Digitale Bildverarbeitung

Transkript

1 Bernd Jahne Digitale Bildverarbeitung 6., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 248 Abbildungen und 155 Übungsaufgaben und CD-ROM Sy Springer

2 Inhaltsverzeichnis I Grundlagen 1 Anwendungen und Werkzeuge Ein Werkzeug für Wissenschaft und Technik Anwendungsbeispiele Hierarchie von Bildverarbeitungsoperationen Bildverarbeitung und Computergrafik Interdisziplinäre Natur der Bildverarbeitung Menschliches und maschinelles Sehen Komponenten eines Bildverarbeitungssystems Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung 28 2 Bildrepräsentation Einleitung Digitale Bilder im Ortsraum Wellenzahlraum und Fouriertransformation Diskrete unitäre Transformationen Schnelle Berechnung unitärer Transformationen Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung 83 3 Statistik Einführung Zufallsvariable Multiple Zufallsvariable Wahrscheinlichkeitsverteilungen Stochastische Prozesse und Felder Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Nachbarschaftsoperatoren Grundlegende Eigenschaften und Zweck Lineare verschiebungsinvariante Filter Rangordnungsfilter LSI-Filter: Weitere Eigenschaften Rekursive Filter 129

3 X Inhaltsverzeichnis 4.6 Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Multiskalenrepräsentation Skalen in der Signalverarbeitung Mehrgitterrepräsentation Skalenräume Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung 161 II Bildaufnahme und Vorverarbeitung 6 Quantitative Visualisierung Einleitung Radiometrie, Photometrie, Spektroskopie und Farbe Wellen und Teilchen Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Bildaufnahme Einleitung Welt-und Kamerakoordinaten Ideale Abbildung: die Zentralprojektion Reale Abbüdung Radiometrie der Abbildung Lineare Systemtheorie der Abbildung Homogene Koordinaten Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung D-Bildaufnähme Grundlagen Tiefe aus Triangulation Tiefe aus Laufzeit Tiefe aus Phase: Interferometrie Gestalt aus Schattierung Tiefe aus mehreren Projektionen: Tomografie Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Digitalisierung, Abtastung! Quantisierung Definition und Wirkung der Digitalisierung Schritte des Abtastprozesses Rekonstruktion aus Abtastpunkten Multidimensionale, nichtorthogonale Gitter Quantisierung * Übungsaufgaben 267

4 Inhaltsverzeichnis XI 9.7 Literaturhinweise zur Vertiefung Pixelverarbeitung Einführung Homogene Punktoperationen Inhomogene Punktoperationen Geometrische Transformationen Interpolation Optimierte Interpolation Mehrkanal-Punktoperationen Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung 308 III Merkmalsextraktion 11 Mittelung Einleitung Eigenschaften von Glättungsfiltern Rechteckfilter Binomialnlter Schnelle großräumige Mittelung Nichtlineare Mittelung Mittelung in Mehrkanalbildern Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Kanten Einleitung Differenzielle Beschreibung von Signaländerungen Allgemeine Eigenschaften von Kantenfiltern Gradientenbasierte Kantendetektion Kantendetektion durch Nulldurchgänge Optimierte Kantendetektion Regularisierte Kantendetektion Kanten in Mehrkanalbildern Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Einfache Nachbarschaften "* Einführung Eigenschaften einfacher Nachbarschaften Tensordarstellung erster Ordnung Lokale Wellenzahl und Phase Andere Tensordarstellungen Übungsaufgaben... v Literaturhinweise zur Vertiefung 412

5 XII Inhaltsverzeichnis 14 Bewegung Einführung Grundlagen Differenzielle Methoden erster Ordnung Tensormethode Korrelationsmethode Phasenmethode Weitere Methoden Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Textur Einführung Statistik erster Ordnung Rotations-und größenvariante Texturparameter Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung 467 IV Bildanalyse 16 Segmentierung Einleitung Pixelorientierte Segmentierung Kantenbasierte Segmentierung Regionenorientierte Verfahren Modellbasierte Segmentierung Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Regularisierung und Modellierung Einführung Kontinuierliche Modellierung I: Variationsansatz Kontinuierliche Modellierung II: Diffusionsmodelle Diskrete Modellierung: inverse Probleme Inverse Filterung Weitere äquivalente Ansätze Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Morphologie, Einleitung Nachbarschaftsoperationen mit Binärbildern Allgemeine Eigenschaften Zusammengesetzte morphologische Operatoren Übungsaufgaben, Literaturhinweise zur Vertiefung 542

6 Inhaltsverzeichnis XIII 19 Formrepräsentation und -analyse Einleitung Repräsentation der Form Momentenbasierte Formmerkmale Fourierdeskriptoren Formparameter Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung Klassifizierung Einleitung Merkmalsraum Einfache Klassifizierungsverfahren Übungsaufgaben Literaturhinweise zur Vertiefung 580 V Referenzteil A Referenzmaterial 583 B Notation 607 Literaturverzeichnis 617 Sachverzeichnis 631