine Farbraumreduzierung durch-
führen welche den Raumeindruck im Anaglyphenbild vermindern oder gar ganz zerstören können.
Der Einsatz separater Mediendateien ist für die direkte Wiedergabe geeignet, da diese unmittelbar
von den genutzten Kameras (vgl. Kapitel 4.2) bezogen und den Projektoren zugeführt werden kön-
nen. Bei einer verarbeitenden Instanz zwischen Medienströmen und Projektoren ist Mehraufwand
erforderlich, um mehrere separate Daten zu verwalten.

5.1. DIRECTSHOW 80
Wie in Kapitel 5.3 beschrieben ist ein Stereovideoformat, welches die rechte und die linke Ansicht
in einem Datenstrom vereint, gut geeignet falls eine Nachbearbeitung gewünscht ist. Für dieses
Format sind verschiedene Anordnungen der Ansichten denkbar, wie zum Beispiel ein „übereinan-
der“ Format, bei welchem linke und rechte Ansicht übereinander in einer Video Datei gespeichert
sind. Oder ein „Side-by-Side“ Format bei welchem linke und rechte Ansicht nebeneinander ange-
ordnet sind. In diesem Format kann, wenn die linke Ansicht, rechts und die rechte Ansicht links
gespeichert wird, das Format im Kreuzblick betrachtet werden. Ist die Anordnung andersherum,
also linkes Video links und rechtes Video rechts kann das Stereobildpaar im Parallelblick betrach-
tet werden.
Desweiteren können bei Ursprungsvideos im interlaced Format diese in ein progressives Format
(„doppeltes Interlaced“) gebracht werden, in welchem z.B. gerade Zeilen das linke Bild und unge-
rade Zeilen das rechte Bild enthalten. Diese Variante ist besonders für das Betrachten der Raum-
bilder mit einer Shutterbrille (vgl. Kapitel 2.3.5.5) geeignet. Dabei wird der Zeilensprung eines
Röhrenfernsehers genutzt, bei dem funktionsbedingt die Halbbilder nacheinander gezeigt werden.
Der Nachteil des Interlacedverfahren besteht im weiteren in der Komprimierung des Formates, da
nur verlustfreie Codecs oder Kompressionsverfahren, die gerade und ungerade Bildzeilen trennen,
zur Anwendung kommen dürfen.
In den in dieser Arbeit geschaffenen Implementierungen wurde ein „Side-by-Side Format“, zu
sehen in Abbildung 5.3, genutzt, welches zum einen leichter und schneller zu verarbeiten ist als
das Interlaced Format und zum anderen die volle Auflösung der Videos ermöglicht.
Abbildung 5.3: Darstellung des „Side-by-Side Formates“.
Bei diesem Format sind das linke und rechte Videobild in einer Mediendatei mit doppelter hori-
zontaler Breite gespeichert. Dies ermöglicht die Ver- und Bearbeitung einer Stereovideosequenz,
analog eines monoskopischen Videos.
Weiter ist dieses Format auch ohne Raumbildtechnik betrachtbar, da es im Gegensatz zum Zei-
lenweise verschachtelten „doppelten Interlaced“-Video möglich ist, durch Skalierung jeweils das
linke oder rechte Videobild einzeln darzustellen.

5.1. DIRECTSHOW 81
5.1.2 Rektifikation
Die Rektifikation des Tiefenbildes geschieht nach den in Kapitel 2.3.1 genannten Formeln. Dabei
wird durch Nutzung des Aufnahmewinkels der Kameras das Original einer Trapezverzerrung un-
terzogen. Die Berechnungsvorschrift für Pixel des linken berichtigten Bildes ergeben sich durch
die Formeln 2.30 und 2.31aus Kapitel 2.3.1.2 welche zur Übersicht nocheinmal dargestellt sind.
XS ′ l =
YS ′ l =
und die des rechten Bildes durch:
Dabei sind
XS ′ r =
YS ′ r =
2·fK
1
cosϖ( cos(ϖ+γ) +
1
cos(ϖ−γ) )
fK · cosγ + XSl · sinγ
2·fK
1
cosϖ( cos(ϖ+γ) +
1
cos(ϖ−γ)
· XSl
(5.1)
· cosγ
)
· YSl
fK · cosγ + XSl · sinγ
2·fK
1
cosϖ( cos(ϖ+γ) +
1
cos(ϖ−γ) )
· XSr
(5.3)
fK · cosγ − XSr · sinγ
2·fK
1
cosϖ( cos(ϖ+γ) +
1
cos(ϖ−γ)
· cosγ
)
· YSr
fK · cosγ − XSr · sinγ
• XS ′ l und YS ′ l, die Koordinaten des zu projizierenden Bildes
• XSl und YSr, die Koordinaten des aufgenommenen Bildes
• fK, die Brennweite der Kameras
• ϖ, der Öffnungswinkel der Kameras
• γ, der Konvergenzwinkel der Kameras
Der Unterschied zwischen den Formeln 5.1 und 5.3 liegt in der Drehrichtung der Bilder begründet.
Zur Entzerrung konvergent aufgenommener Stereobilder muss das linke Bild gegen den Uhrzei-
gersinn und das rechte Bild im Uhrzeigersinn gedreht werden. Wie zu sehen ist, handelt es sich bei
dieser Transformation um eine Funktion, welche eine lineare Komplexität besitzt, wodurch diese
zur Laufzeit der Software durchgeführt werden kann.
In Abbildung 5.4 (oben) ist eine rektifizierte Szenerie zu sehen, welche mit 12 Grad Konvergenz
aufgenommen wurde. Der Konvergenzpunkt liegt auf der Pflanze. In Abbildung 5.4 (unten), ist
die gleiche Szenerie ohne Berichtigung dargestellt.
Der Einsatz des entwickelten Transformationsfilters ist in Abbildung 5.5 bei der Nutzung mit dem
Programm „Graphedit“ dargstellt.
Es wird ein Stereovideo im Side-by-Side Format durch den ersten Filter geöffnet und nach dem
Trennen der Audiokanäle vom Videostrom und der Dekoprimierung der Daten an den ZRektFilter
(5.2)
(5.4)

5.1. DIRECTSHOW 82
Abbildung 5.4: Berichtigte (oben) und originale Szenerie (unten) einer konvergenten Aufnahme
mit 12 Grad Konvergenzwinkel in Anaglyphentechnik (Rot-Grün)
übergeben. Dieser wendet die oben beschriebene Transformation mit Hilfe der im Eigenschaften-
dialog angegebenen Parameter an und übergibt das Resultat an einen Videoausgabefilter.

5.1. DIRECTSHOW 83
Abbildung 5.5: Darstellung des Filtergraphen bei Verwendung des Rektifizierungsfilters.
5.1.3 Transformation in das Stereovideoformat
Um ein Stereovideo von Webkameras oder den Videodaten der Kameras im Side-by-Side Format
zu erzeugen, ist ein DirectShow Filter notwendig, welcher über zwei Eingabe- und einen Aus-
gabepin verfügt. Diesem werden über die Eingabepins die Mediendaten der rechten und linken
Videoquelle übergeben, die anschließend in das gewünschte Format geschrieben werden.
In Abbildung 5.6 ist dieser Vorgang anhand des Filtergraphen dargstellt.
Abbildung 5.6: Darstellung des Filtergraphen bei Verwendung eines dualen Eingabefilters.
Hierbei werden die linke und rechte Datei von Directshow-Filtern geöffnet und nach der Tren-
nung von Audio- und Videostrom und Dekomprimierung der Videodaten dem dualen Eingabe-

5.1. DIRECTSHOW 84
filter übergeben. Dieser erzeugt die Ausgabe von einem Videobild, in dem die Eingabedaten im
Stereovideoformat vereint sind. Dieses kann nachfolgend weiterverarbeitet, gespeichert oder wie-
dergegeben werden.
5.1.4 Anaglyphe Wiedergabe
Für die Wiedergabe von anaglyphen Bildern wurde ein Filter entwickelt, welcher ein Stereovideo
im Side-by-Side Format (linkes Videobild links, rechtes Videobild rechts) als Eingabe akzeptiert
und ein Anaglyphbild ausgibt.
Dieser Filter ermöglicht es über den in Abbildung 5.7 gezeigten Dialog:
• in Rot-Cyan,
– echte-,
– graue- und
– farbige Anaglyphen darzustellen,
• in Rot-Blau ebenfalls,
– echte Anaglyphen,
• sowie in Blau-Gelb
– echte Anaglyphen darzustellen.
Abbildung 5.7: Darstellung des Filtergraphen zur Nutzung des Anaglyph Transform Filters und
dessen Einstellungsdialog.

5.1. DIRECTSHOW 85
Der Anaglyphtransformationsfilter erwartet als Eingabe ein Stereovideo im „Side-by-Side For-
mat“ und erzeugt ein anaglyphes Ausgabebild je nach Einstellung im Eigenschaftendialog des
Filters.
Dabei wurden die erzeugten Daten nach folgenden Formeln berechnet:
5.1.4.1 Echte Rot-Blau und Rot-Cyan Anaglyphen
Für eine Konvertierung der Echtfarbenvideobilder in Graustufenbilder wird aufgrund der unter-
schiedlichen Empfindlichkeit der Augen auf die Grundfarben die folgende Berechnung nach [Bar07]
genutzt:
Y = 0, 2990 · R + 0, 5870 · G + 0, 1140 · B (5.5)
Hier ist Y die Luminanz (Helligkeitswert) und R,G,B die Farbwerte des Echtfarbenbildes. Diese
Berechnung entspricht der ITU-R 2 Empfehlung 601, welche Standards zur Berechnung von Hel-
ligkeitswerten spezifiziert. Es existieren des weiteren die SMPTE 3 240 M Empfehlung, dargestellt
in Formel 5.6, und die ITU-R Empfehlung 709, die in Formel 5.7 dargestellt wird.
Y = 0, 2120 · R + 0, 7010 · G + 0, 0870 · B (5.6)
Y = 0, 2125 · R + 0, 7145 · G + 0, 0721 · B (5.7)
Da echte Anaglyphen keine Farben enthalten, werden sie durch diese Berechnung in Graustu-
fenbilder umgewandelt und zusammengefügt. Somit ergibt sich für Anaglyphen in Rot-Blau-
Kodierung unter Nutzung von Formel 5.5:
⎛
⎜
⎝
ra
ga
ba
⎞ ⎛
⎞ ⎛
0, 299 0, 587 0, 114
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎠ = ⎝ 0 0 0 ⎠ · ⎝
0 0 0
r1
g1
b1
⎞
⎛
⎟ ⎜
⎠ + ⎝
0 0 0
0 0 0
0, 299 0, 587 0, 114
⎞
⎛
⎟ ⎜
⎠ · ⎝
Wobei die Indizes a für Anaglyph stehen, 1 und 2 für das Linke und Rechte Ausgangsbild.
r2
g2
b2
⎞
⎟
⎠ (5.8)
Zur Erstellung von echten Rot-Cyan-Anaglyphen wird eine ähnliche Formel genutzt, welche nach
gleichem Prinzip arbeitet:
⎛ ⎞ ⎛
ra 0, 299
⎜ ⎟ ⎜
⎝ ⎠ = ⎝ 0
0, 587
0
⎞ ⎛
0, 114
⎟ ⎜
0 ⎠ · ⎝
ga
ba
0 0 0
r1
g1
b1
⎞ ⎛
⎞ ⎛
0 0 0
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎠ + ⎝0,
299 0, 587 0, 114⎠
· ⎝
0 0 0
r2
g2
b2
⎞
⎟
⎠ (5.9)
2 Die „International Telecommunikation Union - Radiocommunication“ (Internationale Fernmeldeunion) ist eine Unterorganisation
der Vereinten Nationen und die einzige Organisation, die sich offiziell und weltweit mit technischen
Aspekten der Telekommunikation beschäftigt.
3 Die „Society of Motion Picture and Television Engineers“ ist ein internationaler Verband aus dem Bereich der professionellen
Film- und vor allem Videotechnik in welchem fast alle Herstellerfirmen aus dem Bereich der Videotechnik
Mitglied sind.

