Die Messung der dunklen Energie Ω(Λ) und des equation-of-state Parameters 𝑤 spielen in der Kosmologie eine entscheidende Rolle. Das Hubble-Diagramm einer Supernova vom Typ Ia (SNe-Ia) gibt Aufschluss über diese Parameter. Die Supernova-Kosmologie vergleicht die Lichtkurven von SNe-Ia bei verschiedenen Rotverschiebungen und Filterbändern. Die Genauigkeit der oben genannten Parameter hängt von der Genauigkeit der derzeit verfügbaren spektrophotometrischen Standards ab. Dies erfordert Fortschritte bei der Verbesserung der Verbindung zwischen den derzeitigen astrophysikalischen Flussstandards und den in den Labors etablierten Standards. CALSPEC ist ein stellares Standardnetzwerk mit einer internen Konsistenz von 0,5 %, das häufig mit STIS am Hubble-Weltraumteleskop validiert wird. Neue Instrumente wie das Vera C. Rubin-Observatorium erfordern Flusskalibrierungsunsicherheiten in der Größenordnung von 0,1 %. SCALA zielt darauf ab, die Kalibrierung des NIST-Laborstandards mit Unsicherheiten, die von den NIST-Kalibrierungsunsicherheiten dominiert werden, auf CALSPEC zu übertragen. SCALA verwendet zwei sequentielle Monochromatoren zur gleichzeitigen Beleuchtung des SNIFS+Teleskopsystems. Zwanzig Photosensoren wurden kalibriert für den Bereich zwischen 3000Å und 10 000 Å, und SCALA wurde im Juni 2022 mit den vorgeschlagenen Verbesserungen aufgerüstet. Nach Abschluss der Aufrüstung wurden in vier Nächten zwischen dem 19. und 22. Juni 2022 Standardsterne aus dem von der Supernova Factory verwendeten Standardsternnetz beobachtet. Tagsüber wurde SNIFS anhand der zuvor kalibrierten Fotosensoren kalibriert, so dass die Kalibrierung auf den NIST-Laborstandard zurückgeführt werden konnte. Es zeigte sich, dass der Kalibrierungstransfer von SCALA in der Größenordnung von 0,1 % zum gesamten Unsicherheitsbudget beiträgt. Eine Anpassung der SNIFS-Analysepipeline wird den Vergleich mit CALSPEC mit Unsicherheiten von weniger als 0,5 % ermöglichen. / The measurement of dark energy Ω(Λ) and its equation of state parameter 𝑤 plays a vital role in cosmology. The Hubble diagram of a Type Ia supernova (SNe-Ia) constrains these parameters. Supernova cosmology compares the light curves of SNe-Ia at different redshifts and filter bands. The accuracy of the above parameters depends on the accuracy of currently available spectrophotometric standards. This requires advances to improve the connection between current astrophysical flux standards and those established in laboratories. CALSPEC is a standard stellar network with an internal consistency of 0.5%, frequently validated with STIS at the Hubble Space Telescope. New instruments such as the Vera C. Rubin Observatory require flux calibration uncertainties of the order of 0.1%. SCALA aims to transfer the calibration of the NIST laboratory standard with uncertainties dominated by the NIST calibration uncertainties to CALSPEC. SCALA uses two sequential monochromators to simultaneously illuminate the SNIFS + telescope system and the calibrated photodiodes with traceable calibration for the range between 3000Å to 10 000 Å. Twenty photosensors were calibrated, and SCALA was upgraded with the proposed improvements in June 2022. At the end of the upgrade, standard stars from the standard star network used by the Supernova Factory were observed for four nights between June 19 and 22, 2022. During the day, SNIFS was calibrated against the previously calibrated photosensors, allowing the calibration to be traced back to the NIST laboratory standard. It was shown that the calibration transfer from SCALA contributes in the order of 0.1%to the total uncertainty budget. An adjustment of the SNIFS analysis pipeline will allow comparison with CALSPEC with uncertainties less than 0.5%.

