Foveal

Was ist Foveal?

Foveal Imaging ist eine digitale Bildverarbeitungstechnik, bei der die Bildauflösung oder die Detailmenge gemäß einem oder mehreren Fixierungspunkten über das Bild variiert. Ein Fixierungspunkt zeigt den Bereich mit der höchsten Auflösung des Bildes an und entspricht der Mitte der Netzhaut, der Fovea.

Die Position eines Fixierungspunktes kann auf viele Arten angegeben werden. Wenn beispielsweise ein Bild auf einem Computermonitor angezeigt wird, kann eine Fixierung mithilfe eines Zielgeräts wie einer Computermaus angegeben werden. Eye-Tracker, die die Position und die Bewegung des Auges präzise messen, werden häufig zur Bestimmung von Fixierungspunkten in Wahrnehmungsexperimenten verwendet.

Wenn die Anzeige mit einem Eye-Tracker manipuliert wird, spricht man von einer Blickkontingentanzeige. Fixierungen können auch automatisch mithilfe von Computeralgorithmen ermittelt werden.

Zu den gebräuchlichsten Anwendungen der Foveal basierten Bildgebung gehören Bildgebungssensor-Hardware und Bildkompression. Foveal Imaging wird im Allgemeinen auch als “Raumvariante” oder “Blickkontingente Abbildung” bezeichnet.

Applikationen

Kompression

Die Kontrastempfindlichkeit nimmt dramatisch ab, wenn man sich vom Zentrum der Netzhaut zur Peripherie bewegt. Bei der verlustbehafteten Bildkomprimierung kann man diese Tatsache nutzen, um Bilder kompakt zu kodieren. Wenn man den ungefähren Blickpunkt des Betrachters kennt, kann man die im Bild enthaltene Informationsmenge mit zunehmender Entfernung vom Blickpunkt reduzieren. Da der Abfall der Auflösung des Auges dramatisch ist, kann die mögliche Verringerung der Anzeigeinformation erheblich sein. Die Foveal Codierung kann auch auf das Bild angewendet werden, bevor andere Arten der Bildkompression angewendet werden und kann daher zu einer multiplikativen Reduktion führen.

Sensoren

Foveal Sensoren sind Hardwarekomponenten mit mehreren Auflösungen, mit denen Bilddaten mit höherer Auflösung an einem Fixierungspunkt gesammelt werden können. Ein Vorteil der Verwendung von Foveal Sensor-Hardware besteht darin, dass die Bilderfassung und -codierung viel schneller erfolgen kann als in einem System, das ein hochauflösendes Bild in Software nach bearbeitet.

Simulation

Foveal Imaging wurde verwendet, um visuelle Felder mit beliebiger räumlicher Auflösung zu simulieren. Beispielsweise kann man ein Video präsentieren, das einen unscharfen Bereich enthält, der ein Skotom darstellt. Durch Verwendung eines Eye-Trackers und Festhalten des unscharfen Bereichs relativ zum Blick des Betrachters, hat der Betrachter ein visuelles Erlebnis, das dem einer Person mit einem tatsächlichen Skotom ähnlich ist.

Videospiele

Foveal Rendering ist eine aufkommende Videospieltechnik, bei der ein Eye-Tracker mit einem Virtual-Reality-Headset integriert wird, um die Rendering-Belastung zu reduzieren, indem die Bildqualität in der peripheren Sicht (außerhalb der durch die Fovea betrachteten Zone) stark verringert wird.

Auf der CES 2016 präsentierte SensoMotoric Instruments (SMI) ein neues 250-Hz-Eye-Tracking System und eine funktionierende Foveal Rendering Lösung. Es entstand aus einer Partnerschaft mit dem Kamerasensorhersteller Omnivision, der die Kamerahardware für das neue System zur Verfügung stellte.

Qualitätsbewertung

Das Foveal Imaging kann hilfreich sein, um ein subjektives Bildqualitätsmaß bereitzustellen. Herkömmliche Messwerte für die Bildqualität, wie z. B. das Signal-Rausch-Verhältnis der Spitzenwerte, werden in der Regel bei Bildern mit fester Auflösung durchgeführt und berücksichtigen nicht einige Aspekte des menschlichen Sehsystems, wie etwa die Änderung der räumlichen Auflösung in der Netzhaut. Ein gefärbter Qualitätsindex kann daher die vom Menschen wahrgenommene Bildqualität genauer bestimmten.

Bilddatenbank-Abruf

In Datenbanken, die Bilder mit sehr hoher Auflösung enthalten, wie etwa eine Satelliten-Bilddatenbank, kann es wünschenswert sein, Bilder interaktiv abzurufen, um die Wiederherstellungszeit zu reduzieren. Mit Foveal Imaging können Bilder mit niedriger Auflösung gescannt und bei Bedarf nur hochaufgelöste Teile abgerufen werden. Dies wird manchmal als progressive Übertragung bezeichnet.

Eye-Tracker

Eye-Tracker (deutsch: Augenverfolgung) ist der Vorgang des Messens entweder des Blickpunkts (von dem aus betrachtet wird) oder der Bewegung eines Auges relativ zum Kopf. Ein Eye-Tracker ist ein Gerät zum Messen von Augenpositionen und Augenbewegungen. Sie werden in der Forschung am visuellen System, in der Psychologie, in der Psycholinguistik, im Marketing, als Eingabegerät für die Mensch-Computer-Interaktion und im Produktdesign eingesetzt. Es gibt eine Reihe von Methoden zur Messung der Augenbewegung. Die bekannteste Variante verwendet Videobilder, aus denen die Augenposition extrahiert wird.


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