5.1. DIRECTSHOW 86
5.1.4.2 Graustufen Anaglyphen
Abbildung 5.8: Echtes Rot-Cyan Anaglyphenbild
Graustufen Anaglyphen erleichtern die Betrachtung, da alle Farben verwendet werden und das
Anaglyphenbild dadurch heller erscheint. Nach Formel 5.5 ergibt sich:
⎛
⎜
⎝
ra
ga
ba
⎞ ⎛
⎞ ⎛
0, 299 0, 587 0, 114
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎠ = ⎝ 0 0 0 ⎠ · ⎝
0 0 0
r1
g1
b1
⎞ ⎛
⎞ ⎛
0 0 0
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎠ + ⎝0,
299 0, 587 0, 114⎠
· ⎝
0, 299 0, 587 0, 114
r2
g2
b2
⎞
⎟
⎠ (5.10)
Durch diese Berechnung steigt allerdings auch der Anteil an Geisterbildern, da keine 100% Ka-
naltrennung erfolgt.
5.1.4.3 Farbige Anaglyphen
Farbige Anaglyphen erlauben eine Wiedergabe, die nicht in Echtfarben aber mit geringfügig rea-
lerer Wirkung als Echte-Anaglyphenbilder wirkt. Dafür können die jeweiligen Farbanteile direkt
zusammengeführt werden. Hier tritt der oben beschriebenen Effekt auf, dass durch die unterschied-
liche Sensitivität des Auges für Grundfarben diese bei Betrachtung eines Anaglyphenbildes nicht
korrekt aufgenommen werden können. Im speziellen werden rote Farbtöne nur gering wahrge-
nommen, weswegen es sich anbietet den Rotanteil eines Bildes, aus dem Blau- und Grünanteil zu
ermitteln. Dabei werden die Farbwerte addiert und das geometrische Mittel gebildet. Somit ergibt
sich:

5.1. DIRECTSHOW 87
⎛
⎜
⎝
ra
ga
ba
Abbildung 5.9: Graues Anaglyphen Bild.
⎞ ⎛
⎞ ⎛
0 0, 831 0, 161
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎠ = ⎝0
0 0 ⎠ · ⎝
0 0 0
r1
g1
b1
⎞ ⎛ ⎞ ⎛
0 0 0
⎟ ⎜ ⎟ ⎜
⎠ + ⎝0
1 0⎠
· ⎝
0 0 1
Abbildung 5.10: Farbiges Anaglyphen Bild.
r2
g2
b2
⎞
⎟
⎠ (5.11)

5.1. DIRECTSHOW 88
5.1.5 Zweibildschirm Wiedergabe
Bei der Zweibildschirm Wiedergabe muss unterschieden werden unter den in Kapitel 2.3.5 darge-
stellten Methoden, zwischen:
• Headmounted Displays und
• der Polarisationstechnik.
Die Unterschiede finden sich in der technischen Realisierung. So sollte z.B. beim Einsatz von
zwei Projektoren welche ein linkes und ein rechtes Bild „übereinander“ projizieren eine Korrektur
des in Kapitel 2.3.6 beschriebenen Randlichtabfalls erfolgen. Dies kann beim Einsatz von Head
Mounted Display (HMD) vernachlässigt werden, da hier die beiden Diplays nur wenig bis gar
keinen Randlichtabfall erzeugen.
Allgemein müssen bei der Zweibildschirmausgabe und einer konvergenten Aufnahme, die Bilder
rektifiziert werden und anschließend an die Grafikkarte übergeben werden. Hierbei ist es notwen-
dig, dass eine Grafikkarte mit mehreren Ausgängen oder zwei Grafikkarten im Rechnersystem
vorhanden sind. Dabei wird das linke Bild im Vollbildmodus auf dem linken Projektor ausgege-
ben und das rechte Bild auf dem rechten.
Unter Nutzung von DirektShow wurde ein Renderingfilter implementiert, welcher als Eingabe
ein Stereovideo im Side-by-Side Format akzeptiert und dieses so aufbearbeitet, dass die oben
beschriebene Vorraussetzungen erfüllt sind. Um diesen „ZStereoRenderer“ genannten Filter zu
nutzen muss der Treiber der Grafikkarte auf „Horizontal Span“ gestellt werden, sodaß auf beiden
Projektoren oder Bildschirmen ein gemeinsamer Abreitsplatz eingerichtet ist. Die Verwendung des
Stereorenderer-Filters ist in Abbildung 5.11 dargestellt. Hier ist zu sehen, wie der Transformations-
zusammen mit dem Wiedergabefilter arbeitet.
Abbildung 5.11: Darstellung eines Filtergraphen bei Verwendung des Stereowiedergabefilters

5.2. GPS-DATEN 89
5.1.6 Wiedergabe über den NVIDIA TM 3D Stereo Treiber
Eine weitere Möglichkeit der Wiedergabe stereoskopischer Bildinhalte, die mit sehr hoher Ge-
schwindigkeit genutzt werden kann, ist die einzelnen Ansichten eines Raumbildes direkt über die
Grafikkarte darzustellen. Dabei liegt der Vorteil darin, dass Berechnungen nicht auf dem Haupt-
prozessor (CPU) sondern auf dem Grafikprozessor (GPU) durchgeführt werden und somit die Ka-
pazitäten des Computers besser verteilt werden. Zu diesem Zweck existiert von NVIDIA TM ein
Treiberaufsatz, welcher für Direct3D R○ oder OpenGL R○ basierte Grafiken Raumbilder erzeugen
kann. Für die Installation, Bedienung und Einstellung dieses Treibers sei auf [NVI01] verwiesen.
Die Kompatibilität dieses Treiberaufsatzes ist auf einige wenige NVIDIA TM Grafikkarten be-
schränkt, weshalb bei der Implementation auf diesen verzichtet wurde.
5.2 Gps-Daten
GPS-Daten werden von dem in Kapitel 4.5 beschriebenen Aufbau in einen Audiokanal kodiert
und per Software wieder dekodiert. Diese Daten sind im NMEA Format, welches im Folgenden
kurz erläutert wird, gespeichert.
Eine Sequenz der Daten im NMEA-Format hat folgenden Aufbau:
$GPRMC,hhmmss.ss,A,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x.x,x.x,ddmmyy,x.x,E,a*hh
1. = Uhrzeit der Positionsbestimmung (hhmmss.ss),
2. = Empfängerwarnung (A = Daten OK, V = Warnung),
3. = Breitengrad (llll.ll),
4. = Nördlich oder Südlich (a),
5. = Längengrad (yyyyy.yy),
6. = Östlicher oder Westlicher Breitengrad (a),
7. = Geschwindigkeit über Grund (Knoten x.x),
8. = wahrer Kurs (ohne Bewegung 0 x.x),
9. = Datum (ddmmyy),
10. = magnetische Deklination in Grad (x.x),
11. = Ost oder West (E),
12. = Modus (a,d,e,n,s) *
13. = Prüfsumme (hh)

5.3. NACHBEARBEITUNG VON STEREOVIDEOS 90
Um dieses Format aus dem Audiokanal der Kamera wieder zu extrahieren wird die, auf der dieser
Arbeit beiliegenden CD enthalte Software „Flexnet32-soundmodem“ genutzt. Diese freie Softwa-
re emuliert ein 4800 Baud Modem über die Soundkarte des Computers. Dabei werden die Ge-
räusche, welche durch „Tiny-Trak 3 Plus“ (siehe Kapitel 4.5) in einen Audiokanal kodiert wurden
durch die Soundkarte abgespielt und von dem „emulierten Modem“ dekodiert. In Abbildung 5.12
ist die Oberfläche dieser Software beim Dekodieren gezeigt.
Abbildung 5.12: Screenshot der Anwendung Flexnet-Soundmodem
Hier sind im oberen Teil der Anwendung die empfangenen Global Positioning Daten dargestellt
sowie allgemeine statistische Metadaten. Diese ermöglichen es Probleme, die beispielsweise bei
der Zwischenkomprimierung aufgetreten sind zu erkennen. In solch einem „Fehlerfall“ werden
erkennbare Bitmuster gebildet welche im unteren Teil der Anwendung zu sehen sind. Wenn bei-
spielsweise die Aufnahmelautstärke zu gering war, werden keine Daten dekodiert und nur Nullen
dargestellt.
5.3 Nachbearbeitung von Stereovideos
Da sich gezeigt hat, dass die Nachbearbeitung von Stereovideos im Gegensatz zur Bearbeitung
„einfacher“ Videodaten sehr komplex ist, wird hier eine Vorgehensweise beschrieben, die den
Aufwand so gering als möglich gestalten soll.
Als erstes sollten die zwei Videostöme in ein Side-by-Side, oder übereinander Format gebracht
werden. Damit ist sichergestellt, dass später durch weiteres Bearbeiten kein Höhenversatz oder
Änderungen der Deviation auftreten können. Desweiteren reduzieren sich Probleme beim Schnitt
der Videodaten, da nicht zwei, sondern lediglich eine Datei geschnitten wird. Diese Vorgehens-
weise hat sich auch bei längeren und damit größeren Videos bewährt, da der zusätzliche Zeitauf-

5.3. NACHBEARBEITUNG VON STEREOVIDEOS 91
wand durch Verarbeiten eines Videoformates mit doppelter Breite oder Höhe, geringer als bei, der
Editierung zweier Videos ist. Zudem ist in jedem Verarbeitungsschritt eine Kontrolle des stereo-
skopischen Effektes möglich.
Ein zweiter Vorteil dieser Herangehensweise ist, dass alle virtuellen Größen im Vorfeld fixiert
werden. Im Allgemeinen kann im Vorfeld, selbst bei sehr großem Vertrauen in die Halterung und
die Fernbedienung der Kameras nicht vorhergesehen werden, ob und wie groß die Justierungspa-
rameter der Einzelvideos bezogen auf Höhenversatz und Deviation im Stereovideo sind.
5.3.1 Einblenden von Titeln
Beim Einblenden von Titeln muss darauf geachtet werden, dass diese nicht ungewollt von vir-
tuellen Objekten durchstoßen werden. Deswegen ist für einfache Titel eine Platzierung vor weit
entfernten, unbewegten Objekten am sinnvollsten.
Titel werden durch Erstellen von Bilddaten erzeugt, die über alpha-Werte oder Bluescreen Techni-
ken über Einzelbilder des Videos gelegt werden. Dabei sollte das Titelbild die gleiche Auflösung
und Größe des Stereovideos besitzen, um Fehler bei der Justierung zu vermeiden. Wenn virtuelle
Tiefe im Titel erwünscht ist, wird empfohlen, dies mit Renderingprogrammen wie z.B. „3D Studio
Max“, „Maya“, „Blender“ oder „POV-ray“ zu realisieren und durch Videobearbeitungssoftware zu
bearbeiten.
5.3.2 Anwenden von Blend-Effekten
In vielen Situationen beim Schnitt von Videodaten ist es erwünscht, Szenenübergänge durch den
Einsatz von Blenden zu realisieren. Dabei ist zu beachten, dass ein Stereovideo vom Schnittpro-
gramm als „normales Video“ behandelt wird. Das bedeutet bei Blendeffekten, welche rechts oder
linksseitiges „fahren“ oder „schieben“ realisieren, können leicht Fehler im Raumbild erzeugt wer-
den.
Keine Fehler treten bei der Nutzung von diffusen Blenden oder je nach Stereoformat genutzte
Überblendeffekte, welche senkrecht zur Anordnung der Bilder im Stereovideo eingesetzt werden,
auf. Im weiteren bedeutet dies, dass ein Überblenden von links oder rechts bei einem Stereovideo
im übereinander Format eingesetzt werden kann, jedoch im nebeneinander Format (Side-by-Side)
einen für den Betrachter unangenehmen Effekt erzielt.
5.3.3 Überlagern von Stereovideo mit Videoinhalten
Prinzipiell kann in einem Stereovideo genauso verfahren werden, wie in monoskopischem Video.
Bluescreen Elemente können genutzt werden genauso wie Alphablenden. Es ist darauf zu achten,
das nachträglich eingefügte Elemente die Grundregeln der Stereoskopie, wie z.B. die 70 Minuten
Regel (Kapitel 2.2.2) nicht verletzen oder Höhenversatz erzeugen. Veränderungen der virtuellen
Tiefe, der Stereobasis oder anderen filmerischen Techniken ist keine Beschränkung gesetzt.
Zur Realisierung beispielsweise einer Bluescreen Einblendung wird ebenfalls empfohlen, den

