Müller, Klaus: Simulationssystem zur Interaktion mit realen Fischen unter Verwendung von Analyse-durch-Synthese-Verfahren. 2019
Inhalt
- Zusammenfassung
- Abstract
- Inhaltsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Einleitung
- Ziel der Arbeit
- Wissenschaftlicher Beitrag
- System-Architektur für Versuchsaufbauten mit Fisch-Computer-Interaktion
- Fisch-Tracking
- Virtuelle, interaktive Fisch-Stimuli zur Verhaltensforschung
- Analyse-durch-Synthese zur Bewegungsrekonstruktion
- Aufbau der Arbeit
- Hardwareauswahl und Systemarchitektur für Versuchsaufbauten mit Fisch-Computer-Interaktion
- Anforderungsprofil
- Hardwareaufbau
- Software
- Robotiksysteme in der Fisch-Verhaltensforschung
- Robotik-Software-Framework ROS
- Integration des Forschungsaufbaus in das Robotik Framework ROS
- Fazit
- Echtzeit Fisch-Tracking unter Berücksichtigung der Lichtbrechung
- Grundlagen
- Anforderungen
- Einhaltung der Standards bei Partnerwahl-Experimenten
- Zeitliche und räumliche Genauigkeit
- Spezialfall Aquarium
- Stand der Technik
- Kamerakalibrierung
- Brechungsberechnung mittels Ray-Tracing
- Detektion
- Vereinigung der 2D-Konturen zum 3D-Modell
- Tracking
- Kontur-Tracking
- 3D-Positionstracking unter Berücksichtigung von Verdeckung und ungeordneter Lichtbrechung durch Wasserwellen
- Ergebnisse
- Kalibrierung und Kompensation der Lichtbrechung
- Detektion und Segmentierung
- Tracking
- Berechnung der 3D-Repräsentation
- Laufzeit
- Fazit
- Virtuelle, interaktive Fischstimuli zur Verhaltensforschung
- Stand der Technik
- Stimulus-Design
- Generisches 3D-Modell
- Erzeugung der Fisch-Texturen
- Konfiguration des generischen Modells und der Szene
- Visualisierung - FishSim
- Stimulus Animation
- Stimulus Präsentation
- Ergebnisse
- Fazit
- Motion Capture mittels Analyse-durch-Synthese
- Stand der Technik
- Architektur des Analyse-durch-Synthese Systems
- 3D-Modell zur Synthese
- Initialisierung
- Einfache Merkmale zur Initialisierung
- Auswahl von Merkmalsteilmengen (Feature-Subsets)
- Normalisierung der Merkmale
- Berechnung der Merkmalsentropie
- Zusammenstellung der Merkmalsteilmengen und Berechnung der Entropie dieser Teilmengen
- Auswahl der passenden Merkmalsmenge
- Schätzung der initialen Pose und Position
- Extraktion der 2D-Silhouetten aus dem 3D-Modell
- Synthese der Lichtbrechung
- Silhouettenvergleich zur Ähnlichkeitsbestimmung (virtueller/realer Fisch)
- Optimierungsstrategie zur Modellannäherung
- Schätzung der Fischgröße
- Strategien im Umgang mit mehreren Fischen und Verdeckung
- Strategien zum Umgang mit transparenten Teilen des Fisches
- Ergebnisse
- Datensatz
- Modell
- Initialisierung auf Basis von Merkmalsteilmengen
- Kompensation der Lichtbrechung
- Rekonstruktion aus einer und mehreren Ansichten
- Verdeckung
- Laufzeit
- Fazit
- Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Glossar
- Danksagung