Digitale Bildverarbeitung (DBV) Prof. Dr. Ing. Heinz Jürgen Przybilla Labor für Photogrammetrie Email: heinz juergen.przybilla@hs bochum.de Tel. 0234 32 10517 Sprechstunde: Montags 13 14 Uhr und nach Vereinbarung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 2
Vorlesung Donnerstag, 10:50 11:35 Uhr (V), Hörsaal H3 sowie Donnerstag, 14:15 15:00 Uhr (G), A1 19 1. Fachsemester 3. Fachsemester KIA Studiengänge: Vermessung und Geoinformatik HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 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: 24.09.2014 HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 4
Übung: Wochenplan HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 5
Übung: Termine Übung 1 B DO / FR 09.10.2014 10.10.2014 A DO / FR 16.10.2014 17.10.2014 Übung 2 B DO / FR 23.10.2014 24.10.2014 A DO / FR 30.10.2014 31.10.2014 Übung 3 B DO / FR 06.11.2014 07.11.2014 A DO / FR 13.11.2014 14.11.2014 Übung 4 B DO / FR 20.11.2014 21.11.2014 A DO / FR 27.11.2014 28.11.2014 Übung 5 B DO / FR 04.12.2014 05.12.2014 A DO / FR 11.12.2014 12.12.2014 Übung 6 B DO / FR 18.12.2014 19.12.2014 A DO / FR 08.01.2015 09.01.2015 Übung 7 B DO / FR 15.01.2015 16.01.2015 A DO / FR 22.01.2015 23.01.2015 HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 6
Übung: Betreuung Dipl. Ing. Rainer Brechtken Dipl. Ing. Bernd Klemt Link: http://www.hochschule bochum.de/fbv/personen/ wissenschaftliche mitarbeiterinnen.html HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 7
Übung: ImageJ http://rsb.info.nih.gov/ij/index.html HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 8
Skripte & Übungsdokumente Link: Labor für Photogrammetrie http://www.hochschulebochum.de/fbv/photo/downloads/skripte.html HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 9
Inhalte Definition und Aufgaben der DBV Bilderzeugung Bildvorverarbeitung Bildanalyse Bildauswertung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 10
Definition und Aufgaben der Digitalen Bildverarbeitung (DBV) HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 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
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
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
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
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
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
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. [http://de.wikipedia.org/wiki/heliografie] HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 18
Historische Entwicklung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 19
Historische Entwicklung 1837: Erfindung der Photographie (Daguerre). Objektive Dokumentation in Naturwissenschaft, Politik und gesellschaftlichem Leben 1930 1940: 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
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
Menschliches und Maschinelles Sehen Hell Dunkel Wahrnehmung HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 22
Menschliches und Maschinelles Sehen Muster und Objektgrenzen HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 23
Menschliches und Maschinelles Sehen Länge und Fläche HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 24
Menschliches und Maschinelles Sehen Dreidimensionale Objekte HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 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
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
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
Menschliches und Maschinelles Sehen HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 29
Menschliches und Maschinelles Sehen [http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chipincamera.jpg#mediaviewer/file:chipincamera.jpg] HS BO Labor für Photogrammetrie: Definition und Aufgaben der DBV 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