5.3. NACHBEARBEITUNG VON STEREOVIDEOS 92
Abbildung 5.13: Kodierung von mehreren Ansichten eines Bildes durch eine Tiefenkarte aus
[Gir01], a) Erzeugung der Tiefenkarte b) Berechnung einer Ansicht durch eine
Tiefenkarte
Inhalt nicht in die einzelnen Videoströme für das linke und rechte Bild einzufügen, sondern
hier Stereovideo- in Stereovideo einzufügen. Die dadurch verlängerte Bearbeitungszeit durch den
Schnittplatz steht in geringerem Kontrast als die Ausrichtung der Einzelvideos, da deren nachträg-
liche Ausrichtung im Stereoformat nicht exakt vorhergesehen werden kann.
5.3.4 Kompression von Stereovideo
Stereoskopische Videos können in separaten Mediendateien, im Side-by-Side oder übereinander
Format mit jedem beliebigen Videocodec komprimiert werden. Ein für Stereobildpaare optimier-
ter frei zugänglicher Codec existiert jedoch nicht, weswegen ein Kompressionsverfahren welches
ausnutzt, dass sich die rechte und linke Ansicht des Stereobildpaares stark ähneln, hier erwünscht
wäre.
Einer der ersten Ansätze mehrere Ansichten einer Szenerie zu kodieren nutzte eine Differenzkar-
te, sodaß ein Bild und diese Karte gespeichert werden mussten und nicht zwei Vollfarbenbilder
[Mic86]. Dieser Ansatz findet sich in vielen aktuellen Arbeiten wieder. In Abbildung 5.13 ist ei-
ne Abbildung aus [Gir01] zu sehen, welche das Prinzip der En- und Dekodierung von mehreren
Ansichten verdeutlicht.
Dieser Algorithmus macht sich zu Nutze, dass in stereoskopischen Ansichten viele Punkte der
abgelichteten Szenerie in beiden Bildern an verschiedenen Positionen vorhanden sind. Aus dieser
Differenz, welche der Deviation entspricht kann ein Tiefenbild berechnet werden. In [Gir01] wer-
den dazu die Bilder in Blöcke aufgeteilt und miteinander verglichen. Das entstandene Tiefenbild
muss anschließend verlustfrei gespeichert werden. Hier bietet sich durch die Aufteilung in Blöcke
eine Lauflängenkodierung an. Bei der Dekodierung kann aus einer Ansicht und dem Tiefenbild
die zweite Ansicht rekonstruiert werden.
Der Kompressionsfaktor kann noch erhöht werden, wenn nicht nur die räumlichen Differenzen
betrachtet werden, sondern auch die temporalen [Vik03]. Wenn eine MPEG Kodierung zur Hilfe
genommen wird, bei der das erste I-Bild unabhängig komprimiert wird und im folgenden durch

5.3. NACHBEARBEITUNG VON STEREOVIDEOS 93
pixelweise Subtraktion vom ersten nur die Differenzen gespeichert werden (P-Bild), können P-
Bilder höher komprimiert werden als I-Bilder. Eine noch höhere Kompressionsrate wird erzielt,
wenn nicht Differenzen sondern Bewegungsvektoren gespeichert werden, die angeben in welche
Richtung sich ein Pixel „bewegt“. Im MPEG-2 Standard wird noch eine dritte Art von Bildern ge-
nutzt (B-Bild), welche typischerweise zwei Referenzen speichern. Eine zum vorherigen Bild, und
eine zum nachfolgenden Bild. Dadurch kann der Enkodierer die optimale Vorhersage für jeden
Block treffen, was die Effizienz steigert.
Somit ist das Verfahren der temporalen Komprimierung ähnlich des der räumlichen Komprimie-
rung.
Linke
Ansicht
Rechte
Ansicht
I
B
B B
B
P B B P
B B
B B
Abbildung 5.14: Folge von I,P, und B- Bildern bei der Kompression von stereoskopischen Video
(nach [Vik03])
In Abbildung 5.14 ist der Aufbau des in [Vik03] entwickelten Codecs dargestellt. Die linke Ansicht
wird dabei in herkömmlicher Weise komprimiert, wohingegen die rechte Ansicht durch B-Bilder
repräsentiert wird. Diese können am höchsten komprimiert werden und ermöglichen die Referen-
zierung von Bildern der linken und rechten Ansicht.
Die „Motion Picture Experts Group“ stellt einen freien Codec für Bildungszwecke zur Verfügung.
Dieser heißt „Test Model 5“ (TM5) und kann von der Webseite der MPEG [MPE01] bezogen
werden. Eine Implementation des Codecs von [Vik03] ist auf der, dieser Arbeit beiliegenden CD
zu finden.
B

6 Fazit
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse dieser Diplomarbeit in einem Überblick zusammenge-
fasst und mögliche Erweiterungen der Kamera vorgestellt.
6.1 Zusammenfassung der Arbeit
Als Ergebnis der Arbeit existieren verschiedene DirectShow Filter zur Be- und Verarbeitung von
Stereovideos, sowie Beispielvideos, welche auf der beiliegenden CD zu finden sind und die in
Kapitel 4 beschriebene Kamera, welche sich durch eine hohe Anzahl an Freiheitsgraden in Hin-
sicht auf stereoskopische Bilderstellung auszeichnet. Beispielsweise kann neben der synchronen
Aufnahmefunktion
• die Stereobasis verändert werden,
• die Ausrichtung der optischen Achsen der Einzelkameras bei der Aufnahme verändert wer-
den,
• synchron gezoomt und fokussiert werden
• Sensorinformationen Bildsynchron gespeichert werden und
• die Stereokamera mobil eingesetzt werden.
Durch diese Funktionen wurde eine mobile Stereovideokamera erschaffen, die im Vergleich mit
den in Kapitel 3.1 vorgestellten Systemen, einen höheren Funktionsumfang bei geringerem Ko-
stenaufwand realisiert.
Eine Aufstellung der Kosten für die Stereovideokameras ist im Anhang dieser Diplomarbeit auf
Seite IX in Tabelle A.3 dargestellt. Die dort angegebenen Kosten liegen im Vergleich, zu den im
Kapitel 3.1 vorgestellten Stereovideokameras, welche 70.000 Euro und mehr 1 kosten, deutlich
niedriger.
Der Vergleich mit den vorgestellten binokularen Kameras ist nicht direkt möglich. Durch den oben
beschriebenen, deutlich höheren Funktionsumfang und höhere Auflösung des entwickelten Stereo-
videokamera Systems.
Durch die entwickelte Stereovideokamera (vgl. Abbildung 6.1) ist es möglich den menschlichen
Sehvorgang sehr naturgetreu nachzuempfinden. Die Möglichkeit den Konvergenzwinkel bei der
1 Annahme des Autors, da nur der Preis von „TMP S3R 1080i 3D“ ermittelt werden konnte. Da die anderen Systeme,
“Pace Fusion 3d“ und „21st Century 3DVX3“ nur mit Bedienpersonal gemietet werden können wird der Anschaffungspreis
als sehr hoch angenommen.
94

6.2. MÖGLICHE ERWEITERUNGEN DER STEREOKAMERA 95
Abbildung 6.1: Abbildung des Sterovideokamerasystems
Aufnahme von Sterovideos zu ändern und die Projektion auf der Stereoprojektionleinwand des
Lehrstuhls Computergrafik und Visualisierung, welche durch die große Bilddiagonale die Projek-
tion in Originalgröße ermöglicht, wird die Möglichkeit geboten originale Eindrücke zu vermitteln.
Zusammen mit der entwickelten Software, welche die Berichtigung und Projektion, von konver-
gent und parallel aufgenommenen Szenarien für die parallele Projektion ermöglicht, ist somit ein
Stereovideosystem entstanden, das in dieser Art aktuell einzigartig ist.
Durch die Annotation von Videodaten mit GPS Informationen wurden weitere Wissenschaftliche
Arbeiten ermöglicht.
Die entwickelten DirectShow Filter (siehe Kapitel 5.1) sind auf der, der Arbeit beiliegenden CD
inklusive dem benötigten Quelltext enthalten. Dieser Quellcode kann im Sinne der Aufgabenstel-
lung von weiteren Arbeiten genutzt werden. Eine einfache Anwendung, welche den Einsatz von
Filtern demonstriert ist ebenfalls auf der beiliegenden CD zu finden.
6.2 Mögliche Erweiterungen der Stereokamera
An der entwickelten Stereokamera können im Rahmen weiterer Arbeiten die im Folgenden be-
schriebenen Erweiterungen getroffen werden. Diese stellen lediglich einen Teil der denkbaren
Modifikationen dar, welche in erster Linie zur Nachempfindung des menschlichen Sehvorgangs
genutzt werden können.

6.2. MÖGLICHE ERWEITERUNGEN DER STEREOKAMERA 96
6.2.1 Aufnahme von Stereopanoramen
Die Aufnahme von Panoramen erfolgt heutzutage meist nur als Fotografien, da der Herstellungs-
prozess als auch die Wiedergabe dieser Rundblicke sehr aufwendig ist. Für die Wiedergabe auf
einer planen Fläche, wie beispielsweise einem Monitor, existieren so genannte Schaufenster-
Ansichten von Panoramen, bei welchen der Betrachter einen Teil des Bildes sieht, und in diesem
in drei Richtungen navigieren kann. Dabei kann nach rechts und links oder oben und unten „ge-
schaut“ und durch Pixelvergrößerungsalgorithmen gezoomt werden. Das flache Panorama, das zur
korrekten Wiedergabe kugelförmig um den Betrachter herum projiziert werden müsste, erscheint
über die Beschneidung durch das „Schaufenster“ korrekt.
Somit ist es möglich 360 ◦ × 180 ◦ Panoramen wiederzugeben. Die Aufnahme solcher Panoramen
erfolgt in der Fotografie entweder durch Erzeugen von Ablichtungen, welche sich in einem be-
stimmten Bereich überlappen und später durch Softwarelösungen „zusammenmontiert“ werden,
oder durch Nutzung einer Panoramakugel wie in Abbildung 6.2 dargestellt.
Abbildung 6.2: Panorama Aufnahme mit Hilfe einer gestauchten Halbkugel (nach [Naj05])
Bei dieser handelt es sich um eine gestauchte Halbkugel, welche 360 ◦ × 90 ◦ Panoramen durch
spätere Entzerrung ermöglicht. Bei dem Einsatz einer Vollkugel kann ein ca. 360 ◦ × 130 ◦ Pan-
orama (auch Sphärisches Panorama genannt) erzeugt werden. Die Bildinformation am „Rand“ der
abgelichteten Kugel ist sehr hoch, weshalb der Einsatz von Digitalkameras durch die meist zu ge-
ringe Auflösung keine guten Ergebnisse produziert.
Ein entzerrtes Bild dieser abgelichteten Sphären wird „equirectangulares Bild“ genannt, welches
die doppelte Breite des aufgenommenen Bildes hat, und eine Rundumsicht ermöglicht. Die be-
kannteste Anwendung einer equirectangularen Projektion ist die Abbildung der „Weltkarte“ auf
einer ebenen Fläche. Für eine genauere Beschreibung der Equirectangularen Projektion sei auf
[Eli07] verwiesen.
Als Erweiterung der Stereokamera könnten durch Anbringen zweier Kugeln vor den Objekti-