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung von Kalibrierverfahren und Algorithmen zur Bildverarbeitung im Kontext von Multiprojektorsystemen mit dem Ziel, die Einsatzmöglichkeiten von derartigen Anlagen zu erweitern und die Nutzerakzeptanz solcher Systeme zu steigern. Die Arbeit konzentriert sich dabei insbesondere auf (annähernd) planare Mehrsegment-Projektionsanlagen, die aus preisgünstigen, nicht speziell für den Visualisierungbereich konzipierten Consumer- und Office-Projektoren aufgebaut werden. Im ersten Teil der Arbeit werden bestehende Verfahren zur geometrischen Kalibrierung, zum Edge-Blending sowie zur Helligkeits- und Farbanpassung auf ihre Eignung im Hinblick auf die Anforderungen untersucht und Erweiterungen entwickelt. Für die kamerabasierte Geometrie- Kalibrierung wird mit Lininenpattern gearbeitet, wobei ein effizienter rekursiver Algorithmus zur Berechnung der Schnittpunkte bei leicht gekrümmten Oberflächen vorgestellt wird. Für das Edge-Blending wird ein generalisiertes Modell entwickelt, das mehrere bestehende Ansätze kombiniert und erweitert. Die vorgenommene Modifikation der Distanzfunktion erlaubt insbesondere die bessere Steuerung des Helligkeitsverlaufs und ermöglicht weichere Übergänge an den Grenzen der Überlappungszonen. Es wird weiterhin gezeigt, dass das Edge-Blending mit bestehenden Ansätzen zum Ausgleich der Helligkeitsunterschiede wie Luminance Attenutation Maps kombiniert werden kann. Für die photometrische Kalibrierung ist die Kenntnis der Farb-Transferfunktion, also der Abbildung der Eingabe-Farbwerte auf die tatsächlich vom Projektor erzeugten Ausgaben, unerlässlich. Die herkömmlichen Ansätze betrachten dabei vorwiegend RGB-Projektoren, bei denen die dreidimensionale Transferfunktion in drei eindimensionale Funktionen für jeden Farbkanal zerlegt werden kann. Diese Annahme trifft jedoch auf die betrachteten Projektoren meist nicht zu. Insbesondere DLP-Projektoren mit Farbrad verfügen oft über zusätzliche Grundfarben, so dass der Farbraum deutlich von einem idealen RGB-Modell abweicht. In dieser Arbeit wird zunächst ein empirisches Modell einer Transferfunktion vorgestellt, das sich für derartige Projektoren besser eignet, allerdings die Helligkeit der Projektoren nicht vollständig ausnutzt. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein kamerabasiertes Messverfahren entwickelt, mit dem direkt die dreidimensionale Farb-Transferfunktion ermittelt werden kann. Gegenüber bestehenden Verfahren werden tausende von Farbsamples gleichzeitig erfasst, so dass die erreichbare Sampledichte unter praxisrelevanten Messbedingungen von 17x17x17 auf 64x64x64 erhöht und damit die Qualität der photometrischen Kalibrierung signifikant gesteigert werden kann. Weiterhin wird ein Schnellverfahren entwickelt, dass die Messungsdauer bei 17x17x17 Samples von mehreren Stunden mit bisherigen Verfahren auf weniger als 30 Minuten reduziert. Im dritten Teil werden Algorithmen zur effizienten Bildverarbeitung entwickelt, die der GPU-basierten Anwendung der Kalibrierparameter auf die darzustellenden Bilddaten in Echtzeit dienen. Dabei werden die Möglichkeiten zur Vermeidung redundanter Berechnungsschritte beim Einsatz Stereoskopie-fähiger Projektoren ausgenutzt. Weiterhin wird das eigentliche Kalibrierverfahren effizient mit Verfahren zur Konvertierung von stereoskopischen Bildverfahren kombiniert. Es wird gezeigt, dass ein einzelner PC aus Standardkomponenten zur Ansteuerung einer Mehrsegment-Projektionsanlage mit bis zu 6 Projektoren ausreicht. Die Verwendung von DVI-Capture-Karten ermöglicht dabei den Betrieb einer solchen Anlage wie einen "großen Monitor" für beliebige Applikationen und Betriebssysteme.

