digitale bildverarbeitung (dbv) - hochschule...
Post on 06-Feb-2018
223 Views
Preview:
TRANSCRIPT
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 1
Digitale Bildverarbeitung (DBV)
Prof. Dr.‐Ing. Heinz‐Jürgen PrzybillaLabor für Photogrammetrie
Email: heinz‐juergen.przybilla@hs‐bochum.deTel. 0234‐32‐10517
Sprechstunde: Montags 13 – 14 Uhrund nach Vereinbarung
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 2
Bildvorverarbeitung‐ Punktoperationen ‐
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 3
Bildpunktoperationen
Zu den einfachsten ikonischen Operationengehören die Bildpunktoperationen. Hierbei handelt es sich um Funktionen, dieGrauwerte oder Farben von Bildern/Bildbereichen Pixel für Pixel nach verschie‐denen Zielkriterien modifizieren. Alle Bildpunkte werden isoliert betrachtet. Das Ergebnis ist wieder ein Bild.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 4
Histogramm
Grundlage für Bildpunktoperationen sindHistogramme. Histogramme sind Bildstatistiken, die dieabsolute oder relative Häufigkeit dereinzelnen Grauwerte darstellen. Sie ermöglichen die Beurteilung vonBildern, z. B. bzgl. der Qualität derBelichtung.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 5
Histogramm
Histogramm
Bedeutung: Darstellung der relativenHäufigkeit der einzelnen Grauwerte
nmh
gh g
*)(
mit:G=0, F‐1 (F=Anzahl der Grauwerte)hg = Häufigkeit des Grauwertes im Bild
0 127 255
Rel. Hä
ufigkeit in %
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 6
Histogramm
Der minimale und maximale Grauwertgeben Auskunft über den Kontrast im Bild. Der Mittelwert ist ein Maß für die mittlereHelligkeit.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 7
Bildpunktoperationen
Bei der Anwendung von Bildpunkt‐operationen werden die Grauwerte einesBildes über eine Zuordnungsfunktionverändert. Ist die Punktoperation unabhängig von derPosition in der Bildmatrix, so handelt es sichum eine homogene Punktoperation.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 8
Bildpunktoperationen
Da sie für alle vorkommenden Grauwertegleich ist, kann die Punktoperation einmalfür alle Werte berechnet und in einerTabelle abgelegt werden. Diese Tabellen werden als Lookup‐Tabellen(LUT, Farbtabellen, Paletten) bezeichnet. LUT‐Operationen sind eindeutig, i.d.R. abernicht umkehrbar eindeutig.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 9
Lookup‐Tabellen
Zuordnungsfunktion
Altes Bild
Neues Bild
Mit der Lookup‐TabelleLUT(g) mit g = 0,1,…,255werden die Grauwerte desErgebnisbildes berechnet:g‘ = LUT(g)
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 10
Lookup‐Tabellen
Negativ Graustufenreduktion (Äquidensiten)???
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 11
Bildpunktoperationen
[Quelle: www.geoinformation.net]
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 12
Lineare Kontraststreckung
Histogrammspreizung
Die LUT wird linear zwi‐schen 2 Grenzwerten gminund gmax interpoliert.
Minimaler und maximalerGrauwert können demHistogramm entnommenwerden.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 13
Kontraststreckung durch Histogrammebnung
Aus dem Histogramm desOriginalbildes wird dieSummenhäufigkeitsfunktiongebildet (roter Graph).
1,0
)()(0
Fgmit
khgsg
kh
Die Werte der LUT lauten:LUT (g) = 255* sh(g)
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 14
Kontraststreckung durch Histogrammebnung
Der Verlauf ist histogramm‐abhängig.
Die Steigung der LUT istproportional zur Häufigkeit derGrauwerte.