6.2. MÖGLICHE ERWEITERUNGEN DER STEREOKAMERA 97
ven Stereovideopanoramen aufgenommen werden, die gerade in der Terrainvisualisierung oder
in Computerspielen eingesetzt werden könnten. In Computerspielen würde dadurch ein sehr ho-
her Grad an Realismus erreicht und die Modellierung der Spielfläche wird erleichtert, da eine
Aufwendige Modellierung des Spielfeldes im Besonderen in Randbereichen in denen ein Avatar
(Spielfigur) nicht agieren kann, vermieden wird.
Stereopanoramen als Videos hätten einen besonderen Reiz wenn sie in Rundumprojektionsräu-
men, wiedergegeben (Cave) werden.
6.2.2 Bedieneinheit
Die Bedieneinheit kann in der Hinsicht verbessert werden, dass eine Ansteuerung der Servomo-
toren, z.B. beim Ändern der Fokussierung, über die Fernbedienung gelöst werden könnte. Der
entstehende Effekt beschreibt den menschlichen Sehvorgang besser, bei dem die Achsen der Au-
gen ebenfalls auf das fokussierte Objekt konvergieren. Zur Realisierung dieser Erweiterung müs-
ste der in der Bedieneinheit vorhandene „Servo-Differenzierbaustein 2 “, sowie der ebenfalls in der
Bedieneinheit angeordnete Generator für das Steuersignal der Servomotoren, mit der Hauptpla-
tine der Fernbedienung gekoppelt werden. Eventuell ist eine Neukonzipierung des Layoutes der
Platine in Betracht zu ziehen.
Weiterhin wäre eine Erweiterung der Bedieneinheit um die Funktion des Vergrößern oder Ver-
kleinern der Stereobasis denkbar, die ebenfalls eine Layoutänderung der Fernbedienungsplatine
erfordert. Diese Funktion erfordert weiterhin eine Veränderung der Kamerahalterung um Steue-
rungsmöglichkeiten der Stereobasis wie in Kapitel 6.2.3 beschrieben wird. Hintergrund dieser
Modifikation ist es, einerseits die Stereobasis während der Aufnahme zu verändern und anderer-
seits diese an bestehende Funktionen wie z.B. die Fokussierung oder die Brennweitenänderung
zu koppeln. Dadurch ist es möglich beim Vergrößern und Verkleinern der Stereobasis zusammen
mit der Ansteuerung der Fokussierung, die Konvergenzlinie bei konvergenter Aufnahme gleich zu
halten.
Somit könnten multiperspektivische Aufnahmen von einem Objekt durchgeführt werden.
6.2.3 Halterung
An der Halterung der beiden Einzelkameras der Stereokamera können zum einen Verbesserungen
in Hinsicht auf Bedienbarkeit und Portabilität zum anderen Erweiterungen der Funktionalität ge-
troffen werden.
Die Portabilität der Stereokamera kann neben der Reduzierung des Gewichtes, z.B. durch das
Tragen der Stromversorgung in einem Rucksack, durch Nutzung eines „Steadycam“ Systemes
2 Der „Servo-Differenzierbaustein“ ermöglicht die gegensätzliche Ansteuerung und eine Differenzierung der Schritt-
weite der Servomotoren

6.2. MÖGLICHE ERWEITERUNGEN DER STEREOKAMERA 98
(auch Schwebestativ genannt) wie in Abbildung 6.3 gezeigt, verbessert werden. Dieses nutzt das
Trägheitsmoment einer großen Masse (der Stereokamera), um Kipp- und Neigestabilität zu ga-
rantieren. Außerdem wird die direkte Verbindung zwischen der kameraführenden Person und der
Kamera entkoppelt.
Abbildung 6.3: Schwebestativ
Da ein Kameraschwebestativ wie in Abbildung 6.3 gezeigt ist, sehr preisintensiv ist (ca. 17.000
Euro [Vid07]), kann dies auch selbst entwickelt werden. Dazu sei auf die Anleitung in [Eng07]
verwiesen.
Eine weitere praktische Modifikation der Halterung kann durch das Befestigen eines Kontroll-
monitors an der Halterung erreicht werden. An diesem müssten über eine Schaltung die Kameras
angeschlossen werden, über die die aufgenommenen Bilder direkt, z.B. in Anaglyphendarstellung,
betrachtet werden können. Die dafür notwendige Schaltung müsste die Signale der Farbkompo-
nenten beider Kameras als Eingabe verwenden und ein Anaglyphenbild ausgeben. Dieses kann
anschließend beispielsweise mit einem portablen TFT-Monitor betrachtet werden.
Eine Verringerung des Kameragewichts ist durch Modifikation der Halterung möglich. Beispiels-
weise kann die Halterung aus Kohlefasern gefertigt werden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wur-
de auf solch eine Halterung aus Kostengründen verzichtet.
6.2.4 Sensordaten
Für den Einsatz von Sensordaten, welche synchron zu Videoteilbildern gespeichert werden, könn-
ten verschiedene Anpassungen durchgeführt werden.
Falls eine genauere Positionsbestimmung der Stereokamera gewünscht ist, kann das „Differential
Global Positioning System“ (DGPS) genutzt werden. Dieses bezeichnet das Verfahren, zwei oder
mehr GPS-Empfänger zur Steigerung der absoluten Positionsgenauigkeit einzusetzen. Es werden
die Koordinatendifferenzen zwischen den Empfangsstationen bestimmt, wodurch ein Großteil der
Fehlereinflüsse eliminiert werden kann. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Genauigkeit

6.3. FORSCHUNGSFRAGEN 99
der Positionsbestimmung auf unter einen Zentimeter zu steigern.
Mit DGPS-Empfängern können ortsfeste Referenzstationen genutzt werden, von welchen die geo-
grafische Position mit sehr hoher Genauigkeit bekannt ist. Der gemessene Entfernungsfehler zum
Satelliten und dessen zeitliche Änderung wird für jeden empfangenen GPS-Satelliten von dieser
Station bestimmt und an alle DGPS-Empfänger der Region übermittelt. Zur Kalibrierung dieses
Systems in Deutschland wird meist der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesver-
messung (SAPOS) verwendet, welcher Korrekturdaten über verschiedene Netze, wie beispiels-
weise GSM, Funk, Telefon oder Internet zur Verfügung stellt.
Zur Nutzung anderer Sensordaten müssten die Anschlussmöglichkeiten an das in Kapitel 4.5 vor-
gestellte „TinyTrak3“ verändert und die Firmware des Mikroprozessors angepasst werden. Zu
diesem Zweck sei auf das „OpenTracker+“ Projekt [N1V05] verwiesen, bei welchem Firmwa-
re und Platinenlayout zur Verfügung gestellt werden. OpenTracker+ arbeitet nach dem gleichen
Prinzip wie TinyTrak3 und wird als OpenSource Projekt geführt. In weiteren Arbeiten könnte eine
Firmware entwickelt werden, die es durch Komprimierung oder Umkodierung der Sensordaten
ermöglicht, Daten von zwei oder mehr Sensoren in den Audiokanal zu kodieren oder diese mit
den vom Mikrofon aufgenommen Audiodaten mischt, um die Verwendung von allen vier Audio-
kanälen zu garantieren.
6.3 Forschungsfragen
Mit der entwickelten Kamera können viele verschiedene wissenschaftliche Arbeiten durchgeführt
werden. Diese beziehen sich auf das komplette Gebiet der stereoskopischen Aufnahme, Verarbei-
tung und Wiedergabe von Daten.
Einige notwendige Arbeiten werden nachfolgend vorgestellt und sollen einen Anstoß für eventuell
folgende Arbeiten bilden.
6.3.1 Datenverarbeitung
Im Rahmen der Datenverarbeitung stereoskopischer Bildinhalte und der Verarbeitung von Sensor-
daten existieren keine oder nur unzulängliche Softwarelösungen.
6.3.1.1 Aufnahme von Stereovideodaten
Die Aufnahme von Stereovideos erfolgt aktuell meist nach Standardgeometrie, also der paralle-
len Ausrichtung der optischen Kameraachsen. Wie in Kapitel 2.2.1 beschrieben, muss bei dieser
Justierung das entstandene Raumbild rechts und links beschnitten werden. Bei einer konvergen-
ten Aufnahme ist dies nicht der Fall, allerdings muss hier eine Schrägprojektion, wie in Kapitel
2.3.1 beschrieben, durchgeführt werden. In dieser Arbeit wurde vorgestellt, wie diese anhand eines
bekannten Konvergenzwinkels durchgeführt wird. Da der Konvergenzwinkel bei einer Schrägpro-
jektion (auch Rektifizierung genannt) nicht immer bekannt ist, existieren Verfahren, welche die-

6.3. FORSCHUNGSFRAGEN 100
sen Winkel anhand von Bilddaten errechnen. Die echtzeitfähige Anwendung dieser Verfahren ist
aktuell nicht möglich und sollte, gerade bei einem sich ändernden Konvergenzwinkel erforscht
werden. Die in solch einer Arbeit entstehenden Grundlagen sind für den Bereich der Photogame-
trie im Zusammenhang mit multiperspektivischen Bildern sehr interessant, da zur Erzeugung von
Tiefenkarten rektifizierte Bildinformationen die Ausgangslage bilden.
6.3.1.2 Verarbeitung von Stereovideodaten
Gerade im Bereich der Videobildverarbeitung von Raumbildern wird Software benötigt die, das
Schneiden und Bearbeiten der verschiedenen Stereovideoformate unterstützt. Wie in Kapitel 5.3
beschrieben, ist die Verwendung von herkömmlichen Videobearbeitungsprogrammen für den Ein-
satz an Raumbildinformationen unzulänglich.
Wünschenswert wären Lösungen, die folgende Punkte verwirklichen.
• die Synchronisierung von Stereovideos anhand verschiedener Algorithmen vereinfacht (z.B.
durch Kantenfindungsverfahren)
• das Hinzufügen von Titeln mit Unterstützung der Positionierung in der Tiefe
• die Erstellung von Tiefenkarten realisiert, um künstliche Objekte oder weitere Raumbilder
mit den aufgenommenen Daten zusammenzuführen können
• die Verwendung von Blenden jeglicher Art unterstützt
• die Komprimierung von Stereovideos nach dem im Kapitel 5.3.4 vorgestellten Verfahren
realisiert
• die Abbildung von Sensordaten ermöglicht, beispielsweise von GPS-Daten als Mini-Landkarte
im Bild
6.3.1.3 Speicherung von Stereovideodaten
Die Speicherung von Stereobildpaaren wird aktuell durch die gleichen Verfahren realisiert wie
die Speicherung von monoskopischem Video. Wie in Kapitel 5.3.4 erläutert, kann dies effektiver
durch Ausnutzung von Similaritäten in den Einzelbildern des Stereobildpaares erfolgen. In dieser
Hinsicht sollten Komprimierungs- und Dekomprimierungsalgorithmen entworfen werden, welche
die Speicherung und damit auch die Übertragung von stereo- und multiperspektivischem Video
optimieren.
6.3.1.4 Sensordaten
In Bezug auf die Datenverarbeitung und die Einbettung von Daten in Videoströme sind sehr viele
Forschungsansätze denkbar. So zum Beispiel die Annotierung von Videos durch weitere Informa-
tionen nach Ansätzen der Augmented Reality. Hier könnten Sensordaten genutzt werden, um auf
den Anwendungsfall passende Daten anzuzeigen. So könnte ein Navigationsystem, welches ein

