Lens flare prediction based on measurements with real-time visualization

Abstract

In dieser Diplomarbeit wird eine neue Methode zur Visualisierung von realistischen Linsenreflexionen (Lens Flare) entwickelt. Linsenreflexionen werden durch verhältnismäßig helle Lichtquellen im Bild sichtbar und entstehen durch interne Reflexionen im Linsensystem der Kamera. Das Auftreten von Lens Flare wird meist als störend empfunden, da sie das eigentlich aufgenommene Motiv überblenden und den Gesamtkontrast verringern. In künstlich generierten Bildern werden Lens Flare jedoch oft nachgeahmt, um einen höheren Grad an Realismus zu suggerieren. In der Computergraphik wird für die Generierung von Lens Flare oft das gesamte Linsensystem einer Kamera simuliert. Die exakte Beschaffenheit aller eingebauten optischen Elemente, im speziellen der AntiReflexions-Beschichtungen, sind hingegen meist nur schwer einzusehen und können oft nur geschätzt werden. Die Qualität der Simulation hängt stark von den verfügbaren Beschreibungen ab. Die Simulation ist daher sehr unflexibel. Die in dieser Arbeit entwickelte Visualisierungsmethode ist nicht auf die exakte Beschreibung des Linsensystems einer Kamera angewiesen, da sie direkt mit den aufgenommenen Daten der Kamera arbeitet. Durch Analysieren der aufgenommenen Bilder kann ein Model erstellt werden. Das Model kann für Prognosen von Lens Flare unter verschiedenen Beleuchtungssituationen verwendet werden. Dank GPU-Implementierung ist es für Realtime-Visualisierungen geeignet.

Lens flare is a visual phenomenon caused by interreflection of light within a lens system. This effect is often undesired, but it gives rendered images a realistic appearance. In the area of computer graphics, several simulation based approaches have been presented to render lens flare for a given spherical lens system. An accurate model of the lens system and all its components is crucial for a physically reliable result. Since the effect differs from camera to camera, these methods are not flexible, and the internal parameters - especially the anti-reflection coatings - can only be approximated. In this thesis we present a novel workflow for generating physically plausible renderings of lens are phenomena by analyzing the lens flares captured on a camera. Furthermore, our method allows to predict the occurrence of lens flares for a given light setup. This is an often requested feature in light planning applications in order to effciently avoid lens flare prone light positioning. A model with a tight parameter set and a GPU-based rendering method allows our method to be used in real-time applications.