Zur Seitenansicht
 

Titelaufnahme

Titel
A transparent, flexible and scalable image sensor based on luminescent concentrators and its applications / submitted by Alexander Koppelhuber
VerfasserKoppelhuber, Alexander
Begutachter / BegutachterinBimber, Oliver ; Hua, Hong
ErschienenLinz, December 2016
Umfangv, 99 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)computerbasierte Bildgebung / Bildsensor / Lumineszenzfolie
Schlagwörter (GND)Bildsensor / Folie / Lichtabsorption / Totalreflexion / Bildrekonstruktion
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-14600 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
Dateien
A transparent, flexible and scalable image sensor based on luminescent concentrators and its applications [219.71 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Englisch)

The invention of digital computation and advances in material science, as well as in mechanical and optical engineering, shifted traditional photography (which had emerged in the beginning of the 19th century) towards computational imaging and computational photography. The generalization of optics, sensors, processing and illumination enables entirely new applications that go beyond merely taking images. Lenses can be replaced with coded pinhole apertures to support a flat camera design. Efficient single pixel cameras are enabled by compressive sensing and controlled spatial-temporal illumination modulation. Computational reconstruction methods can use raw data from a larger family of sensor devices, such as metamaterial apertures, and allow advanced image processing after data acquisition, such as refocussing from light fields. In this thesis, a new type of a transparent, flexible, and scalable image sensor and its applications are demonstrated. The main component, a luminescent concentrator (LC), absorbs light through its surface and propagates it to its edges by total internal reflection. The optical design, an aperture structure around the border, yields a two-dimensional light field with a spatial and angular component that allows the reconstruction of images that are focussed on the surface of the sensor. We propose linear methods that are capable of realtime reconstruction, and a non-linear method requiring a higher computational effort, but also yielding a higher image quality. Stacking multiple LCs that absorb different sub-bands of the light spectrum then enables color imaging. Knowledge of the light transport within the LC makes it possible to reconstruct a focal stack from a single recording that can be used for depth estimation. The sensor can also be used as a non-touch interface for human-computer interaction. We show that gestures can be recognized with a high classification rate directly from the sensor values without prior image reconstruction. We also propose a method for dimensionality reduction to find minimal hardware requirements for a specific classification task (e.g. motion gestures).

Zusammenfassung (Deutsch)

Mit der Erfindung elektronischer Datenverarbeitung und Fortschritten in der Entwicklung neuer Materialien sowie neuen Entwicklungen im Bereich der Mechanik und Optik findet erstmals seit der Erfindung der Fotografie am Beginn des 19. Jahrhunderts eine bedeutende Evolution hin zur computergestützten Fotografie statt. Diese erlaubt die Bestandteile wie Optik, Sensoren, Datenverarbeitung und Beleuchtung zu verallgemeinern und für Anwendungen zu verwenden die über die Aufnahme eines einfaches Bildes einer Szene hinaus gehen. Es ist zum Beispiel möglich auf Linsen zu verzichten und stattdessen codierte Blenden zu verwenden die völlig flache Kameras ermöglichen. 'Compressed sensing' und die kontrollierte Beleuchtung einer Szene ermöglicht Fotografie mit nur einem einzigen Sensorelement. Computergestützte Rekonstruktionsmethoden erweitern das Repertoire an verfügbaren Sensoren und erlauben die nachträgliche Bearbeitung bereits aufgenommener Bilder, wie zum Beispiel das Fokussieren mit Lichtfeldern. In dieser Arbeit wird ein neuer Bildsensor sowie seine Anwendungen vorgestellt der transparent, biegbar und skalierbar ist. Er basiert auf einem Lumineszenzkollektor der Licht über die gesamte Oberfläche absorbiert und mittels Totalreflexion an dessen Rand weiterleitet. Eine Struktur von Blenden die um den Rand des Lumineszenzkollektors angeordnet ist erzeugt ein Lichtfeld mit Orts- und Winkelkoordinaten das die Rekonstruktion eines Bildes erlaubt das auf der Oberfläche des Sensors fokussiert ist. Verschiedene Rekonstruktionsmethoden erlauben Aufnahmen in Echtzeit oder die Rekonstruktion von Bildern mit höherer Qualität aber längerer Rechendauer. Die Transparenz des Materials erlaubt es mehrere Sensoren übereinander zu stapeln die unterschiedliche Bereiche des Lichts absorbieren. Das ermöglicht die Aufnahme von Farbbildern. Mit Kenntnis des Lichttransportes innerhalb des Sensors ist es möglich einen 'focus stack' aus nur einer Aufnahme zu berechnen der für die Abschätzung von Tiefe und Abstand eines Objekts benutzt werden kann. Es ist auch möglich den Sensor für Klassifizierungaufgaben (z.B. Gesten) zu verwenden ohne dass vorher ein Bild rekonstruiert werden muss. In diesem Zusammenhang wird ein Algorithmus vorgeschlagen mit dem es möglich ist für eine bestimmte Aufgabe (z.B. Bewegungsgesten) die optimale Konfiguration zu bestimmen die mit den geringsten Hardware-Anforderungen auskommt.