Computer Vision - Das Praxisbuch

Transkript

1 Pedram Azad, Tilo Gockel, Rüdiger Dillmann Computer Vision - Das Praxisbuch 1. Auflage 10. Mai 2007 Elektor-Verlag, Aachen

2 Inhaltsverzeichnis Teil I Grundlagen 1 Technische Grundlagen Einführung Licht Physikalische Grundlagen Leuchtmittel Beleuchtungstechniken Zusammenfassung und Anmerkungen Optik Anschluss Format Brennweite Blende Fokus Bildwinkel Minimale Objektdistanz Schärfentiefe Auflösung Zusammenfassung und Anmerkungen Bildaufnehmer Physikalische Grundlagen CCD CMOS Farbverarbeitung Zusammenfassung und Anmerkungen Bildübertragung Analog USB IEEE

3 4 Inhaltsverzeichnis Camera Link Gigabit-Ethernet GenICam Bandbreitenbedarf Treiberkapselung Kameras am Notebook Systembeispiele Humanoider Roboterkopf Stereoendoskop Intelligentes Haus Qualitätskontrolle in der Industrie Quellen 68 2 Einführung in die Algorithmik Einführung Kameramodell und Kamerakalibrierung Lochkameramodell Erweitertes Kameramodell Kamerakalibrierung Berücksichtigung von Linsenverzerrungen Zusammenfassung des Kalibrierverfahrens Bildrepräsentation und Farbmodelle Repräsentation eines 2D-Bildes im Speicher Repräsentation von Graustufenbildern Repräsentation von Farbbildern Bildfunktionen Konvertierung zwischen Graustufenbildern und Farbbildern Homogene Punktoperatoren Histogramme Grauwerthistogramme Farbhistogramme Histogrammdehnung Histogrammausgleich Vergleich von Histogrammdehnung und Histogrammausgleich Filter Faltung und Filter im Ortsbereich Filtermasken oft verwendeter Filter Praktische Gesichtspunkte Morphologische Operatoren Allgemeine Definition Dilatation und Erosion Öffnen und Schließen Segmentierung 119

4 Inhaltsverzeichnis Segmentierung nach Intensität Segmentierung nach Farbe Region Growing Segmentierung von geometrischen Strukturen Projektive Verzerrungsabbildungen Allgemeine Definition Bilineare Interpolation Beispiele spezieller Abbildungen Bestimmung der Abbildungsparameter durch Punktkorrespondenzen Stereogeometrie Stereo-Triangulation Epipolargeometrie Rektifizierung Korrelat ions verfahren Allgemeine Definition Nicht normalisierende Korrelationsverfahren Normalisierende Korrelationsverfahren Laufzeit Effiziente Implementierung von Bildverarbeitungsmethoden Bildzugriff bei 8 Bit-Graustufenbildern Bildzugriff bei 24 Bit-Farbbildern Homogene Punktoperatoren Platzierung von if-abfragen Speicherzugriffe und Cache-Optimierung Arithmetische und logische Operationen Lookup-Tables Quellen Integrating Vision Toolkit Einführung Architektur Die Klasse CBytelmage Anbindung von graphischen Benutzeroberflächen Anbindung von Bildquellen Anbindung der OpenCV Anbindung von OpenGL über Qt Beispielapplikationen Verwendung von Basisfunktionalität Verwendung einer graphischen Benutzeroberfläche Verwendung eines Kameramoduls Verwendung der OpenCV Verwendung der OpenGL-Schnittstelle Übersicht weiterer Funktionalität der IVT 170

5 6 Inhaltsverzeichnis Teil II Applikationen 4 Sicherheitstechnik Einführung Segmentierung von Bewegung Erweiterungen und verwandte Ansätze Quellen und Quelltext Barcodes und Matrixcodes Einführung Grundlagen Aufbau am Beispiel des EAN13-Barcodes Erkennung des EAN13-Barcodes Matrixcodes Quellen und Quelltext Lageausgleich und Objektvermessung Einführung Algorithmik Momente Vermessung Implementierung Quellen und Quelltext Histogrammbasierte Objekterkennung Einführung Implementierung Bedienung der Software Quellen und Quelltext Korrelationsbasierte Objekterkennung Einführung Automatisierte Katzenklappe Flo Control Flaschensortierung Quellen und Quelltext Skalierungs- und rotationsinvariante Objekterkennung Einführung Ansichtsbasierte Ansätze Vorgehensweise Entzerrung Segmentierung Normalisierung der Form Klassifikation Quellen und Quelltext 226

6 Inhaltsverzeichnis 7 10 Das Lichtschnittverfahren Einführung Grundlagen Auslegung der Geometrie Algorithmik Bedienung Kalibriervorgang Scanvorgang und Visualisierung Genauigkeitsbetrachtungen Anmerkungen und mögliche Erweiterungen Quellen Quellen zum Text Andere interessante 3D-Scanner-Projekte Software zur Weiterverarbeitung der 3D-Daten Teileliste, CAD und Quelltext Tiefenbildakquisition mit einem Stereokamerasystem Einführung Vorgehensweise Quellen und Quelltext D-Tracking mit einem Stereokamerasystem Einführung Vorgehensweise Quellen und Quelltext Ausblick Human Motion Capture D-Objekterkennung und -lokalisierung Biometrie Iriserkennung Fingerabdruckerkennung Optical Character Recognition Quellen 277 Teil III Anhang A Installation von IVT, OpenCV und Qt unter Windows und Linux 281 A.l Windows 282 A.l.l OpenCV 282 A.1.2 Qt 284 A.1.3 CMU A.1.4 IVT 286

7 8 Inhaltsverzeichnis A.1.5 Zusammenfassung 290 A.2 Linux 291 A.2.1 OpenCV 291 A.2.2 Qt 291 A.2.3 Firewire und Iibdcl394/librawl A.2.4 IVT 292 B Mathematik 295 B.l Vektorrechnung 295 B.l.l Vektorprodukt 295 B.l.2 Invertierung einer 3 x 3-Matrix 296 B.1.3 Geraden im K B.1.4 Ebenen im R B.1.5 Schnitt einer Geraden mit einer Ebene 297 B.1.6 Rotationen 297 B.l.7 Homogene Koordinaten 298 B.2 Numerik 300 B.2.1 Methode der kleinsten Quadrate 300 B.2.2 Gauß-Elimination 301 B.2.3 Cholesky-Verfahren 302 C Industrielle Bildverarbeitung Ein Praxisbericht 303 C.l Einführung 303 C.2 Grundlagen zu SAC Coake 304 C.3 Probeieauf 306 C.4 Komponentenauswahl 311 C.4.1 Zeile versus Matrix 311 C.4.2 Prozessanbindung 312 C.5 Projekte 313 C.5.1 Automatisches Brezelmesser 313 C.5.2 Drehteilprüfung 314 C.5.3 Stanzteilprüfung 315 C.5.4 Prüfung von Radialwellen-Dichtringen 315 C.6 Quellen 317