Folge: das Bild wird in jenenGrauwertbereichen stark imKontrast gesteigert, in denen vieleGrauwerte vorkommen.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 15
Kontraststreckung durch Histogrammebnung
Das Ergebnisbild besitzt einHistogramm dessen relativeSummenhäufigkeiten für jedenGrauwert konstant sind.
sh(g) = 1/255 * g‘
[Quelle: Nahbereichsphotogrammetrie, Luhmann]
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 16
Gamma‐Korrektur
Bei Gamma‐Veränderungen wird die Steigungder LUT logarithmisch verändert. Der Grund hierfür liegt in der logarithmischenCharakteristik des menschlichen Sehver‐mögens. Bei linearer Digitalisierung sind im dunklen Be‐reich der Grauwerte die relativen Unterschiedezwischen darstellbaren Luminanzwerten höherals im hellen Bereich.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 17
Gamma‐Korrektur
Beispiel: Relativer Unterschied zwischen
Grauwert 10 und 11 10% Relativer Unterschied zwischen
Grauwert 200 und 2010,5%
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 18
Gamma‐Korrektur
Die Gamma‐Korrektur erfolgt daher mitlogarithmischer Gewichtung: G = Eγ
0 < γ < 1: Expansion des dunklen Bildbereichs
0 > γ > ‐ 1: Expansion des hellen Bildbereichs
Üblich ist eine Gamma‐Korrektur mit γ = 0,4
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 19
Gamma‐Korrektur
0,25
1
0,75
0,50
0,50 10 E (Amplitude ohne γ‐Korrektur)
G (Amplitude mit γ‐Korrektur)
G = E 1G = E 0,4
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 20
Gamma‐Kurven
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 21
Gamma‐Kurven
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 23
Schwellwertoperatoren
Schwellwertoperatoren dienen der Trennungvon Grauwerten, die verschiedenenObjektklassen zuzuordnen sind, z.B. zurDifferenzierung zwischen Objekt undHintergrund. Sie bilden einen Vorverarbeitungsschritt beider Segmentierung*.
* (Erzeugung von inhaltlich zusammenhängenden Regionen durch Zusammenfassungbenachbarter Pixel entsprechend einem gegebenen Homogenitätskriterium.)
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 24
Schwellwertoperatoren
Aufteilung des Bildinhaltes in 2 Klassen: K1: Hintergrund (z.B. dunkel) K2: Objekte (z.B. hell)
Das Histogramm verfügt über 2 aus‐geprägte Maxima, die durch ein Minimumgetrennt werden (bimodales Histogramm).
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 25
Histogramm mit 2 Haupt‐maxima und 1 Nebenmaximum
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 26
Schwellwertoperatoren
Die Trennung der Klassen erfolgt durcheinen Schwellwert T der zwischen denKlassenmaxima liegt.
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 27
Schwellwertoperatoren
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 28
Schwellwertoperatoren
Schwellwert 50
Schwellwert 150
Schwellwert 100
Schwellwert 230
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 29
Schwellwertoperatoren
Schwellwert 50
Schwellwert 150
Schwellwert 100
Schwellwert 230
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 30
Bildverknüpfungen
Zwei Bilder (Bildausschnitte) können mit‐einander verknüpft werden: Arithmetisch
• Addition• Subtraktion• Division• Multiplikation
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 31
Bildverknüpfungen
Beispiel: Subtraktions‘(x,y) = s2(x,y) – s1(x,y)
= ‐
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 32
Bildverknüpfungen
Zwei Bilder (Bildausschnitte) können mit‐einander verknüpft werden: Logisch
• =, <, <, ≤, ≥, ≠Die Grauwerte werden miteinanderverglichen, mit dem Ergebnis 1 (wahr)oder 0 (false).
HS BO – Labor für Photogrammetrie: Punktoperationen 33
Bildverknüpfungen
Zwei Bilder (Bildausschnitte) können mit‐einander verknüpft werden: Bitweise
• AND, OR, NOT, XORDie Grauwerte werden miteinanderverknüpft, z.B. XOR zur Überlagerungeines Bildes mit einem Cursor.
top related