Mathematische Bildverarbeitung

Ähnliche Dokumente
Mathematische Bildverarbeitung

Mathematische Bildverarbeitung

4 Matrizenrechnung. Beide Operationen geschehen also koeffizientenweise. Daher übertragen sich die Rechenregeln von K(m n, k).

= 1. Falls ( a n. ) r i. i=1 ( b p i

Mathematische Erfrischungen III - Vektoren und Matrizen

Numerische Verfahren zur Lösung unrestringierter Optimierungsaufgaben

2.2 Der Algorithmus von Knuth, Morris und Pratt

Zugeordneter bipartiter Graph

Morphologische Filter

Die duale Simplexmethode zur Lösung rein ganzzahliger linearer Programme

Aufgabe 1: Berechnen Sie für den in Abbildung 1 gegebenen Graphen den. Abbildung 1: Graph für Flussproblem in Übungsaufgabe 1

Numerisches Programmieren, Übungen

Numerisches Programmieren, Übungen

Einführung in die numerische Mathematik

Numerik I. Universität zu Köln SS 2009 Mathematisches Institut Prof. Dr. C. Tischendorf Dr. M. Selva,

Bildverarbeitung: Kontinuierliche Energieminimierung. D. Schlesinger BV: () Kontinuierliche Energieminimierung 1 / 9

Grundlagen Kondition Demo. Numerisches Rechnen. (für Informatiker) M. Grepl P. Esser & G. Welper & L. Zhang

Algebraische und arithmetische Algorithmen

Algorithmen & Komplexität

2. Lineare Gleichungssysteme: direkte und iterative Lösungsverfahren

Universität Tübingen Tübingen, den Mathematisches Institut D. Mansour, J. Seyrich

Algorithmen und Datenstrukturen

Mathematik IT 2 (Lineare Algebra)

Entscheidungsbäume. Definition Entscheidungsbaum. Frage: Gibt es einen Sortieralgorithmus mit o(n log n) Vergleichen?

Algebraische und arithmetische Algorithmen

3 Lineare Algebra (Teil 1): Lineare Unabhängigkeit

Numerische Verfahren zur Lösung unrestringierter Optimierungsaufgaben. Eine kurze Einführung in Quasi Newton Verfahren

Die duale Simplexmethode

Übungspaket 23 Mehrdimensionale Arrays

Numerische Verfahren

Rechenaufwand der LR- und LDL T - Zerlegung

Matrizen. Spezialfälle. Eine m nmatrix ist ein rechteckiges Zahlenschema mit. m Zeilen und n Spalten der Form. A = (a ij ) =

Effiziente Algorithmen 2

Basiswissen Mathematik, Statistik und Operations Research für Wirtschaftswissenschaftler

"Kanten- und Linienerkennung in Grauwertbildern für Bildverarbeitungsstufen im Antikollissionssystem des Faustfahrzeugs"

Lineare Algebra. Beni Keller SJ 16/17

Algorithmische Bioinformatik 1

Übungen zur Vorlesung Datenstrukturen und Algorithmen SS 07 Beispiellösung Blatt 5

Basiswissen Mathematik, Statistik. und Operations Research für. Wirtschaftswissenschaftler. von. Prof. Dr. Gert Heinrich DHBW Villingen-Schwenningen

Kontrollstrukturen und Funktionen in C

Schriftlicher Test (120 Minuten) VU Einführung ins Programmieren für TM. 25. Jänner 2016

Kristian Bredies Dirk Lorenz. Mathematische Bildverarbeitung

Algorithmen & Datenstrukturen Midterm Test 2

Numerisches Programmieren, Übungen

Inhaltsverzeichnis. 4 Statistik Einleitung Wahrscheinlichkeit Verteilungen Grundbegriffe 98

Lineare Algebra 1. Roger Burkhardt

KAPITEL 10 DIE INNERE-PUNKTE-METHODE

Vorwort Abbildungsverzeichnis Teil I Mathematik 1

Klausur zur Vorlesung Höhere Mathematik I

Dualitätssätze der linearen Optimierung

Numerische Methoden und Algorithmen in der Physik

Übungsaufgaben Blatt 3

Prozesse dieser Art sind in der Informatik z.b. bei der Untersuchung der Auslastung von Servern wichtig (Warteschlangenmodelle).

