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TAZ-TFM-2012-1129

Femto-Photography: visualizing light in motion

Jarabo Torrijos, Adrián
Gutiérrez Pérez, Diego (dir.)

Universidad de Zaragoza, Escuela de Ingeniería y Arquitectura, 2012
Informática e Ingeniería de Sistemas department, Lenguajes y Sistemas Informáticos area

Máster en Ingeniería de Sistemas e Informática

Abstract: La Femto-Fotografía es una técnica presentada recientemente dentro del campo de la Fotografía Computacional, que permite capturar escenas con una resolución temporal efectiva de alrededor de 2 picosegundos, mediante el uso de hardware óptico sofisticado y técnicas de computación. Esto permite la captura de videos en los que se puede observar cómo se propaga la luz escenas macroscópicas, a una velocidad de 300000 Km/s. El presente Trabajo Fin de Máster se enmarca dentro del área de la Femto-Fotografía, y se ha realizado en colaboración con el Camera Culture Group del MIT Media Lab, donde se ha desarrollado la primera cámara capaz de capturar la luz en movimiento, a una resolución efectiva de 2 picosegundos. La posibilidad de analizar el transporte de luz a esta resolución temporal tiene potencialmente una gran cantidad de aplicaciones en imagen médica, seguridad, visión por computador o informática gráfica. El principal objetivo de este Trabajo es el desarrollo de algoritmos que permitan una visualización intuitiva de los fenómenos que ocurren a gran velocidad. Ésta es una tarea compleja, ya que los procesos de propagación de la luz e interacción con la materia no son intuitivos de comprender. Para ello se han desarrollado un conjunto de diferentes técnicas de visualización: por un lado, se han introducido un conjunto de algoritmos de visualización estática bidimensional, que permiten analizar de forma comprensible el transporte de luz mediante el uso de una sola imagen. Adicionalmente, se ha desarrollado una aplicación de visualización tridimensional que permite explorar las escenas capturadas con libertad, de modo que se puede observar la propagación de la luz desde otros puntos de vista a los capturados. Además, para mantener la plausibilidad física en la visualización de las escenas capturadas, esta aplicación modela durante la visualización los efectos relativistas que se producirían debido a mover la cámara a una velocidad comparable a la velocidad de la luz. Aparte de las herramientas de visualización descritas anteriormente, se han desarrollado técnicas computacionales para corregir distorsiones ocurridas en las capturas debido a la naturaleza finita de la velocidad de la luz. Estas distorsiones ocurren debido a que el orden de los eventos capturados es dependiente de la distancia recorrida por la luz desde el evento hasta la cámara. Finalmente, se ha desarrollado un motor de renderizado que modela el tiempo de vuelo de la luz. Este motor incluye modificaciones de dos de los algoritmos de iluminación global más comúnmente utilizados (path tracing y photon mapping) para simular virtualmente capturas realizadas mediante Femto-Fotografía. Esto permite la generación de datos para el desarrollo de algoritmos que hagan uso de tiempo de vuelo de la luz en condiciones definidas por el usuario, y sin la necesidad de utilizar el complejo y caro equipamiento desarrollado en el MIT. Nuestro plan es liberar este motor de render para que pueda ser usado por la comunidad científica libremente. Los resultados de este trabajo han sido publicados como technical report, y están en preparación para ser sometidos como artículo a ACM SIGGRAPH 2013, la principal conferencia en el área de los gráficos por computador, cuyas actas se publican en la revista ACM Transactions on Graphics. Adicionalmente, este trabajo ha sido presentado en SIGGRAPH 2012 como charla. Por último, también ha sido incluido como sección en un curso de Fotografía Computacional en CEIG 2012, y ha dado lugar a dos pósters, uno en CEIG 2012 y otro en IEEE International Conference on Computational Photography (ICCP) 2012.


Free keyword(s): femto-photography ; computer graphics ; computational photography ; relativistic ; time of flight ; rendering
Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master

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 Record created 2012-11-07, last modified 2012-11-07


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