6.3. FORSCHUNGSFRAGEN 101
Sportler für das Training zu einem Fahrradmarathon verwendet, durch Daten über den physischen
Zustand des Nutzers eine schwerere oder leichtere Streckenführung berechnet.
Durch stereoskopische Bildinformationen könnte in diesem Fall im Vorfeld die Oberfläche der
Straße und deren Breite bestimmt werden, wodurch die Navigation noch exakter zugeschnitten
werden kann.
Um dieses futuristische Szenario realisieren zu können sind dem Stand der Forschung noch einige
Arbeiten vorausgesetzt. Bei diesen sollten Filtermechanismen entwickelt werden, die die aufge-
nommenen Daten in der gewünschten Darstellungsvariante verarbeiten und visualisieren.
6.3.2 Verwendung stereoskopischer Aufnahmen
Stereoskopische oder multiperspektivische Aufnahmen können in vielen Einsatzbereichen hilf-
reich sein. So werden Multisensorsysteme beispielsweise aktuell in der Automobilproduktion
in Prototypen eingesetzt, die ohne Einwirkung des Fahrers Einparken, Warnungen signalisieren,
wenn die Fahrspur verlassen wird oder sich gar gänzlich ohne Fahrer im öffentlichen Raum bewe-
gen.
Desweiteren kann die in Raumbildern enthaltene Tiefeninformation genutzt werden, um Personen
oder Gesten [Hof05] zu erkennen, was im Bereich der Mensch-Computer-Interaktion ein großes
Forschungsgebiet darstellt. In diesem Zusammenhang ist die Visualisierung von dreidimensiona-
len Daten und die Interaktion mit diesen ein großes Forschungsgebiet.
Die Anwendungen einer Stereokamera im Bereich dieses Erfassens von räumlichen Informationen
liegen auf der Hand. Die durch stereoskopische Aufnahmen gesammelten Tiefenbilder könnten
beispielsweise über die Verknüpfung mit GPS-Daten dreidimensionale Abbildungen der aufge-
nommenen Szenarios erzeugen und im Bereich der Terrainmodellierung eingesetzt werden. Die
Erstellung von dreidimensionalen Punktwolken durch die Verarbeitung von Stereovideoinforma-
tionen können bei der Berechnung physikalischer Eigenschaften von beispielsweise Stoffen, Pa-
pier, Flüssigkeiten oder Gasen genutzt werden. Auch die GPS-Navigation kann durch Unterstüt-
zung von stereoskopischen Ansichten verbessert werden. So wäre ein System vorstellbar, welches
nach dem Ansatz der Augmented Reality stereoskopische Ansichten, die durch stereoskopisches
Video erzeugt werden könnten, direkt zur Navigation von Fahrzeugen und Fußgängern eingesetzt
werden.
Aufgrund dieser und weiterer Nutzungsmöglichkeiten für Stereovideokameras ist das Gebiet der
multiperspektivischen Sensordatenerfassung, -verarbeitung und -speicherung ein interessantes The-
ma für weitere Arbeiten.

A Anhang
A.1 Hinweise zur Bedienung der Stereovideokamera
Die Bedienung der entwickelten Stereovideokamera unterscheidet sich im technischen Verständ-
nis nicht von der Handhabung eines Camcorders. Allerdings sind einige Aufnahmeregeln, welche
an verschiedenen Stellen in der Diplomarbeit genannt wurden, zu beachten. Diese werden hier
neben einigen Hinweisen zur Bedienung und Handhabung genannt.
Vor der Benutzung der Stereovideokamera ist die Bedienungsanleitung der Einzelkameras, sowie
diese Diplomarbeit zu konsultieren.
A.1.1 Aufnahmeregeln
Bei der Aufnahme von stereoskopischen Bildern ist zu beachten, dass die Tiefeninformation in
einem Raumbild bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf.
Da das menschliche Gehirn nur begrenzte Tiefeninformationen verarbeiten kann, begrenzt sich
die in einem Stereobild enthaltene Tiefe. Eine Verletzung dieser Regel kann dazu führen, dass
ein Tiefenbild nicht mehr als dieses wahrgenommen werden kann, sondern beide Einzelbilder zu
sehen sind, was ein großes Unbehagen erzielt.
Wie in Kapitel 2.1 beschrieben wird der Wert, welcher die Tiefeninformation beschreibt, Deviation
genannt. Diese sollte nicht größer als 1
30 der Bildbreite sein. Dieser Wert folgt der 70′ Minutenregel
welche in Kapitel 2.2.2 beschrieben wird. Aus dieser kann eine einfache Bedingung abgeleitet
werden, sodaß bei paralleler Ausrichtung der Kameras diese Regel immer eingehalten wird. Diese
ist in Formel A.1
Entfernung zum Nahpunkt ≥ Stereobasis · Brennweite (A.1)
Die einzelnen Größen sind in Abbildung 2.4 erläutert.
A.1.2 Bedieneinheit
Die Bedieneinheit besteht aus der Fernbedienung für die Stereokamera, dem Gerät zur Verarbei-
tung der Sensordaten und der Steuerungseinheit für die Servomotoren.
I

A.1. HINWEISE ZUR BEDIENUNG DER STEREOVIDEOKAMERA II
A.1.2.1 Stromversorgung
Beide Geräte (Fernbedienung und Sensorverarbeitungsbaustein) besitzen eigenständige Stomver-
sorgungen. So wird die Fernbedienung durch drei Batterien vom Typ AAA (LR03), und das GPS-
Datenverarbeitende Gerät durch einen 9V Block versorgt. Da die Fernbedienung, wenn sie an die
Kameras angeschlossen ist, durch Betätigen des Schalters für die externe Stromversorgung von
den Kameras gespeist wird, ist ein Batteriewechsel nicht allzu oft notwendig. Deswegen sind die
drei Batterien der Fernbedienung, in der Bedieneinheit unter dem Display zufinden.
Da der GPS-Empfänger einen höheren Stromverbrauch hat, ist dessen 9V-Block im Batteriefach
am gut zugänglichen Tragegurt der Kamera angebracht.
Die Servomotoren zur Steuerung der Kamerastellung werden über vier AA (LR06) Batterien be-
trieben, die ebenfalls am Gurt der Kamera befestigt sind. Der Einsatz von wiederaufladbaren Ak-
kus ist möglich und wird aufgrund der Kostenfaktoren von Batterien empfohlen.
A.1.2.2 Einstellen des Konvergenzwinkels
Der Konvergenzwinkel der Stereokamera kann durch Betätigung des Drehreglers auf der Be-
dieneinheit verändert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass bei geringen Stereobasen ab be-
stimmten Konvergenzwinkeln die Kameras zusammenstoßen können. Da die Servomotoren eine
hohe Leistung von 190N/cm besitzen, d.H. eine Kraft von 19 KG im Drehradius von einem Zen-
timeter, können durch diese Kräfte die Einzelkameras beschädigt werden.
Aus diesem Grund sollte vor jeder Inbetriebnahme der Drehregler auf der Bedieneinheit maximal
in Uhrzeigerrichtung gereht werden.
A.1.2.3 Anschluss der Einzelkameras
Der Anschluss der Einzelkameras an die Bedieneinheit erfolgt über ein Y-förmiges Kabel, dass
an einem Ende einen D-SUB9 Stecker und auf der anderen Seite zwei 2,5mm Klinkenstecker be-
sitzt. Die Klinkenstecker werden in die mit „Remote“ gekennzeichneten Buchsen an den Kameras
gesteckt und der D-SUB9 Stecker wird an der Bedieneinheit mit dem, mit „Kameras“ gekenn-
zeichneten Anschluss, verbunden.
Es ist darauf zu achten, daß dieses Kabel nicht mit dem Anschluss des GPS-Sensors verbunden
wird, da dieser mit einer höheren Spannung betrieben wird, welche Fehlfunktionen in den Kame-
ras auslösen kann.
A.1.3 Anschluss eines Sensors
Der GPS-Empfänger wird mit dem DSub9 Stecker an der Bedieneinheit mit dem, mit GPS-
Empfänger bezeichneten Anschluss, verbunden. Wenn der Schalter an der rechten Seite der Be-
dieneinheit betätigt wird, leuchtet eine Status-LED durch eine Öffnung auf der Oberfläche der

A.1. HINWEISE ZUR BEDIENUNG DER STEREOVIDEOKAMERA III
Bedieneinheit, welche mit Power gekennzeichnet ist. Die darunter befindlichen Anzeigen signali-
sieren:
• Trägersignal erkannt (wird nicht verwendet)
• gültige GPS- Daten werden empfangen
• Daten werden in den Audiokanal geschrieben.
A.1.3.1 Funktionsübersicht der Fernbedienung
Die Handhabnung der Fernbedienung erfolgt nach dem Einschalten durch den „AN/AUS“ Schal-
ter durch die vier Taster über dem Display.
Im Display werden in der oberen Zeile die Funktionen angezeigt, und bei verbundenen Kameras
in der zweiten Zeile die zeitliche Differenz (Shift) der Kamerasoszillatoren in µ Sekunden. In der
zweiten Zeile auf der rechten Seite wird angezeigt, wie der Ladestand der Fernbedienungsbatteri-
en ist. Dabei bedeutet ein Wert über fünf, dass die Batterien voll sind, ein Wert von drei oder vier
bedeutet eine normale Kapazität und ein geringerer Wetr als drei deutet auf leere Batterien hin.
Falls die Kapazität zu gering wird, wird in der oberen Zeile „empty battery“ angezeigt.
Die Funktionen der Fernbedienung werden durch das Drücken der vier Taster ausgeführt. Da-
bei sind die linken drei Taster Funktionstaster, der rechte Knopf wechselt Programme und besitzt
eine Shift Funktion. Das bedeuet, das die initial existierenden Funktionen von Hereinzoomen,
Herauszoomen und Aufnahme starten/beenden durch Drücken des rechten Knopfes gewechselt
werden können. Durch einmaliges Drücken werden die Funktionen umgestellt und mit den drei
linken Tastern können die Menüfunktionen der Kameras ausgewählt werden. Durch zweimaliges
Drücken werden selbst belegbare Funktionen aktiviert. In jeder Programmauswahlstufe ist durch
ein Drücken und Halten des rechten Tasters die Shiftfunktion aktiv, welche weitere Funktionen
wie beispielsweise im Initialzustand das Ein/Ausschalten ermöglicht. Eine ebenfalls hinter der
Shiftfunktion verborgene Resetfunktion kann genutzt werden, um die Einzelkameras kurz aus-
und gleich wieder einzuschalten, um den Synchronlauf der Camcorder zu starten.
Die weiteren Funktionen sind in der Bedienungsanleitung welche sich auf der, der Arbeit beilie-
genden CD befindet, beschrieben.
A.1.4 Anschluss an einen PC
Über ein serielles Nullmodemkabel kann die Bedieneinheit mit einem PC verbunden werden.
Wenn Änderungen an der Fernbedienung wie beispielsweise die Konfiguration der frei belegba-
ren Funktionen oder das Auslesen von Daten sowie die grafische Darstellung einer Kurve, welche
zeitabhängig die Synchronität der Kameras anzeigt, gewünscht wird, kann das Nullmodemkabel
auf der rechten Seite der Bedieneinheit mit dem, mit PC gekennzeichneten Anschluss verbunden
werden. Über die Software „3D-Lanc Communicator“ können dann die erwünschten Modifikatio-
nen durchgeführt werden.

