Bernhard, Felix (2015)
Benutzerfreundliche Kalibrierung für Tracking von Optical Stereo See-Through Head Worn Displays für Augmented Reality.
Technische Universität Darmstadt
Bachelorarbeit, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

In recent time devices like Google Glass and Oculus Rift gained a lot of public attention. So the field of Virtual and Augmented Reality has become a more and more attractive field of study. This thesis focuses on the Epson Moverio BT-200, an Optical Stereo See-Through Head Worn Display (OST-HWD or OST-HMD) which can be used for Augmented Reality. Augmented Reality devices like this have to be calibrated. This means, that one has to find a configuration, that aligns the image shown on the displays with the environment, which is observed by the built-in camera. If this is not done, the augmented virtual image would not align with the real world. The process of this calibration approach is divided into two stages, like Owen et al. 24 proposed in earlier work, but with less constrains for the positions of the cameras, which makes it easier to use. The first stage is the hardware calibration. It defines the camera intrinsics, containing focal length and principal point, the camera extrinsics, representing the position of the device in world coordinates, as well as the position of the virtual plane onto which the virtual image is projected. The second stage is the user calibration, which calibrates the eye positions for every individual user. An earlier approach by the Fraunhofer IGD 3132 has been adopted in this work, aiming at a more user friendly suite for the calibration of OST-HWD devices. Therefor both of the aforementioned stages are combined in a new quick step-by-step installation wizard, which is written in HTML and JavaScript to ensure easy usability. Furthermore the VisionLib, developed by Fraunhofer IGD, is used to for image detection and processing 7. It has been extended by a new minimization model in order to simplify and robustify the calculations of the virtual plane. In addition to that the required hardware components, including camera and calibration rig, were simplified. The implemented software has been evaluated for its results of the computed virtual plane, intrinsic data and eye positions of the user. Furthermore a user study was conducted to rate the usability of the calibration process. In jüngster Zeit haben Geräte wie Google Glass und Oculus Rift viel Aufmerksamkeit bekommen. Deshalb wurden Virtuelle und Erweiterte Realität zu immer attraktiveren Forschungsbereichen. Diese Arbeit verwendet eine Epson Moverio BT-200, ein Optical Stereo See-Through Head Worn Display (OST-HWD oder OST-HMD), das für Augmented Reality genutzt werden kann. Augmented Reality Geräte wie dieses müssen kalibriert werden. Das bedeutet, dass eine Konfiguration gefunden werden muss, mit der das virtuelle Bild auf den Displays der Brille an der richtigen Position in der realen Welt sitzt, welche von der eingebauten Kamera aufgezeichnet wird. Andernfalls würde das virtuelle Bild nicht mit der realen Welt übereinstimmen. Dieser Kalibrierungsprozess ist in zwei Abschnitte unterteilt, wie es Owen et al. 24 in früherer Arbeit schon gezeigt haben, aber mit weniger Beschränkungen für die Positionen der Kameras, wodurch der Prozess einfacher wird. Der erste Teil ist die Hardwarekalibrierung. Diese beinhaltet die Kameraintrinsic, bestehend aus Brennweite und Bildmittelpunkt, die Kameraextrinsic, welche die Position der Kamera beinhaltet, sowie die Position der virtuellen Ebene, auf der sich die projizierten virtuellen Bilder befinden. Der zweite Teil ist die Benutzerkalibrierung, welche die Position der Augen für jeden Benutzer individuell kalibriert. Ein früherer Ansatz des Fraunhofer IGD 3132 wurde adaptiert, mit dem Ziel eine benutzerfreundlichere Anwendung für die Kalibrierung von OST-HWD Geräten zu entwickeln. Dafür werden die beiden vorher erwähnten Kalibrierungsteile in einem schnellen und einfachen step-by-step Installationswizard kombiniert, welcher in HTML und Javascript geschrieben ist, um hohe Benutzerfreundlichkeit zu erreichen. Für Bilderkennung und -verarbeitung wird die VisionLib des Fraunhofer IGD benutzt 7. Diese wurde um ein neues Minimierungsmodell erweitert, um die Berechnung der virtuellen Ebene noch einfacher und stabiler zu machen. Außerdem wurden die Hardwareanforderungen für den Kalibrierungsprozess verringert. Dies beinhaltet eine einfachere Kamera und ein vereinfachtes Kalibrierungsmuster. Die implementierte Software wurde nach den Ergebnissen der virtuellen Ebene, der Kameraintrinsicen und der Augenpositionen der Benutzer ausgewertet. Außerdem wurde eine Benutzerstudie durchgeführt um die Benutzerfreundlichkeit des Kalibrierungsprozesses zu bewerten.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen