Digitale Bildverarbeitung (DBV)

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1 Digitale Bildverarbeitung (DBV) Prof. Dr. Ing. Heinz Jürgen Przybilla Labor für Photogrammetrie heinz bochum.de Tel Sprechstunde: Montags Uhr und nach Vereinbarung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 2

2 Vorlesung Donnerstag, 10:50 11:35 Uhr (V), Hörsaal H3 sowie Donnerstag, 14:15 15:00 Uhr (G), A Fachsemester 3. Fachsemester KIA Studiengänge: Vermessung und Geoinformatik HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 3

3 Übung Einteilung der Semester in Gruppen Woche AWoche B Tag Uhrzeit Raum1 Raum2 Gruppen X DO 12:25 14:00 A0 22 A01 15 G 1.6, 2.6, 3.6 X DO 16:05 17:40 A01 16 A01 17 V 3.6, 4.6 X FR 13:15 15:00 A01 16 A01 15 V 5.6, 6.6 X DO 12:25 14:00 A0 22 A01 15 G 4.6, 5.6, 6.6 X FR 13:15 15:00 A01 16 A01 15 V1.6, 2.6 Stand: HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 4

4 Übung: Wochenplan HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 5

5 Übung: Termine Übung 1 B DO / FR A DO / FR Übung 2 B DO / FR A DO / FR Übung 3 B DO / FR A DO / FR Übung 4 B DO / FR A DO / FR Übung 5 B DO / FR A DO / FR Übung 6 B DO / FR A DO / FR Übung 7 B DO / FR A DO / FR HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 6

6 Übung: Betreuung Dipl. Ing. Rainer Brechtken Dipl. Ing. Bernd Klemt Link: bochum.de/fbv/personen/ wissenschaftliche mitarbeiterinnen.html HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 7

7 Übung: ImageJ HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 8

8 Skripte & Übungsdokumente Link: Labor für Photogrammetrie HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 9

9 Inhalte Definition und Aufgaben der DBV Bilderzeugung Bildvorverarbeitung Bildanalyse Bildauswertung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 10

10 Definition und Aufgaben der Digitalen Bildverarbeitung (DBV) HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 11

11 Definition und Aufgaben Bildverarbeitung erfolgt, seitdem Leben auf höherer Entwicklungsstufe existiert. Tiere und Menschen verarbeiten Bildeindrücke ohne äußere Hilfsmittel nach analogen Prinzipien. Dies geschieht online, parallel, multispektral über ein wissensbasiertes System. [Bähr, Vögtle, 1991, S. 60] HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 12

12 Definition und Aufgaben Digitale Bildverarbeitung (digital image processing) umfasst ( ) die Methoden der EDV gestützten Vorverarbeitung (preprocessing) oder Bildrestauration (image restauration), Informationsverstärkung (image enhancement) und Informationsextraktion (Mustererkennung / information extraction) aus digitalen Rasterbildern. [Lexikon der Kartographie und Geomatik 1, 2001] HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 13

13 Definition und Aufgaben Die digitale Bildverarbeitung stellt Methoden und Techniken zur Verfügung, um natürliche Bilder zu transformieren, zu modifizieren oder zu codieren. [Abmayr 1994] HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 14

14 Definition und Aufgaben Die Zielrichtung der Bildverarbeitung ist zweigeteilt: Ein Teil beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, aus Bildern wieder Bilder zu erstellen, um aus modifizierten Bildern mehr Informationen für die visuelle Bildbearbeitung und Auswertung zu bekommen. Bildverbesserung oder Bildtransformation [Abmayr 1994] HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 15

15 Definition und Aufgaben Die Zielrichtung der Bildverarbeitung ist zweigeteilt: Der andere Teil beschäftig sich damit Bilder automatisch zu erkennen. Mustererkennung oder Bildinterpretation [Abmayr 1994] HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 16

16 Definition und Aufgaben Zusammenfassend: Die digitale Bildverarbeitung besteht aus Verfahren zur Datenaufbereitung und der Datenauswertung. Die angewandten Verfahren dienen dazu, den Bildinhalt für den Betrachter deutlicher darzustellen oder bestimmte Informationen des digitalen Bildes herauszuarbeiten. HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 17

17 Historische Entwicklung 1826: Die Heliografie oder Heliographie (Kunstwort gebildet aus griechisch Ἥλιος hélios Sonne und γράφειν gráphein zeichnen, (be)schreiben ) ist das von Joseph Nicéphore Niépce entwickelte Verfahren, das als erstes in der Geschichte der Fotografie dauerhafte Bilder erzeugen konnte. [ HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 18

18 Historische Entwicklung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 19

19 Historische Entwicklung 1837: Erfindung der Photographie (Daguerre). Objektive Dokumentation in Naturwissenschaft, Politik und gesellschaftlichem Leben : Grundlage zur Rechnerentwicklung (Konrad Zuse) und Signalübertragung (Claude Shannon und Warren Weaver) ab ca. 1960: erste Bildverarbeitungsaktivitäten an Großrechnern (Analyse der Bilddaten unbemannter planetarer Missionen) HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 20

20 Historische Entwicklung ab 1972: Verarbeitung digitaler Satellitenbilder an Großrechnern (Fernerkundung / Landsat Mission) ab ca. 1980: wissenschaftliche Digitale Bildverarbeitung auf Workstation Rechnern (Realtime Systeme) ab ca. 1995: Digitale Bildverarbeitung und Digitale Photogrammetrie auf PC Systemen. Weitere Impulse ergeben sich durch die Entwicklung immer leistungsfähigerer Computer. HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 21

21 Menschliches und Maschinelles Sehen Hell Dunkel Wahrnehmung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 22

22 Menschliches und Maschinelles Sehen Muster und Objektgrenzen HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 23

23 Menschliches und Maschinelles Sehen Länge und Fläche HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 24

24 Menschliches und Maschinelles Sehen Dreidimensionale Objekte HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 25

25 Menschliches und Maschinelles Sehen Das maschinelle Sehen ist ohne das menschliche Sehen undenkbar, denn jedes Bild lässt sich nur mit Hilfe des visuellen Systems des Menschen beurteilen! Bedeutende Entwicklungen beim maschinellen Sehen wurden erst durch das Verständnis der neurophysiologische Vorgänge im menschlichen Auge möglich. HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 26

26 Menschliches und Maschinelles Sehen Die Leistungsfähigkeit des menschlichen visuellen Systems ist enorm bei der Objekterkennung. Weniger geeignet ist es für die exakte Bestimmung von Grauwerten, Entfernungen und Flächen. Das menschliche Auge kann nur 20 bis 30 unterschiedliche Grauwerte wahrnehmen, kann aber leicht eine sehr große Anzahl von Farben unterscheiden. HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 27

27 Menschliches und Maschinelles Sehen Ein digitales Bildverarbeitungssystem vermag einzelne Bildpunkte exakt zu bestimmen, allerdings ist es (noch?) nicht in der Lage, Bilder so zu verstehen, wie Menschen es können. HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 28

28 Menschliches und Maschinelles Sehen HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 29

29 Menschliches und Maschinelles Sehen [ HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 30

30 Gesamtprozess der DBV Bilderzeugung Bildvorverarbeitung Zunächst wird das Bild erzeugt, d.h. ein Bild wird in der realen Welt erfasst und digitalisiert. Hier werden Bildfehler korrigiert und Bildeigenschaften angepasst. Bildanalyse Bildauswertung Die Bildanalyse beschäftigt sich mit dem Auffinden von Bildeigenschaften und deren Sammlung. Diese Eigenschaften werden dann bedarfsorientiert ausgewertet. HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 31