A.1. HINWEISE ZUR BEDIENUNG DER STEREOVIDEOKAMERA IV
Soll die Kodierung der GPS-Daten verändert werden, kann ein Nullmodemkabel mit dem An-
schluss des GPS-Empfängers verbunden werden und über die Software „TinyTrakConfig“ ver-
schiedene Einstellungen getroffen werden.
Die notwendigen Anwendungen befinden sich auf der CD, welche dieser Arbeit beiliegt.
A.1.4.1 Programmierung der Fernbedienung
Es besteht die Möglichkeit einzelne Funktionen der Fernbedienung zu verändern. Der dazu benö-
tigte Quellcode der Fernbedienung befindet sich auf der der Arbeit beiliegenden CD. Die Program-
mierung erfolgt über ein der Kamera beiliegendes Programmierkabel (vgl. Abbildung A.1.4.1),
welches an den parallelen Anschluss eines Computers und an die Programmierschnittstelle der
Fernbedienungsplatine angeschlossen wird. Um an die Programmierschnittstelle der Fernbedie-
nungsplatine zu gelangen müssen die vier Schrauben, welche an den Ecken des Displays zu finden
sind, gelöst werden und die Leiterplatte samt Display und Schaltern aus der Bedieneinheit genom-
men werden. Die Programmierschnittstelle befindet sich rechts auf der Platine, wobei der strom-
führende Pin der unterste ist. Es ist darauf zu achten, dass es sich um eine ISP-Programmierung
handelt, bei der der Mikrokontroller nicht über den Programmieranschluss, sondern über die eige-
ne Stomversorgung versorgt wird.
Abbildung A.1: Abbildung des Programmierkabels zum Ändern der Fernbedienungsfirmware

A.1. HINWEISE ZUR BEDIENUNG DER STEREOVIDEOKAMERA V
Epilepsiewarnung
Bei einem sehr geringen Anteil der Bevölkerung können Fernsehbilder oder
Videospiele, die Lichtblitze enthalten, epileptische Anfälle auslösen.
Folgende Personenkreise sollten vor der Benutzung eines Stereoskopiesystems
ärztlichen Rat einholen:
• Kinder unter 5 Jahren
• Personen, in deren Verwandtschaft bereits Fälle von Epilepsie aufgetreten sind
• oder die selber an Epilepsie leiden
• Personen, bei denen das Betrachten von Lichtblitzeffekten in der Vergangenheit
schon einmal epileptische Anfälle oder Sinnesstörungen ausgelöst hat.

A.2. LANC PROTOKOLL VI
A.2 LANC Protokoll
Sony LANC TM Protokoll Parameter
Adresse Wert Adresse Wert
0 program 1 78 AUX
2 program 2 7A slow +
4 program 3 7C slow -
6 program 4 7E
8 program 5 80
0A program 6 82 display mode
0C program 7 84 menu up
0E program 8 86 menu down
10 program 9 88 tracking/fine +
12 program 0 (10: SL-HF950 MKII) 8A tracking/fine -
14 program 11 (SL-HF950 MKII) 8C counter reset
16 enter, program 12 (SL-HF950 MKII) 8E zero mem
18 program 13 90 index mark
1A program 14 92 index erase
1C program 15 94 shuttle edit +
1E program 16 96 shuttle edit -
20 program + 98 data code or goto
22 program - 99 data code or recording parameters
24 9A menu
28 x2 9E input select
2A power (or viewfinder) off A0
2B photo write A2 execute
2C eject A4 quick timer
2E main/sub A6 index
30 stop A8
32 pause AA
33 start/stop AC index search +
34 play AE index search -
35 tele (only CCD-V90) B0 tape speed
36 rew B2 goto zero / tape return (not DV)
37 wide (only CCD-V90) B4 counter display, data screen
38 fwd B6 open/close (SL-HF950), replay (FauHaEss)
39 photo capture B8 timer display
3A rec BA
3C rec-pause (some devices) BC
3E BD date display off
40 still BE
42 BF date display on
44 x1/10 C0 timer set
46 x1/5 (sometimes: vis. scan) C2 menu right, next
48 C4 menu left
4A x14 C6 timer clear
4C x9 C8 timer check
4E tracking auto/manual CA timer record
50 search - CC
52 search + CE
54 TV/VTR D0 audio dub
58 D4 edit assemble
5A VTR D6 edit mark
5B date search / photo search / photo scan D8 synchro edit
5E power off DC digital off (VCR), print (DV)
60 rev frame DE speed +
62 fwd frame E0 speed -
64 E2 stop motion
65 edit-search - E4
66 x1 E6
67 edit-search + E8 channel scan / flash motion
69 rec-review (not i.e. TR-2200) EC voice boost
6C sleep F0
6E tracking normal F2
74 rew+play F8 digital scan
Auf nächster Seite fortgesetzt. . .

A.2. LANC PROTOKOLL VII
Sony LANC TM Protokoll Parameter
Adresse Wert Adresse Wert
76 FA high-speed-rew
FC still/shuttle (EV-S880)
Sub-Command in Byte 0:
0010 1000 (bin)
The following table shows the actual
Command-Codes to the device.
Only valid with the corresponding Sub-
Command in Byte 0.
0 variable speed zoom Tele: slowest speed
2 variable speed zoom Tele: faster than 00
4 variable speed zoom Tele: faster than 02
6 variable speed zoom Tele: faster than 04
8 variable speed zoom Tele: faster than 06
0A variable speed zoom Tele: faster than 08
0C variable speed zoom Tele: faster than 0A
0E variable speed zoom Tele: fastest speed
10 variable speed zoom Wide: slowest speed
12 variable speed zoom Wide: faster than 10
14 variable speed zoom Wide: faster than 12
16 variable speed zoom Wide: faster than 14
18 variable speed zoom Wide: faster than 16
1A variable speed zoom Wide: faster than 18
1C variable speed zoom Wide: faster than 1A
1E variable speed zoom Wide: fastest speed
25 Fader
27 rec start (DV)
29 rec stop (DV)
30 variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): slowest speed
32 variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): faster than 30
34 variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): faster than 32
35 Zoom Tele slow (working all cameras since
approx. 1996)
36 variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): faster than 34
37 Zoom Wide slow (working all cameras since
approx. 1996)
38 variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): faster than 36
39 Zoom Tele fast (working all cameras since
approx. 1996)
3A variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): faster than 38
3B Zoom Wide fast (working all cameras since
approx. 1996)
3C variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): faster than 3A
3E variable speed zoom Tele (avoiding digital
zoom, some cameras): fastest speed
41 Auto-Focus on/off (not if there is a real
switch at the camera)
45 Focus manual far
47 Focus manual near
49 White balance toggle (not if white balance is
selected via menu)
4B Backlight (not DV)
51 Backlight (DV)
53 Exposure
61 Shutter
77 White balance reset (not if white balance is
selected via menu)
85 Memory impose (models of the early 90’s)
Auf nächster Seite fortgesetzt. . .

A.3. MESSUNG DER SYNCHRONITÄT DER CAMCORDER VIII
Sony LANC TM Protokoll Parameter
Adresse Wert Adresse Wert
87 Color / Mode (models of the early 90’s)
89 Superimpose (models of the early 90’s)
Tabelle A.1: Steuerbefehle des LANC Protokoll nach [Boe07]
Abbildung A.2: LANC Belegung des 2,5mm Klinken Steckers und LANC Symbol
A.3 Messung der Synchronität der Camcorder
Zeit Versatz Zeit Versatz
s µs s µs
0 19 660 278
10 17 900 446
20 28 1200 710
30 28 1500 1043
40 29 1800 1440
50 32 2100 1892
60 36 2400 2410
90 36 2700 2987
120 45 3000 3626
180 63 3300 4325
240 84 3600 5044
300 98 3900 5743
420 156 4200 6467
540 208
Tabelle A.2: Messdaten der Synchronität der Camcorder (Auszug)

A.4. KOSTENAUFSTELLUNG FÜR DIE ENTWICKELTE STEREOVIDEOKAMERA IX
A.4 Kostenaufstellung für die entwickelte Stereovideokamera
Anzahl Preis
Kameras Sony HDR-SR1E 2 2499,98 Euro
Halterung:
Halterungsrahmen 1 61,22 Euro
Servomotoren 2 129,90 Euro
Servo Differenzierbaustein 1 24,20 Euro
Aluminium Platten 2 3,38 Euro
diverse Schrauben ca. 60 22,7 Euro
Winkel und Griffe je 2 11,87 Euro
Befestigungsmaterial 2,76 Euro
Schnellwechseladapter 2 121,55 Euro
Bedieneinheit:
Wendelpotentiometer: 1
Audiokabel und Stecker 3 10,47 Euro
Verlängerungskabel 2 6,98 Euro
TinyTrak3Plus Bausatz 1 83,40 Euro
GPS-Empfänger 1 49,95 Euro
Adapterkabel fuer GPS Empfänger 1 11,45 Euro
Bauelemente der Fernbedienung ca. 90 89,23 Euro
Diverse Batterien 12 16,9 Euro
Summe: 3145,94 Euro
Tabelle A.3: Kosten für die Stereovideokamera incl. 19% MwSt.

A.4. KOSTENAUFSTELLUNG FÜR DIE ENTWICKELTE STEREOVIDEOKAMERA X
Abkürzungsverzeichnis
µs Mikrosekunde
AP I Advanced Programming Interface (Programmierschnittstelle)
AP RS Automatic Positioning/Packet Reporting System
AV CHD Advanced Video Codec High Definition
BAS Bild Austast-Synchron Signal
bspw. beispielsweise
ca. circa
cm Zentimeter
CP U Central Processing Unit, (Hauptprozessor)
DivX Digital Video Express
DT MF Dual Tone Multiple Frequency (Doppeltonmehrfequenz, Mehrfrequenz-
wahlverfahren)
DV Digital Video
DV B Digital Video Broadcasting
DV I Digital Visual Interface
EXIF Exchangeable Image File Format
F BAS Farb-Bild-Austast-Synchron-Signal
ggf. gegebenenfalls
GHz Giga Herz
GP S Global Positioning System
GP U Graphic Processing Unit, (Grafikprozessor)
HDMI High Definition Multimedia Interface
HDT V High Definition Television
HDV High Definition Video
Hz Herz (Einheit der Frequenz)
ISO International Organization for Standardization
IT U International Telecommunikation Union
IT U − R International Telecommunikation Union - Radiocommunication
kbit Kilobit
LANC Local Application Control Bus System
LP/SP Aufnahme long play/standard play (Bandgeschwindigkeit bei der Aufnahme)
m Meter
MAZ Magnetische Aufzeichnung
Mbps Megabit pro Sekunde (Datenübertragungsrate)

A.4. KOSTENAUFSTELLUNG FÜR DIE ENTWICKELTE STEREOVIDEOKAMERA XI
MOF D Maximum on film deviation, Maximale Deviation auf dem Film (Bild-
sensor)
MP 3 MPEG-1 Audio Layer 3 (Dateiformat zur verlustbehafteten Audiokom-
pression)
MP EG Moving Picture Experts Group
MP EG − 4 Standardisiertes Containerformat der MPEG
ms Millisekunde
NMEA National Marine Electronics Association
NT SC National Television System Committee
Ogg Container Dateiformat für Multimedia-Dateien
OGM Ogg Media
P AL Phase Alternating Line
P C Personal Computer
P DA Personal Digital Assistant
S − V ideo Separate Video
SCART Syndicat des Constructeurs d’Appareils Radiorécepteurs et Téléviseurs
SDI Serial Digital Interface
SMP T E Society of Motion Picture and Television Engineers
T BC Time Base Corrector
UKW Ultrakurzwelle
V CR Video Cassette Recorder
V DR Video Disk Rekorder (Harddiskrekorder, Festplattenrekorder)
V ESA Video Electronics Standards Association
V fW Video for Windows
vgl. vergleiche
V HS Video Home System
V T R Video Tape Recorder
W DM Windows Driver Model - (Treiberschnittstelle)
XML Extendet Markup Language
z.B. zum Beispiel
z.Zt. zur Zeit

