Die Bedeutung von Alpha-Matting für die Darstellung von Bildern auf 3D-Bildschirmen : eine Benutzerstudie

Abstract

Stereoskopische 3D-Bildschirme simulieren die menschliche visuelle Tiefenwahrnehmung, indem sie dem linken und dem rechten Auge gleichzeitig leicht verschiedene Bilder, die sich durch ihre horizontale Abweichung voneinander unterscheiden, präsentieren. Eine Schlüsselstelle in der 3D-Video-Kette ist daher das Erzeugen von Stereobildpaaren für die Darstellung auf 3D-Bildschirmen. Während neues stereoskopisches Videomaterial mit zwei horizontal leicht verschobenen Kameras erstellt werden kann, muss für bestehendes Videomaterial eine zweite synthetische Ansicht durch pixelweises Verschieben der Objekte entsprechend ihrer räumlichen Tiefe erzeugt werden. In Bildregionen mit transparenten Bereichen gibt es jedoch keine eindeutige Tiefenzuordnung, da diese Bildbereiche eine Überblendung von Vorder- und Hintergrund darstellen.<br />Die daraus resultierenden Bild-fehler können durch das Einbeziehen von Alpha-Matting-Information - also Kenntnis über Einfluss von Vorder- und Hintergrund an jedem Pixel - vermieden werden.<br />Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, inwieweit Alpha-Matting-Information die Qualität der Bilddarstellung auf 3D Bildschirmen beeinflusst. Um diese Frage zu beantworten, wurde im Zuge dieser Arbeit eine Benutzerstudie durchgeführt. In der Studie wurden meh-rere Stereobildpaare, welche sowohl mit als auch ohne Alpha-Matting erstellt wurden, auf einem 3D-Monitor dargestellt. Die Betrachter wurden befragt, ob sichtbare Unterschiede in der Bildqualität zwischen den 3D-Bildern erkennbar sind. Ein weiteres Ziel der Untersu-chung war die Feststellung, ob die wahrgenommenen Unterschiede mit speziellen Hinter-gründen oder einzelnen Motiven in Verbindung gebracht werden können. Die Analyse der Ergebnisse hat gezeigt, dass die Probanden eine bessere Bildqualität bei den mit Alpha-Matting erstellten Bildpaaren gegenüber den ohne Alpha-Matting erstellten Stereobildpaa-ren feststellen konnten. Das Ergebnis der Studie spricht somit eindeutig für einen Einsatz von Alpha-Matting bei der Generierung von synthetischen Ansichten, da eine korrekte Darstellung der transparenten Regionen Grundvoraussetzung für qualitativ hochwertige 3D-Bilder ist.<br />

Stereoscopic 3D displays simulate the human visual depth perception by simultaneously showing two horizontally displaced images of the same scene to the left and the right eye. Therefore, a key factor in the 3D video chain is the generation of stereo image pairs that are fed into 3D monitors. While new stereoscopic video footage can be generated by recording a scene with two slightly displaced cameras, for existing footage a second view has to be generated synthetically. This synthetic view can be generated by displacing pixels in the existing view according to the scene depth. However, for pixels that lie on transparent foreground objects, no unique depth value can be estimated, because these image regions are a mixture of the foreground and the background. As a consequence, artifacts can occur when displaying the stereo image pair on a 3D monitor. These artifacts can be alleviated by the use of alpha matting methods, which infer the transparency of foreground at each pixel.<br />The main goal of this thesis is to examine to which extent transparency information influ-ences the quality of images displayed on 3D monitors.<br />To answer this question, a user study was carried out. During the study, stereo image pairs which were generated both with and without alpha matting were displayed on a 3D monitor. The subjects participating in the study were asked whether they can find visible differences in the quality of the dis-played 3D images. A further goal of the study was to find out whether differences in 3D image quality are linked to certain backgrounds or individual images. The results of the study show that there is a substantial improvement of 3D image quality when using stereo images that were generated with alpha matting over stereo images generated without mat-ting information. The results of the study motivate the use of alpha matting when generat-ing synthetic views for 3D monitors, because a correct representation of transparent regions is necessary for high-quality 3D images.<br />