Industrielle Bildverarbeitung

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Die optische Bildverarbeitung, also die Beschäftigung mit Bildern und deren Manipulation, bietet genügend Potential, um daran Spaß zu finden, aus reinem Selbstzweck auch völlig anwendungsfremde Algorithmen zu erfinden.

Reiner Schmid

2. Signalwandlung

Zusammenfassung

Bildgebende Sensoren findet man in den unterschiedlichsten Wellenlängenbereichen. Neben der Verarbeitung von Bilddaten aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich spielen auch andere Frequenzbereiche eine wichtige Rolle. So sind sowohl im Infraroten (Thermographie), im Mikrowellenlängenbereich (Radarbilder) als auch im Ultraschallbereich (Materialprüfung, Medizin) bildverarbeitende Techniken von Bedeutung.

Reiner Schmid

3. Grundlegende Verfahren

Zusammenfassung

Die hier beschriebenen Verfahren fallen im Wesentlichen in den Bereich der sogenannten ikonischen Bildverarbeitung welche die Bildvorverarbeitung, Segmentierung (Zerlegung des Bildes in gleichartige Bildbereiche) und Merkmalsextraktion umfaßt und für die eine Vielzahl spezifischer Prozessoren angeboten wird. Die darauf aufbauenden Algorithmen, die nicht mehr bildhafte (ikonische) Daten (sondern z.B. Merkmalslisten)) zu Aussagen verknüpfen werden als symbolische Bildverarbeitung bezeichnet (→ Kapitel 5.3.1 Viterbi-Verfahren).

Reiner Schmid

4. Farbverarbeitung

Zusammenfassung

In vielen Fällen stellen Farben bzw. Farbkombinationen wichtige Merkmale eines zu erkennenden Objektes dar. Da der Erkennungsprozeß häufig darauf abgestimmt wird, wie der Mensch die Szene wahrnimmt, ist es oft zweckmäßig, die objektbeschreibenden Kenngrößen für die Farbe auf den subjektiven Farbeindruck abzustimmen.

Reiner Schmid

5. Klassifikationsverfahren

Zusammenfassung

Basierend auf den Merkmalen einzelner Bildpunkte oder Bildbereiche ist die Aufgabe der Klassifikation verschiedene bekannte oder auch nicht näher definierte Objekte oder Objektteile zu unterscheiden. Es ist offensichtlich, daß dies nur gelingen kann wenn die zugrunde gelegten Merkmale bzw. daraus abgeleitete Kenngrößen charakteristische Eigenschaften hinsichtlich der verschiedenen Objektklassen haben.

Reiner Schmid

6. Neuronale Netze/Neural Networks

Zusammenfassung

Ein technisches neuronales Netz ist ein aus sehr vielen einfachen Prozessor-Elementen bestehendes, stark vermaschtes System. Bild 6.1 zeigt ein solches System, das nur aus drei Ebenen (Layers) aufgebaut ist und die jeweils ohne Rückkoppelung (feed forward) vollständig ver- mascht sind. Im Gegensatz hierzu weist das biologische Vorbild eine ganze Reihe von Zwischenlagen (hidden layers) auf.

Reiner Schmid

7. Beleuchtungstechniken

Zusammenfassung

Der Erkennungsvorgang kann aufgefaßt werden als ein über eine Vielzahl von Zwischenstufen fortgesetzter Datenreduktionsprozeß. Die erste Stufe dieses Prozesses stellt die gewählte Beleuchtung in Verbindung mit dem Empfindlichkeitsverlauf des eingesetzten Sensors dar (→ Kapitel 2.1, Eigenschaften bildgebender Sensoren).

Reiner Schmid

8. 3D-Erkennung

Zusammenfassung

Das wegen seiner Einfachheit und gleichzeitig hohen Genauigkeit von ca 10^-4 des Meßbereichs am weitesten verbreitete Verfahren der Abstandsbestimmung ist das Triangulationsverfahren. Wie Bild 8.1 zeigt, wird ein Lichtstrahl auf die Szene projiziert und erzeugt dort einen kleinen Lichtfleck der unter einem festen Winkel (z.B. von einer Zeilenkamera) beobachtet wird. Verschiebt sich, wie in Bild 8.1 eingezeichnet, das Objekt, so verschiebt sich entsprechend auch die Abbildung des Lichtflecks auf dem Sensor.

Reiner Schmid

9. Bewegungsdetektion

Zusammenfassung

Um die Bewegung von Objekten in einer dreidimensionalen Umgebung zu detektieren, ist es notwendig, zusammengehörige Bildbereiche als Muster zu erfaßen, d.h. von anderen Objekten sowie dem Hintergrund zu trennen und dies in aufeinanderfolgenden Bildern.

Reiner Schmid

10. Bildcodierung

Compression Techniques

Zusammenfassung

Für die Codierung von Bilddaten können recht unterschiedliche Beweggründe maßgebend sein. Dies kann Codieren im Sinne von Verschlüsseln sein, Codierung als Umsetzen in eine andere Datenstruktur, um einfacher und schneller Merkmale berechnen zu können, oder Codieren im Hinblick auf die Kompression von Bilddaten zur Speicherung bzw. Übertragung.

Reiner Schmid

11. Koordinatentransformation

Zusammenfassung

Ziel der Koordinatentransformation ist es, Bildpunkten, deren Lage im Bild durch Ortskoordinaten in einem Koordinatensystem beschrieben wird, neue Ortskoordinaten zuzuweisen. Bild 11.2 verdeutlicht den durch die Koordinatentransformation gegebenen Zusammenhang zwischen einem Bild mit den Ortskoordinaten x,y und dem in den Ortskoordinaten x_neu, y_neu dargestellten Bild.

Reiner Schmid

12. Hardwareaspekte

Zusammenfassung

Die Wahl der Vorgehensweise einen Bildverarbeitungsprozeß zu gestalten hängt nicht nur von der Szene, der Beleuchtung und der Optik ab, sondern auch davon weche Algorithmen von der zur Verfügung stehenden Hardware unterstützt werden.

Walter Rimkus

13. Anhang

Zusammenfassung

Übungsaufgabe 1.1 Welche Merkmale und Relationen sind notwendig, um die Benhamsche Scheibe zu beschreiben.

Reiner Schmid

Backmatter