Literaturverzeichnis XII
Literaturverzeichnis
[Alb92] ALBERT, S. Pastoor M. Wöpking J. Fournier T.: Digital stereoscopic imaging & app-
lications. 1992. – Report of a DISTIMA Project, RACE 2- R2045, DISTIMA Deliver-
able 26
[AP95] AZARBAYEJANI, A. ; PENTLAND, A.: Camera selfcalibration from one point cor-
respondence. 1995. – MIT media laboratory, perceptual computing technical report
Nr.341, 1995.
[ATV00] A. FUSIELLO ; TRUCCO, E. ; VERRI, A.: A Compact Algorithm for Rectification of
Stereo Pairs. In: Machine Vision and Applications 12 (2000), Nr. 1, S. 16–22
[Bar07] BARTHEL, Prof. Dr. Kai U.: Farbsysteme (2). PDF. 2007. – http:
//www.f4.fhtw-berlin.de/~barthel/veranstaltungen/SS07/
Mete1/vorlesungen/Farbsysteme.pdf [Stand:21.05.2007]
[Ber98] BERCOVITZ, J.: Image-Side Perspective and Stereoscopy. Paper. 1998. – in Stereos-
copic Displays and Virtual Reality Systems V, S. Fisher, J. Merritt, M. Bolas, Editors,
Proceedings of the SPIE vol. 3295, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley,
CA
[Ber04] BERGER, Klaus: Einführender Vergleich in die Korrespondenzanalyse. 2004. – For-
schungsbericht. Technische Universität Wien, Proseminar „Grundlagen wissenschaft-
lichen Arbeitens“
[Blo07] BLOOS, Werner: ste-fra R○CAM. Webseite. 2007. – http://www.digi-dat.de/
produkte/ [Stand:12.05.2007]
[Boe07] BOEHMEL, Manfred: SONY Protokolle. Webseite. 2007. – http://www.
boehmel.de/protocl.htm [Stand:12.02.2007]
[CD07] 21ST CENTURY 3D: 21st Century 3D: 3DVX3.5, Adds Hyperstereo and Solid
State Recording. (2007). – http://www.21stcentury3d.com/press/
pr-070130-3dvx35.html [Stand:02.06.2007]
[Cro07] CROCKETT, R.: LANC Shepherd, Wired Remote for Stereo Video and Digital Stereo
Photography. Webseite. 2007. – http://www.ledametrix.com/lancshep/
index.html [Stand:10.04.2007]
[Dai07] DAIMLERCHRYSLER, Infitec: DaimlerChrysler, Infitec, Wellenlängenmultiplex Vi-
sualisierungssysteme, 2007. – http://www.infitec.net/infitec.pdf
[Stand:02.04.2007]

Literaturverzeichnis XIII
[DAK06] DOUGLAS A. KERR, P.E. Derivation of the „Cosine Fourth“ Law for Falloff of Illu-
minance Across a Camera Image. Paper. 2006
[DFS07] 3D-FOTO-SHOP: 3D Foto Shop, 3D- Ausrüstungen, 3D Grafiken, 3D Bil-
der, 3D-Kameras. Webseite. 2007. – http://www.3d-foto-shop.de/
pi-615054883.htm?categoryId=7 [Stand:02.06.2007]
[Die07] DIENSTLEISTUNGEN, Digi D.: Digi Dat, Dienstleistungen - Anlagen - Technik.
Webseite. 2007. – http://www.digi-dat.de/produkte/index.html#
stefraLANC [Stand:10.04.2007]
[Eli07] ELIASON, Eric: The EQUIRECTANGULAR projection. Webseite. 2007.
– http://hirise-pds.lpl.arizona.edu/PDS/CATALOG/DSMAP.CAT
[Stand: 20.06.2007]
[Eng07] ENGLUND, Malin: The Ultimate Homebuild Stabilizers. Webseite. 2007. – http:
//www.cafepress.com/stabilizer [Stand: 12.06.2007]
[Gir01] GIRODB, Marcus Magnora Peter Eiserta B.: Multi-View Image Coding with Depth
Maps and 3-D Geometry for Prediction, 2001. – Telecommunications Laboratory, Uni-
versity of Erlangen-Nuremberg, Informations Systems Laboratory, Stanford University
[Gmb07] MORE3D GMBH: More3d SoftwareSuite, MoreVideo. Webseite. 2007. – http:
//www.more3d.de/german/morevideo_d.htm [Stand:15.05.2007]
[GMR07] GRAPHIC MEDIA RESEARCH, Cannon F.: 3D Camera Slidebar. Webseite. 2007. –
http://www.pokescope.com/cameras/ [Stand:12.05.2007]
[Her07] HERBIG, Gerhard P.: Infos rund um die Stereoskopie und Stereofotografie. Websei-
te. 2007. – http://www.herbig-3d.de/german/stereofotografie_
frame.htm?own [Stand:30.03.2007]
[Hes10] HESS, Carl: Die Reaktion und Akkomodation des menschlichen Auges und ihre Anoma-
lien. 3. neubearb. Auflage. 1910
[Hof05] HOFMANN, O.P. Burmeister M.G. Litza M. Nitschke U.: Synchronous stereo-video and
biosignal recording - a basic setup for Human-Computer-Interface applications. 2005.
– In: IEEE Proceedings of the 2nd Int’l Conference on Neural Engineering
[IDS07] IO DISPLAY SYSTEMS, LLC: NuView Camcorder Adapter. Webseite.
2007. – http://i-glassesonline.stores.yahoo.net/nuview.html
[Stand:15.06.2007]
[IG07] ITEM INDUSTRIETECHNIK GMBH: item, Online Katalog, Winkelgetriebe WG 180 ◦ D.
2007. – http://catalog.item-international.com/Onlinekatalog/
?sprache=DE [Stand:25.06.2007]
[inc07a] INC., 3DCombine: 3DCombine. Webseite. 2007. – http://www.3dcombine.
com/ [Stand:12.06.2007]

Literaturverzeichnis XIV
[Inc07b] INC., Spatial V.: Spatial View, SVI 19” Series - the Affordable. PDF. 2007.
– http://www.spatialview.com/products.cfm?cat=100&id=190
[Stand:02.04.2007]
[Int06] INTEL, Corporation: Open Source Computer Vision Library. Webseite. 2006.
– http://www.intel.com/technology/computing/opencv/index.
htm, [Stand 20.06.2007]
[ISO04] ISO/IEC 14496, Information technology – Coding of audio-visual objects, 2004.
– http://www.iso.org/iso/en/StandardsQueryFormHandler.
StandardsQueryFormHandler?scope=CATALOGUE&sortOrder=
ISO&committee=ALL&isoDocType=ALL&title=true&keyword=14496
[Stand: 08.06.2007]
[Koc93] KOCH, A. Woods T. Docherty R.: Image Distortions in Stereoscopic Video Systems.
1993. – in Stereoscopic Displays and Applications IV, John O. Merrit, Scott S. Fisher,
Editors, Proc. SPIE 1915, pp. 36-48, 1993.
[Lac95] LACOTTE, B.: Elimination of keystone and crosstalk effects in stereoscopic video,
1995. – in stereoscopic video, Tech. Rep. 95-31, INRS-Telecommunications, Universite
du Quebec, Institut national de la recherche scientique
[Lüd05] LÜDTKE, Robin: Multimediaschnittstelle Microsoft DirectShow, Bergakademie Frei-
berg, Diplomarbeit, 2005
[Mad07] MADDY, R.: PuppetKites.net,Depth of Field/Circle of Confusion an Indicator of Op-
timum Deviation? Webseite. 2007. – http://www.puppetkites.net/blog/
archives/31 [Stand:02.04.2007]
[Med07] MEDIAGROUP, TMP: TMP Mediagroup 3D Produktion in 3D Stereo- Virtuelle
Realität- 3D Filmproduktion- Powerwall. Webseite. 2007. – http://www.
tmp-mediagroup.de/ [Stand:02.06.2007]
[Mic86] MICHAEL, Lukacs: Predictive coding of multi-viewpoint image sets. 1986. – Proc. on
ICASSP 86
[MPE01] MPEG.ORG: Motion Picture Experts Group, Test Model 5. 2001. – http://www.
mpeg.org/MPEG/MSSG/#source [Stand:4.06.2007]
[Mü02] MÜHLMANN, Dipl.-Ing. K.: Design und Implementierung eines Systems zur schnellen
Rekonstruktion dreidimensionaler Modelle aus Stereobildern, Diss., 2002. – Universi-
tät Mannheim, Fakultät für Mathematik und Informatik
[N1V05] N1VG.NET: OpenTracker Projekt. Webseite. 2005. – http://n1vg.net/
opentracker/ [Stand:19.06.2007]
[Naj05] NAJAR, K.: Computational Cameras: Convergence of Optics and Software, 2005. –
International Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, Boston,
Massachusetts, Article No. 6

Literaturverzeichnis XV
[NVI01] NVIDIA, Corporation: DRIVERS FOR WINDOWS, NVIDIA 3D Stereo User’s Guide,
Revision 2.0. (NVIDIA Webseite). 2001. – http://www.nvidia.de/object/
LO_20011212_3592.html [Stand:29.05.2007]
[Pac07] PACE: Pace Fusion 3d camera system. Webseite. 2007. – http://www.pacehd.
com/ [Stand:02.06.2007]
[Pas87] PASTOOR, Siegmund: Bevorzugte Betrachtungsbedingungen bei großformatigem 2D-
und 3D-Standbildern. Psychooptische Begründung für einen 3DTV Standard. 1.Aufla-
ge. 1987
[Pro07a] PRODUCTS, Berezin Stereo P.: Adjustable - Twin Vertical Mount. Websei-
te. 2007. – http://www.berezin.com/3d/slidebars.htm#Photo3D
[Stand:12.05.2007]
[Pro07b] PRODUCTS, Berezin Stereo P.: Fixed - Twin Vertical Mount. Webseite. 2007. – http:
//www.berezin.com/3d/slidebars.htm#Photo3D [Stand:12.05.2007]
[Pro07c] PRODUCTS, Berezin Stereo P.: Heavy Duty Slide Bars. Webseite. 2007. – http:
//www.berezin.com/3d/slidebars.htm#Photo3D [Stand:12.05.2007]
[PS07] PHOTO-SONICS, Inc.: Photo-Sonics Inc., V-Data Video Accessories. Webseite. 2007.
– http://photosonics.com/Sales_HTLM/Downloads/VED-M_Data_
Sheet.pdf [Stand:13.02.2007]
[PTJE07] PHOTO TOOLS JASPER ENGINEERING, California: Twin Camera Bar. Websei-
te. 2007. – http://www.stereoscopy.com/jasper/twin-bar.html
[Stand:12.05.2007]
[Qui07] QUICK, Dr. P.: KMQ In die 3. Dimension. Webseite. 2007. – http://
www.kmq3d.de/In_die_3__Dimension/in_die_3__dimension.html
[Stand:02.04.2007]
[RHS07] RED HEN SYSTEMS, Inc.: Red Hen Systems, Video Collection Hardware - VMS-X.
Webseite. 2007. – http://www.redhensystems.com/products/video_
collection_hardware/default.asp?sm=1 [Stand:12.02.2007]
[Rub07] RUBIO, David: DR-3D Home, David Rubio Discussion Forum. Webseite. 2007. –
http://www.davidrubio3d.com/ [Stand:02.06.2007]
[Sch05] SCHÖNFELD, Jochen: Die Stereoskopie, Zu ihrer Geschichte und ihrem medialen Kon-
text, Fakultät für Kulturwissenschaften der Universität Tübingen, Kunsthistorisches In-
stitut, Diplomarbeit, 2005
[Sch07] SCHULTE, D.: Welt der Stereoskopie. Webseite. 2007. – http://www.
stereoskopie.com/Stereoskopie__Theorie_und_Prax/Aus_der_
Fruhgeschichte_der_Ste/body_aus_der_fruhgeschichte_der_
ste.html [Stand:13.04.2007]

