TechTipp. Bildbearbeitung mit Lookup-Tabellen (LUT): Machen Sie das (fast) Unsichtbare sichtbar. Hintergrund

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1 Bildbearbeitung mit Lookup-Tabellen (LUT): Machen Sie das (fast) Unsichtbare sichtbar Die IDS Software Suite erlaubt Ihnen für alle ueye-kameramodelle softwareseitig mittels Lookup-Tabellen eine Kennlinie auf digitale Bilder anzuwenden. Zusätzlich können Sie bei Kameramodellen der GigE- und USB-3-uEye-Serien sowie bei USB-2.0-CCD-Modellen Rev. 3 die Lookup-Tabelle auch hardwareseitig setzen. Hintergrund Mit einer Lookup-Tabelle können Sie Kennlinien auf digitale Bilder anwenden. Eine LUT ist eine Tabelle, in der für jeden möglichen Eingangswert ein vorberechneter Ausgangswert hinterlegt ist, der ansonsten mit einem hohen Rechenaufwand berechnet werden müsste. Dies ist vor allem bei der Bewertung und Korrektur von Farbräumen von Vorteil. Die folgende Abbildung zeigt eine LUT zur Binarisierung. Diese würde bei einem 8- Bit-Bild alle Pixel mit den Grauwerten durch den Wert 0 und die mit den Grauwerten durch den Wert 255 ersetzen. LUT-Kennlinie zur Binarisierung So können Sie mit Hilfe einer LUT bspw. selbst leichte Schattierungen deutlich sichtbar machen. Beispielbild vor und nach der Anwendung einer LUT-Kennlinie 1

2 Die Verwendung einer LUT hat den Vorteil, dass solche Berechnungen sehr schnell durchgeführt werden können. Typische Anwendungen sind die Verstärkung von Gamma oder des Bildkontrasts, Helligkeitsveränderungen, Grauwertspreizungen oder Einstellen individueller Gradationskurven. Hardware- oder Software-LUT Je nach Kameramodell kann die LUT-Funktion in der Kamera-Hardware oder in der Software-API umgesetzt werden. Beide Verfahren besitzen sowohl Vor- als auch Nachteile. Die Hardware-LUT wird in der Kamera umgesetzt und erhöht daher nicht die CPU- Last des Rechners. Um eine sehr gute Bildqualität zu erhalten, wird zudem mit einer Bittiefe von 12 Bit pro Pixel gerechnet. Bei monochromen Bildern ist es jedoch nicht möglich, eine Falschfarben-LUT anzuwenden. Auch können Sie für die drei RGB-Farben keine getrennten LUT-Kurven definieren. Bei der Software-LUT verhält es sich genau umgekehrt: So können Sie sowohl auf monochrome Bilder eine Falschfarben-LUT anwenden als auch für jede RGB- Farbe eine unterschiedliche LUT definieren. Da die Berechnung der Software-LUT auf dem PC durchgeführt wird, erhöht dies die CPU-Last. Auch müssen bei der Software-LUT unter Umständen leichte Qualitätseinbußen hingenommen werden, da diese oft nur mit einer Bittiefe von 8 oder 10 Bit pro Pixel arbeitet. Bei allen ueye-kameramodellen können Sie die Software-LUT anwenden. Die Hardware-LUT ist nur bei GigE- und USB-3-uEye-Modellen sowie bei USB-2.0- Modellen mit CCD-Sensor der Rev. 3 verfügbar. Bei diesen Modellen kann sowohl mit der Hardware- als auch mit der Software-LUT gearbeitet werden. Es wird automatisch vom Treiber die bessere Variante ausgewählt. Anwendung der LUT Öffnen Sie im ueye Cockpit den Dialog Eigenschaften. Im Reiter LUT aktivieren Sie die Verwendung der LUT. Darüber hinaus können Sie hier die LUT-Kennlinie individuell konfigurieren oder eine vordefinierte LUT laden. Rechts oben wird Ihnen angezeigt, ob die LUT-Funktion per Hardware oder Software realisiert wird. Über den Auswahldialog Kanal stellen Sie für Farbkameras ein, ob die LUT für alle Kanäle oder nur für einen bestimmten Kanal gilt. Im Bereich Output können Sie die LUT-Kennlinie mit der Maus bearbeiten, indem Sie einzelne Kniepunkte verschieben. Wenn Sie mit der Maus in die freie Fläche neben der LUT-Kennlinie klicken, können Sie eine geglättete Kennlinie zeichnen. Standardmäßig enthält die LUT-Kennlinie 32 Punkte, über die einzelne Kennlinienabschnitte definiert werden. Wenn Sie die Option Punkte teilen aktivieren, wird jeder Kniepunkt in zwei einzelne Punkte aufgeteilt. So können Sie für jeden Kennlinienabschnitt Start- und Endpunkt unabhängig vom benachbarten Abschnitt definieren, was besonders für Binarisierungstabellen erforderlich ist. 2

