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170 4.7. ECHTZEIT-FÄHIGKEIT DER ANSÄTZE
4.7 Echtzeit-Fähigkeit der Ansätze
Der Begriff Echtzeit wird im Kontext dieser Arbeit für eine flüssige Darstellung aus
Sicht eines menschlichen Betrachters verwendet, also mit einer Bildrate von etwa 20
bis 30 Bildern pro Sekunde.
Nicht alle in Kapitel 3 vorgestellten Komponenten erfordern eine Ausführung in
Echtzeit: Die Fasermodellierung (vgl. Abschn. 3.1.1) dient lediglich quantitativen Un-
tersuchungen und der initiale Kalibrierschritt für die Restaurierungsansätze muss im
Vorfeld nur einmal durchgeführt werden (vgl. Abschn. 3.2.1.2 und Abschn. 3.2.2.1).
Zeitkritisch sind hingegen die für jedes Bild notwendigen Operationen der Filterung
(vgl. Abschn. 3.2.1.1), der Interpolation (vgl. Abschn. 3.2.2.2), der Farbkorrektur (vgl.
Abschn. 3.3), der Überlagerung für Superposition (vgl. Abschn. 3.5.6) und evtl. einer
Nachkalibrierung (vgl. Abschn. 3.4).
Die eingangs geforderte Bildrate für Echtzeit wird von den derzeitigen Imple-
mentierungen auf aktuellen Rechnern 7 bislang nicht erreicht. Die tatsächliche Bildrate
hängt bei der Interpolation maßgeblich von der Anzahl der Bildpunkte im Ausgangs-
bild ab, die aus den zur Verfügung stehenden Faserstützstellen interpoliert werden
müssen. Für ein Auflösungsverhältnis von 800 × 600 Bildpunkten aus 12.000 Fasern
erreicht der Algorithmus auf dem PC eine Bildrate zwischen drei und vier Bilder pro
Sekunde. Das Überlagern von mehreren Bildern verlangsamt den Algorithmus über-
proportional, da zusätzlich die Bewegungsschätzung durchgeführt werden muss und
die sonst einmalig kalibrierte Gitterstruktur durch weitere Stützstellen sukzessive er-
weitert werden muss. Die Qualitätssteigerung eines Bilds aus einer Sequenz von zehn
Bildern erfordert für das genannte Auflösungsverhältnis derzeit eine Berechnungszeit
von 15 bis 30 Sekunden, je nach Anzahl der Korrespondenzen, die zwischen den Bil-
dern berücksichtigt werden.
Um trotzdem eine Echtzeit-Bildrate zu erreichen, wird die zusätzliche Verwendung
geeigneter Hardware-Komponenten vorgeschlagen. Am Beispiel der Interpolation mit
Nachkalibrierung konnte eine Beschleunigung um den Faktor Zehn auf etwa 30 Bilder
pro Sekunde erreicht werden [Hir07], indem die zeitkritischen Berechnungen von der
Grafikkarte (GPU) unterstützt werden. Diese Hardware-Erweiterung ist fast in jedem
handelsüblichen Arbeitsplatzrechner zu finden oder kostengünstig (200 − 400 Euro)
nachzurüsten und kann mittlerweile durch eine effiziente Programmierschnittstelle für
nahezu beliebige Operationen genutzt werden. Wird die Interpolation von der GPU
7 Intel Core 2 Duo 1,86GHz, 1GB Arbeitsspeicher