Literaturverzeichnis XVI
[Som05] SOMIESKI, Katharina: Aufbau eines Forschungsplatzes für die geometrische Stereo-
analyse, Technische Universität Dresden, Institut für künstliche Intelligenz, Lehrstuhl
Erkennende Systeme und Bildverarbeitung, Diplomarbeit, 2005
[Sta07] STARKS, Michael: SpaceBar. Webseite. 2007. – http://www.3dmagic.com/
catalog/solidcamhd.html [Stand:12.05.2007]
[Sut07] SUTO, Masuji: StereoMovie Maker. Webseite. 2007. – http://stereo.jpn.
org/eng/stvmkr/ [Stand:12.06.2007]
[Vid07] VIDEO, B&H P.: Steadicam F24VLBHS Flyer-24 Camera Stabilizer (NTSC/PAL) with
V-Lock Mount. 2007. –
B&H Photo Video New York, N.Y. 10001http://www.bhphotovideo.com/c/
product/446403-REG/Steadicam_F24VLBHS_F24VLBHS_Flyer_24_
Camera_Stabilizer.html/kw/STF24IDXBPCV [Stand: 12.06.2007]
[Vie65] VIERLING, Otto: Die Stereoskopie in der Photographie und Kinematographie. 1.Auf-
lage. 1965
[Vik03] VIKTOR, Nordling: Efficient Compression of Stereoscopic Video Using the MPEG
Standard, Royal Institute of Technology, SE-100 44 Stockholm, Sweden, Diplomarbeit,
2003
[Vra06] VRANCIC, D.: 3D Lanc Master, LANC remote controller for stereoscopic camcorders
/ still cameras, Department of Systems and Control, J. Stefan Institute, Ljubljana, Di-
plomarbeit, 2006
[Weh07] WEHRLI, P.: Polarisation von Licht. Webseite. 2007. – http:
//homepage.hispeed.ch/philipp.wehrli/Physik/Klassische_
Physik/Polarisation_von_Licht/polarisation_von_licht.html
[Stand:02.04.2007]
[Wik07a] WIKIPEDIA: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie, Video for Windows. Webseite.
2007. – http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Video_for_
Windows&oldid=19305333 [Stand:15.05.2007]
[Wik07b] WIKIPEDIA: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie, VR-Helm. Webseite. 2007.
– http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=VR-Helm&oldid=
27012018 [Stand:02.04.2007]
[Wim04] WIMMER, Dipl. Ing. P.: Aufnahme und Wiedergabe stereoskopischer Videos im Anwen-
dungsbereich der Telekooperation, Johannes Kepler Universität Linz, Diss., 2004
[Wim07] WIMMER, Peter: 3dtv.at, Stereoscopic Multiplexer und Stereoscopic Player. Webseite.
2007. – http://www.3dtv.at [Stand:12.06.2007]
[Yan95] YANG, Cheng H.: Geometric Models in Stereoscopic Video, 1995. – Universite du
Quebec, Institut national de la recherche scientifique, in INRS-Telecommunications
[Zha98] ZHANG, Zhengyou: A Flexible New Technique for Camera Calibration., 1998. – Tech-
nischer Bericht MSR-TR-98-71, Microsoft Research

Abbildungsverzeichnis XVII
Abbildungsverzeichnis
1.1 Abbildung der Stereoprojektionsleinwand des Lehrstuhls Computergrafik und Vi-
sualisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Abbildung der zwei Projektoren mit Polarisationsfiltern . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1 Querdisparation und Parallaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2 Stereoskopisches Scheinfenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Radialer Spiegelvorsatz und aufgenommenes Bild mit eingezeichneten Strahlen-
gängen aus [Naj05] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 Stereoskopische Aufnahme und Wiedergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5 Epipolargeometrie nach [ATV00] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6 Aufnahme mit konvergierenden und parallelen Kameraachsen . . . . . . . . . . 25
2.7 Bestimmung der Koordinaten eines Objektpunktes für den linken Bildsensor nach
[Lac95] wobei COkl = fk, CH = X0, MG = Y0, GH = Z0, ∠CEO =
∠CGH = α und ∠CF O = γ ist. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.8 Finden der linken korrigierten Ebene S’ bei Schrägprojektion (nach [Lac95]),
a)zweidimensionale Abbildung b)dreidimensionale Abbildung . . . . . . . . . . 27
2.9 Schematische Darstellung der Projektion eines virtuellen Objektes. . . . . . . . . 30
2.10 Funktionsprinzip der Infitec Interferenzfiltertechnik aus [Dai07] . . . . . . . . . 35
2.11 Randlichtabfall bei Nutzung von Projektoren. a) Mittige Projektion b) Schrägpro-
jektion c) Schrägprojektion auf spezielle Leinwand . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.12 Schematische Darstellung einer a) konvergenten Aufnahme, b) parallelen Aufnah-
me und des c) nicht linearen Tiefeneindruck. Nach [Koc93] . . . . . . . . . . . 39
3.1 21st Century 3DVX3 Kamera [CD07] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2 Stereokamera basierend auf zwei Mini-DV Camcordern [DFS07] . . . . . . . . . 42
3.3 Stereokamera basierend auf zwei Industriekameras [Rub07] . . . . . . . . . . . 43
3.4 NuView Adapter zur zeitsequentiellen Aufnahme von Stereobildpaaren [IDS07] . 44
4.1 VMS-X: Aufnahme der GPS Informationen durch einen „Active Interface Shoe R○ “
[RHS07] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2 Model VED-M: Annotieren von Videobildern mit GPS Informationen [PS07] . . 53
4.3 Vierkanal Surround Mikrofon (Eigenentwicklung) . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4 ste-fra R○ CAM: Halterung für 2 Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.5 Entwurf einer Kamerahalterung mit Winkelgetrieben. . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.6 Schematische Darstellung der Justierung um Stereobasen unter 8,2 cm zu erreichen. 59

Abbildungsverzeichnis XVIII
4.7 Abbildung eines Stereobildpaares mit einer Stereobasis von 6 cm. . . . . . . . . 60
4.8 Halterung der Einzelkameras an der Stereokamera und Bedieneinheit . . . . . . . 60
4.9 Ausgabe des Justierungsprogrammes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.10 Anwendung des Tesprogramms um die synchronität der Grafikkartenausgänge zu
testen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.11 LANC Shepherd: Fernbedienung zur Steuerung zweier Kameras über das LANC
Protokoll [Cro07] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.12 3DLANCMaster: selbst entwickelte Fernbedienung nach Anleitung von [Vra06] . 65
4.13 Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Synchronität beider Camcorder. Die X-
Achse stellt die abgelaufene Zeit in Sekunden und die Y-Achse die Differenz der
Timingsignale zwischen den Camcordern in µ-Sekunden dar. . . . . . . . . . . . 67
4.14 TinyTrak3: Konverter zur Transformation serieller Daten in Audiodaten. . . . . . 68
4.15 GPS-Maus: serieller Global Positioning System Empfänger. . . . . . . . . . . . 69
4.16 Kamerakalibrierung nach [Zha98] der linken Kamera des Stereosystems für die
geringste Brennweite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.17 Koordinatensysteme bei der Abbildung nach [Som05] . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.18 Kalibrierungsaufnahme mit Schachbrettmuster einer Einzelkamera des Stereosy-
stems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.19 Transformation des globalen Koordinatensystems in das Koordinatensystem der
linken Kamera (nach [Mü02]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.1 Darstellung eines DirectShow Filtergraphen im Programm Graphedit. . . . . . . 77
5.2 Darstellung der Speicherverwaltung und Medientypenvermittlung nach [Lüd05] . 79
5.3 Darstellung des „Side-by-Side Formates“. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.4 Berichtigte (oben) und originale Szenerie (unten) einer konvergenten Aufnahme
mit 12 Grad Konvergenzwinkel in Anaglyphentechnik (Rot-Grün) . . . . . . . . 82
5.5 Darstellung des Filtergraphen bei Verwendung des Rektifizierungsfilters. . . . . . 83
5.6 Darstellung des Filtergraphen bei Verwendung eines dualen Eingabefilters. . . . . 83
5.7 Darstellung des Filtergraphen zur Nutzung des Anaglyph Transform Filters und
dessen Einstellungsdialog. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.8 Echtes Rot-Cyan Anaglyphenbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.9 Graues Anaglyphen Bild. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.10 Farbiges Anaglyphen Bild. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.11 Darstellung eines Filtergraphen bei Verwendung des Stereowiedergabefilters . . . 88
5.12 Screenshot der Anwendung Flexnet-Soundmodem . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.13 Kodierung von mehreren Ansichten eines Bildes durch eine Tiefenkarte aus [Gir01],
a) Erzeugung der Tiefenkarte b) Berechnung einer Ansicht durch eine Tiefenkarte 92
5.14 Folge von I,P, und B- Bildern bei der Kompression von stereoskopischen Video
(nach [Vik03]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.1 Abbildung des Sterovideokamerasystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.2 Panorama Aufnahme mit Hilfe einer gestauchten Halbkugel (nach [Naj05]) . . . 96

Abbildungsverzeichnis XIX
6.3 Schwebestativ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
A.1 Abbildung des Programmierkabels zum Ändern der Fernbedienungsfirmware . . IV
A.2 LANC Belegung des 2,5mm Klinken Steckers und LANC Symbol . . . . . . . . VIII

Tabellenverzeichnis XX
Tabellenverzeichnis
4.1 HDV taugliche Aufnahmemedien und deren Formate. . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2 Vergleich von Sony Camcordern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
A.1 Steuerbefehle des LANC Protokoll nach [Boe07] . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII
A.2 Messdaten der Synchronität der Camcorder (Auszug) . . . . . . . . . . . . . . . VIII
A.3 Kosten für die Stereovideokamera incl. 19% MwSt. . . . . . . . . . . . . . . . . IX

Danksagung
XXI
Hiermit möchte ich mich bei allen Beteiligten für die Unterstützung im Zeitraum der Erstellung
der Diplomarbeit bedanken.
Besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Gumhold für die interessante Aufgabenstellung und die Be-
treuung dieser Arbeit.
Weiteren Dank möchte ich dem Lehrstuhl Computergrafik und Visualisierung an der Informatik-
fakultät der TU-Dresden für die Möglichket der Realisierung der Diplomarbeit sowie der Bereit-
stellung der Technik aussprechen.
Einen besonderen Dank an Thomas Melde und Robert Weser, dien mich in elektrotechnischen
Fragen unterstützt haben.
Nicht zuletzt danke ich meinen Eltern, die mir das Studium erst ermöglicht haben, meinem Bru-
der und allen meinen Freunden für ihre Unterstützung und ihr Verständnis dafür, dass ich in den
letzten Monaten nicht immer Zeit für sie hatte.

Erklärungen zum Urheberrecht
XXII
• „ACVHD“ und das „ACVHD“- Logo sind Markenzeichen der Matsushita Electric Industrial
Co., Ltd und der Sony Corporation.
• „Dolby“ und das Doppel-D-Symbol sind Marken von Dolby Laboraties.
• „Microsoft“, „Windows“, „DirectX“ und „DirectShow“ sind Markenzeichen oder eingetra-
gene Markenzeichen der Microsoft Corporation in den USA und in anderen Ländern.
• „MacOS“ und „QuickTime“ sind Markenzeichen oder eingetragene Markenzeichen der Ap-
ple Inc. in den USA und in anderen Ländern.
• „HDMI“, das HDMI-Logo und „High-Definition Multimedia Interface“ sind Markenzei-
chen oder eingetragene Markenzeichen von HDMI Licensing LLC.
• „Intel“, „Intel Core“ und „Pentium“ sind Markenzeichen der Intel Corporation oder ihrer
Tochtergesellschaften in den USA und anderen Ländern.
• „Adobe“ und „Adobe Reader“ sind Markenzeichen der Adobe Systems Incorporated.
• „Christie“ und „Christie DS+26“ sind Markenzeichen oder eingetragene Markenzeichen der
Christie Digital Systems, Inc.
• „3D Studio Max“, „3ds Max“ und „Maya“ sind Markenzeichen oder eingetragene Marken-
zeichen der Autodesk Incorporated in den USA und in anderen Ländern.
• „NVIDIA“, das NVIDIA-Logo, „Forceware“ und „Quadro“ sind Markenzeichen oder ein-
getragene Markenzeichen der NVIDIA Corporation.
• “Wrigley’s“ und „Wirgley’s Spearmint“ sind Markenzeichen oder eingetragene Markenzei-
chen der Wirgley Corporation oder ihrer Tochtergesellschaften in den USA und anderen
Ländern.
Alle anderen in diesem Dokument erwähnten Produktnamen können Markenzeichen oder einge-
tragene Markenzeichen der jeweiligen Eigentümer sein. Nicht alle Markenzeichen und eingetra-
gene Markenzeichen sind mit R○ oder TM gekennzeichnet, was nicht zu der Annahme berechtigt,
diese Namen seien im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu be-
trachten und dürften daher von jedermann benutzt werden.