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung von Kalibrierverfahren und Algorithmen zur Bildverarbeitung im Kontext von Multiprojektorsystemen mit dem Ziel, die Einsatzmöglichkeiten von derartigen Anlagen zu erweitern und die Nutzerakzeptanz solcher Systeme zu steigern. Die Arbeit konzentriert sich dabei insbesondere auf (annähernd) planare Mehrsegment-Projektionsanlagen, die aus preisgünstigen, nicht speziell für den Visualisierungbereich konzipierten Consumer- und Office-Projektoren aufgebaut werden. Im ersten Teil der Arbeit werden bestehende Verfahren zur geometrischen Kalibrierung, zum Edge-Blending sowie zur Helligkeits- und Farbanpassung auf ihre Eignung im Hinblick auf die Anforderungen untersucht und Erweiterungen entwickelt. Für die kamerabasierte Geometrie- Kalibrierung wird mit Lininenpattern gearbeitet, wobei ein effizienter rekursiver Algorithmus zur Berechnung der Schnittpunkte bei leicht gekrümmten Oberflächen vorgestellt wird. Für das Edge-Blending wird ein generalisiertes Modell entwickelt, das mehrere bestehende Ansätze kombiniert und erweitert. Die vorgenommene Modifikation der Distanzfunktion erlaubt insbesondere die bessere Steuerung des Helligkeitsverlaufs und ermöglicht weichere Übergänge an den Grenzen der Überlappungszonen. Es wird weiterhin gezeigt, dass das Edge-Blending mit bestehenden Ansätzen zum Ausgleich der Helligkeitsunterschiede wie Luminance Attenutation Maps kombiniert werden kann. Für die photometrische Kalibrierung ist die Kenntnis der Farb-Transferfunktion, also der Abbildung der Eingabe-Farbwerte auf die tatsächlich vom Projektor erzeugten Ausgaben, unerlässlich. Die herkömmlichen Ansätze betrachten dabei vorwiegend RGB-Projektoren, bei denen die dreidimensionale Transferfunktion in drei eindimensionale Funktionen für jeden Farbkanal zerlegt werden kann. Diese Annahme trifft jedoch auf die betrachteten Projektoren meist nicht zu. Insbesondere DLP-Projektoren mit Farbrad verfügen oft über zusätzliche Grundfarben, so dass der Farbraum deutlich von einem idealen RGB-Modell abweicht. In dieser Arbeit wird zunächst ein empirisches Modell einer Transferfunktion vorgestellt, das sich für derartige Projektoren besser eignet, allerdings die Helligkeit der Projektoren nicht vollständig ausnutzt. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein kamerabasiertes Messverfahren entwickelt, mit dem direkt die dreidimensionale Farb-Transferfunktion ermittelt werden kann. Gegenüber bestehenden Verfahren werden tausende von Farbsamples gleichzeitig erfasst, so dass die erreichbare Sampledichte unter praxisrelevanten Messbedingungen von 17x17x17 auf 64x64x64 erhöht und damit die Qualität der photometrischen Kalibrierung signifikant gesteigert werden kann. Weiterhin wird ein Schnellverfahren entwickelt, dass die Messungsdauer bei 17x17x17 Samples von mehreren Stunden mit bisherigen Verfahren auf weniger als 30 Minuten reduziert. Im dritten Teil werden Algorithmen zur effizienten Bildverarbeitung entwickelt, die der GPU-basierten Anwendung der Kalibrierparameter auf die darzustellenden Bilddaten in Echtzeit dienen. Dabei werden die Möglichkeiten zur Vermeidung redundanter Berechnungsschritte beim Einsatz Stereoskopie-fähiger Projektoren ausgenutzt. Weiterhin wird das eigentliche Kalibrierverfahren effizient mit Verfahren zur Konvertierung von stereoskopischen Bildverfahren kombiniert. Es wird gezeigt, dass ein einzelner PC aus Standardkomponenten zur Ansteuerung einer Mehrsegment-Projektionsanlage mit bis zu 6 Projektoren ausreicht. Die Verwendung von DVI-Capture-Karten ermöglicht dabei den Betrieb einer solchen Anlage wie einen "großen Monitor" für beliebige Applikationen und Betriebssysteme.