3 LUT-Kennlinie im ueye Cockpit konfigurieren Zum Spiegeln der LUT-Kennlinie um die X- bzw. Y-Achse verwenden Sie die Schaltflächen Spiegeln X und Spiegeln Y. Um eine erstellte LUT-Kennlinie in einer Datei zu speichern oder eine gespeicherte LUT-Kennlinie aus einer Datei zu laden, klicken Sie auf die Schaltfläche Speichern oder Laden. Sie können eine vordefinierte LUT aus der Auswahlliste Voreinstellungen wählen. Die zur Verfügung stehenden LUT-Kennlinien unterscheiden sich je nach Kameramodell und aktuell eingestelltem Farbformat (siehe Reiter Format ). Während bei Farbkameras insbesondere der Farbauszug von Interesse ist, bieten sich bei monochromen Kameramodellen verschiedene Spezial-LUTs für Falschfarbendarstellungen an wie bspw. Astro1 für astronomische Aufnahmen. Das frei wählbare Gamma wird automatisch der LUT hinzugerechnet. Sie sollten bei der Falschfarbdarstellung ohne aktives Gamma arbeiten. Ebenso sind die Auto-Funktionen zu deaktivieren. 3

4 Beispiel: Farbauszug (LUT Nur Grün ) Beispiel: Helligkeitskorrektur (LUT Digitalgain 2x ) Beispiel: Mehr Details in dunklen Bereichen (LUT Negativ ) Beispiel: Falschfarbendarstellung (LUT Rainbow1 ) Anwendungsgebiete Die Verwendung der LUT-Funktion erlaubt es auch, schlecht sichtbare Bereiche durch Kontrasterhöhung hervorzuheben oder ein Bild mittels Gammakorrektur zu bearbeiten. Daher ist diese Funktion vor allem interessant, wenn ein schwacher Kontrast im Bild verstärkt, Grauwertspreizungen oder eine Gamma-Funktion angewandt werden sollen. 4

5 Ein Einsatz der LUT-Funktion bietet sich vor allem in den Bereichen der Medizintechnik wie bspw. in der Blutanalyse oder Ophthalmologie an. Es kommen aber auch Anwendungen aus den Bereichen Astronomie oder Thermografie in Frage. Fazit Dank der LUT-Funktion der IDS Software Suite können Sie schnell und einfach Bildkontraste und Gamma verstärken oder individuelle Gradationskurven anwenden sowohl in der Kamera als auch auf dem PC. Mit der Software-LUT können Sie bei allen Kameramodellen mit einer LUT-Kennlinie zu arbeiten, auch wenn diese das Feature hardwareseitig nicht unterstützen. Weitere Informationen zur Einstellung und Programmierung der LUT finden Sie im ueye-handbuch unter Autoren Daniel Diezemann, Senior Vision Consultant Marion Gentele, Technische Dokumentation Kontakt IDS Imaging Development Systems GmbH Dimbacher Straße Obersulm Deutschland Tel.: marketing@ids-imaging.de Web: IDS Imaging Development Systems GmbH Weitere TechTipps und Applikationsberichte finden Sie auf unserer Website. 5