Grundlagen der Bildverarbeitung und Mustererkennung
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Folien aus der Vorlesung
<hiddenlogin linktext="Passwort für die Folien">gdlmu</hiddenlogin>
Vorlesung 1 Vorlesung 2 Vorlesung 3 Vorlesung 4 Vorlesung 5 Vorlesung 6 Vorlesung 7 Vorlesung 8 Vorlesung 9 Vorlesung 10 Vorlesung 11 Vorlesung 12 Vorlesung 13 Vorlesung 14 Teil 1 Vorlesung 14 Teil 2 Vorlesung 15
Einführung und Vorbemerkungen (WTE 8 - 24)
Primäre Wahrnehmung (PWa 1 - 22)
- digitale Bildverarbeitung setzt Umsetzung von 2D-Strahlungsverteilungen in elektrische Signale voraus
- bei der Primärwahrnehmung erfolgt bereits beträchtliche Reduzierung der Information
- Beschränkung der örtlichen Auflösung Feinstrukturen nicht mehr sichtbar (PSF,MTF)
- Diskretisierung des Definitionsbereichs Rasterung, Abtastung, Aliasing
- Diskretisierung des Wertevorrats AD-Wandlung, Triggerung, Quantisierung
- Beschränkung des Spektralbereichs
Strahlung, Bestrahlung, Licht, Beleuchtung
Radiometrische Größen
- radiometrische Größen: absolute Bewertung elektromagnetischer Stahlung (strahlungsphysikalisch)
- photometrische Größen: drücken spezifische Einwirkung der Lichtstrahlung auf das menschliche Auge über ein Vergleichsnormal aus
- Umrechnung von radiometrischen in photometrische Größen erfordert Kenntnis der spektralen Zusammensetzung der Strahlung
- Das Auge nimmt Leuchtdichten als photometrisches Äquivalent der Strahldichte war
- Messtechnisch: wellenlängenabhängige Bewertung durch Filter
Raumwinkel:
- Der Raumwinkel einer Fläche ist die Zentralprojektion dieser Fläche auf die um den Beobachtungspunkt gelegte Einheitskugel
- Der Winkel zwischen Geraden und Ebenen ist als Streckenabschnitt auf dem Umfang des Einheitskreises definiert
- Der Raumwinkel wird analog definiert nur das es sich jetzt um einen Flächenauschnitt auf der Einheitskugel handelt
- Der Wertebereich des Raumwinkels liegt zwischen 0 und (gesamte Oberfläche der Einheitskugel)
Strahlungsphysikalische Größen:
- sind vom menschlichen Auge unabhängige physikalische Größen
Zeichen | Beschreibung | Formel | Einheit | |
---|---|---|---|---|
Strahlungsfluss | im Zeitmittel pro Zeiteinheit durch die Fläche hindurchgehende Energie | |||
Strahlungsmenge |
Beschreibung von Strahlungsquellen:
Zeichen | Beschreibung | Formel | Einheit | |
---|---|---|---|---|
Strahlstärke | ist der in ein Raumwinkelelement
einfallende Strahlungsanteil |
|||
Strahldichte | Flächenbezug des Strahlungsanteils
der von einem Punkt ausgeht |
Senkrecht zum Flächenelement:
schräge Blickrichtung:
|
||
Lambert-Strahler | ideal diffus strahlende Fläche |
Bestrahlte Flächen:
Zeichen | Beschreibung | Formel | Einheit | |
---|---|---|---|---|
Bestrahlungsstärke | Radiometrisches
Entfernungsgesetz |
senkrechtes Auftreffen der Strahlung:
schräg auftreffende Strahlung:
|
||
Radiometrisches Grundgesetz | Konkretisierung des
radiometrischen Entfernungsgesetzes |
Photometrische Größen
- unter Berücksichtigung der Menschlichenwahrnehmung bewertete Größen
- Die Umrechnung von radiometrischen Größen in photometrische Größen kann nur monocromatisch erfolgen da jede Wellenlänge mit der Wahrnehmungskurve des Auges gewichtet werden muss
- dazu ist die Kenntnis der Leistungsdichte notwendig
- Kann berechnet werden (bei Temperaturstrahlern nach Planckschem Strahlungsgesetz)
- Muss mit einem geeigneten Sensor erfasst werden
Bildtransformationen, -repräsentationen - Grundlagen (BR 1 - 27)
Bildrepräsentation
- alle Werte eines Signals lassen sich durch Wichtung von orthogonalen Basisvektoren darstellen
- Die für einen Wert notwendigen Gewichte kann man durch Projektion dieses Wertes auf die Basisvektoren ermitteln (inneres Produkt der Vektoren bilden)
- Jedes Bild lässt sich somit aus orthogonalen Basisbildern zusammensetzen
- Die Basisbilder haben die gleichen Abmessungen wie das gewünschte Bild
- Die Fourier Transformation ist lediglich die Umwandlung zwischen zwei verschiedenen Basisbildertypen
- Basisbilder setzen sich aus Sinus und Cosinus Schwingungen zusammen die beliebig orientiert sein können
- Eigenschaften: Mittelwert ist Rotations- und Translationsinvariant, Verschiebungssatz, Faltung ←→ Multiplikation, Drehung ←→ Drehung, Abtastung ←→ Periodifizierung
- Cos bzw Sin Transformation
- Basisbilder setzen sich aus zwei senkrecht aufeinanderstehenden Cos bzw. Sinus Schwingungen zusammen
- Hadamard bzw Haar- Transformation
- Basisbilder setzen sich aus orthogonalen Binärfunktionen zusammen
- Bei der Haar-Transformation werden aufgrund der lokalen Basismuster lokale Strukturen besser abgebildet
Bildpyramiden
- Siehe auch Auflösungsprymiden in RoboVis
- Bilder werden in verschiedenen Auflösungen betrachtet
- Ziele:
- Überwindung der lokalen Sicht der meisten Operatoren
- Anwendung kleiner Operatoren ist wesentlich schneller als große Operatoren
- Abtasttheorem muss beachtet werden → Tiefpassfilterung vor jeder Verkleinerung
- Laplace-Pyramiden können genutzt werden um die Informationsunterschiede zwische den beiden Auflösungen zu speichern um so das Bild aus einer kleineren Auflösung rekonstruieren zu können (Komprimierte Speicherung der Bilder)
- Dafür müssen die Bilder vor der Differenzbildung gleich groß gemacht werden → Interpolation der Fehlenden Pixel notwendig
- Siehe auch Interpolation und Resampling