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Abstract

Thema der vorliegenden Arbeit ist die stereobasierte 3D-Vermessung deformierbarer Objekte. Speziell wird der r¨aumliche Verlauf sowie die Verformung von pflanzlichen Oberfl¨achen bestimmt. Die Lage im Raum sowie das Bewegungsfeld der beobachteten Objekte werden simultan als Tiefe und optischer Fluss inMultikamera-Bildsequenzen gesch¨atzt. Dies ist durch einen Near-Baseline-Stereoansatz realisiert. ZeitlicheMehrkamerasequenzen werden als 4D-Datensatz interpretiert. Zur Berechnung der Tiefe kann ein lineares Modell aufgestellt werden. Die Kontinuit¨atsgleichung des optischen Flusses (BCCE) wird um Disparit¨atsterme erweitert. Eine Parametersch¨atzung mit einem differentiellen lokalen Total-Least-Squares-Verfahren, dem Strukturtensoransatz, liefert simultan Tiefen- und Flussinformation. Eine zus¨atzliche Erweiterung der BCCE erlaubt die gleichzeitige Sch¨atzung der Divergenz des Flussfeldes und damit der Tiefengeschwindigkeit. Genauigkeitsanalysen auf synthetischen und realen Sequenzen zeigen die f¨ur das Strukturtensorverfahren charakteristische hohe Rauschstabilit¨at und Genauigkeit. Als botanische Anwendung wird ein Verfahren zur Messung der lokalen relativen Oberfl¨achen¨anderung von sich bewegenden, gew¨olbten Pflanzenorganen aus der Gr¨oßen¨anderung von Teilfl¨achen entwickelt. Der zeitliche Verlauf dieser Wuchsratenmessungen zeigt einen deutlichen Tagesgang. Eine Beschr¨ankung auf die Auswertung statischer Multikamerasequenzen erlaubt die 3D-Vermessung der Kronend¨acher von B¨aumen als gegl¨attete Einh¨ullende. Um dies auch bei ausgedehnten Pflanzenbest¨anden zu erm¨oglichen, wird ein Verfahren entwickelt, das biangular rotierte 3D-Teilrekonstruktionen fusioniert. Als Anwendung erfolgt eine hochaufgel¨oste Rekonstruktion des Verlaufs des Regenwaldkronendaches im Biosphere 2 Center, Arizona.

Translation of abstract (English)

The subject of this thesis is the stereo based 3d survey of deformable objects. This includes the calculation of spatial structure and deformations of plant surfaces. The position in space and the movement field are simultaneously estimated as depth and optical flow in multi camera image sequences. This is realized by a near baseline stereo approach. Temporal multi camera sequences are taken as a 4d data set. A linear model is used to calculate depth. The brightness change constraint equation (BCCE) is extended by disparity terms. Parameters are estimated with a local differential total least squares method, the structure tensor approach, simultaneously yielding depth and flow information. An additional extension of the BCCE allows the simultaneous estimation of flow divergence and thus depth motion. The accuracy of this techniques is quantified on synthetic and real sequences. The results show the typical behavior for the structure tensor approach, high noise stability and accuracy. As a botanical application, a method for measuring of local relative area changes of moving curved surfaces is developed. The temporal course of those growth rate measurements shows a clear diurnal rhythm. Limiting the evaluations to those of static multi camera sequences allows the 3d survey of tree canopies as a smoothed envelope. To accommodate this for extended populations, a method is developed which creates a fusion of partial 3d reconstructions. This is applied in the high resolution reconstruction of the rainforest canopy in the Biosphere 2 Center, Arizona.