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05.04.2013

GEO Semiconductor - Image Warping

GEO Semiconductor - Image Warping.

Die steigende Leistungsfähigkeit integrierter Bildverarbeitungs-DSPs zusammen mit optimierten Algorithmen ermöglicht die Kompensation von Bildverzerrungen oder Abbildungsfehlern in Echtzeit. Es eröffnen sich damit aber auch völlig neue Anwendungsperspektiven wie beispielsweise das elektronische Pan-Tilt-Zoom (ePTZ) oder die dynamische Korrektur der Verzeichnung von Zoomobjektiven abhängig von der jeweils eingestellten Brennweite.

Die Technik dahinter nennt sich "Image Warping" und bezeichnet ganz allgemein die Verzerrung eines Bildes mit bestimmten Abbildungsmatrizen, deren Elemente sowohl konstant sein können, als auch eine Funktion des jeweiligen Ortes. Anders als die "klassischen" Bildmanipulationen zur Veränderung von Helligkeit, Kontrast, Farbbalance oder Gradation verändert das Warping die Lokationen einzelner oder aller Bildpunkte, wie etwa bei der Bildrotation oder Bildskalierung.

Solche Algorithmen echtzeitfähig in kostengünstige Halbleiter zu implementieren ist das Ziel des jungen Unternehmens GEO Semiconductor, dessen neuester Chip im Folgenden vorgestellt wird.

Fischaugen entzerren

Interessanter als das Drehen oder Skalieren eines Bildes wird das Warping, wenn es um die Entzerrung von optischen Verzeichnungen realer Objektive geht. Zum einen ist es dann möglich, relativ preisgünstige Objektive zu verwenden und die damit in Kauf genommen Abbildungsfehler durch einen Chip zu kompensieren, zum anderen erschließt sich damit die Möglichkeit, überwachte Flächen mit wenigen, hoch auflösenden Kameras zu bestücken, die durch extreme Weitwinkel- (Fischaugen-) Objektive große Bereiche abdecken. Der Nachteil solcher Optiken ist ihre extreme Verzerrung vergleichbar dem Spiegelbild auf einer Kugeloberfläche und die damit verbunden Schwierigkeiten bei der Analyse von Aufzeichnungsmaterial. Mit Realtime-Warping ist es jedoch möglich, die Verzerrungen zu korrigieren und damit die Bilder nutzbar zu machen.

GEO Semiconductors sxW2

Der sxW2 von GEO Semiconductor ist ein In-Stream Videoprozessor mit niedriger Latenz und leistungsstarken Fähigkeiten wie z.B. elektronischem Pan-Tilt-Zoom (ePTZ™) oder Bildverbesserungsalgorithmen zusammen mit den Möglichkeiten der geometrischen Entzerrung von Weitwinkeloptiken. Der sxW2 verfügt auch über einen qualitativ hochwertigen und leistungsstarken Skalierer, um damit Bilder in bester Qualität zu vergrößern. Zudem sind alle Voraussetzungen zum Image-Stitching eingebaut, also zum nahtlosen und unsichtbaren Zusammenfügen vielfacher Kamera-Panoramabilder.

Der sxW2 arbeitet als Co-Prozessor mit einer einfachen Kommando-Schnittstelle über einen standardisierten seriellen Bus und leistet eigenständig die oben beschriebenen Funktionen. Mit diesem IC können Entwickler optische Verzerrungen von Weitwinkel-Objektiven mit unterschiedlichen Sichtfeldern bis 360° kompensieren (De-Warp) und diese Entzerrung in Echtzeit für das gesamte Bild bei Bildwiederholraten bis zu 60 fps (frames per second) durchführen. Zusätzlich unterstützt der Baustein eine große Zahl von anwenderdefinierbaren Ausschnittsbildern, jedes davon mit unabhängigen Pan-Tilt-Zoom-Eigenschaften.

Zudem kann der Chip ungleichmäßige Verteilungen von Helligkeit und Farbe auf Displays korrigieren und Verzerrungen sowie Abbildungsfehler von Optiken kompensieren, wie Kissen- und Tonnenverzeichnungen, aber auch chromatische Fehler und lateralen Farbversatz. Damit lässt sich beispielsweise bei den bildgebenden Diagnoseverfahren der Medizintechnik (Röntgenbilder) die Aussagesicherheit erhöhen.
Die einzigartigen Fähigkeiten ermöglichen auf der anderen Seite aber auch die Reduktion von Kosten und Gewicht eines Systems, weil weniger optische Elemente benötigt werden und diese aus kostengünstigeren Materialien hergestellt sein können.

Am wichtigsten aber ist der Umstand, dass mit dem Einsatz dieses ICs Motoren für einen mechanischen Zoom obsolet werden. Mechanische Antriebe haben nur eine limitierte Lebensdauer im Vergleich zu elektronischen Systemen. Durch ihre Eliminierung steigt daher die Systemlebensdauer und die Zuverlässigkeit erhöht sich ganz wesentlich. Mit nur einem sxW2 können Systementwickler Auflösungen bis 1920x1200 bei 60fps anbieten. Dank der offenen, selbstkonfigurierenden Architektur des sxW2 lassen sich sehr einfach auch mehrere dieser Chips kaskadieren, um höhere Auflösungen zu unterstützen.

Die Firma GEO Semiconductor ist industrieweit führend bei sehr leistungsfähigen Video- und Geometrie-2/3D-Pixelprozessor-IC-Lösungen für verschiedene Märkte. Präzises Sub-Pixel Video- und Geometrie-Processing bedeutet sowohl Kostenreduktion und optimierte Leistung bestehender Produkte als auch Chancen für neue Produkte wie z.B. digitale optische Korrektur, LCD-Display-Verbesserung durch die Kompensation von ungleichmäßiger Farb- und Lichtverteilung, ePTZ™ digitales Pan/Tilt/Zoom bei Videokonferenz- und Videoüberwachungssystemen sowie Pico-Projektoren.


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