Das Generalized Birthday Problem

Am Dienstag, den 16. Dezember, ist Eulenfest. 1/48

Filter. Industrielle Bildverarbeitung, Vorlesung No M. O. Franz

Am Dienstag, den 16. Dezember, ist Eulenfest. 1/45

Klausur zur Vorlesung Höhere Mathematik I

1. Rechnerarithmetik und. Rundungsfehler

Lineare Algebra und analytische Geometrie I (Unterrichtsfach) Lösungsvorschlag

a ij i - te Gleichung (Zeile), i = 1, 2,3,..., m I) MATRIZEN Motivation: 1) Speichern geometrischer Daten: Punkte, Vektoren. 2) Lineare Gleichungen

1 Bestimmung der inversen Matrix

I) MATRIZEN. 1) Speichern geometrischer Daten: Punkte, Vektoren. j - te Variable (Spalte), j = 1,2,3,..., n

Basiswissen Matrizen

3. Übungsblatt zur Lineare Algebra I für Physiker

Signalverarbeitung g für audiovisuelle Kommunikation

Angewandte Stochastik

Übungsaufgaben Lösungen

Abbildung 1: Graphische Lösung der ersten Übungsaufgabe

Übungen zur Linearen Algebra 1

8 Interpolation. 8.1 Problemstellung. Gegeben: Diskrete Werte einer Funktion f : R R an n + 1 Stützstellen. x 0 < x 1 <... < x n.

Numerisches Programmieren, Übungen

ANHANG A. Matrizen. 1. Die Definition von Matrizen

Mapra: C++ Teil 7. Felix Gruber, Michael Rom. 14. Juni 2016 IGPM. Felix Gruber, Michael Rom (IGPM) Mapra: C++ Teil 7 14.

Viele wichtige Operationen können als lineare Abbildungen interpretiert werden. Beispielsweise beschreibt die lineare Abbildung

Übungen. Mathematik für Studierende der Biologie und des Lehramtes Chemie

Aufgabe 1 (a) Bestimmen Sie die Schnittgerade der beiden Ebenen gegeben durch 3x y 2z 5 = 0 und x y 4z 3 = 0.

Es findet eine binäre/iterative o.ä. Suche statt. (8 Punkte);

10. Die Berücksichtigung nicht vorzeichenbeschränkter Variablen

16. November 2011 Zentralitätsmaße. H. Meyerhenke: Algorithmische Methoden zur Netzwerkanalyse 87

Übungen zu Einführung in die Lineare Algebra und Geometrie

Der Gaußsche Algorithmus und Varianten Vorlesung vom

Minimumproblem. Definition 4.7. Ein LP der Form. unter den Nebenbedingungen. d ij x j b i (i =1,...,m)

Division mit Schulmethode

Beispiele 1. Gegeben sei das lineare Gleichungssystem mit erweiterter Matrix (A

Parallelisierung durch Gebietszerlegung

Computergrafik 2: Morphologische Operationen

3 Systeme linearer Gleichungen

3.5 Schnelle Fouriertransformation (FFT, DFT)

Der Gaußsche Algorithmus und Varianten Vorlesung vom

Algorithmen und Komplexität

WiMa-Praktikum 1. Woche 8

D-ITET, D-MATL Numerische Methoden SS 2006 Prof. R. Jeltsch. Musterlösung 6. x A 1 b. A 1 b A 1. x A ( A. gestört: x A 1 =

10. TENSORPRODUKTE. Lesen Sie den Text sorgfältig und lösen Sie möglichst viele der Übungsaufgaben. Diskutieren Sie die Lösungen.

Inhalt. Vorwort Einführung 15

Informatik I Übung, Woche 48: Nachbesprechung Aufgabe 10.1: Implementation von wechselgeld.pas

Inhalt. 2 Transportoptimierung Das klassische Transportproblern Modell 73

8 Polynominterpolation

Vorlesung 2: Störungen und Digitalbilder. Dipl.-Math. Dimitri Ovrutskiy. SS 2010 HTWdS

Transkript:

Kristian Bredies Dirk Lorenz Mathematische Bildverarbeitung Übungen und Zusatzmaterial Diese PDF-Datei beinhaltet die Übungsaufgaben aus dem Buch, die die Entwicklung beziehungsweise Implementation eines numerischen Verfahrens und den anschließenden Test zum Thema haben. Insbesondere befinden sich im Anhang dieses Dokuments die dafür erforderlichen Testdaten. Sie sind durch Abbildungen mit dem folgenden Symbol zu erkennen: Quellen- und Lizenzinformationen sowie die Originaldatei dieses Bildes können als Anhang abgerufen werden, in den meisten PDF-Betrachtern durch Doppelklick auf das Symbol. Alle hier enthaltenen, eigenen oder aus den CreativeCommons-Lizenzen by-2.0 oder by-sa-2.0 hervorgegangen Bilder dürfen unter Angabe dieser Quelle zu den Bedingungen unter http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/legalcode weitergegeben werden. Das Buch Mathematische Bildverarbeitung ist im Vieweg+Teubner Verlag unter der ISBN 978-3-8348-1037-3 erschienen.

Aufgabe 3.11 (Zählen von Kreisen mit Hilfe von morphologischen Methoden). Ein Bild enthalte kreisförmige Objekte verschiedener Größe: Beschreiben Sie einen Algorithmus (aufbauend auf morphologischen Operationen) der die Anzahl und Größe der Kreise ausgibt. Implementieren Sie den Algorithmus und testen Sie ihn an diesem Bild.

Aufgabe 4.12 (Schnelle Faltung mit der diskreten Fouriertransformation). Die Faltung von u, v C Z ist definiert durch (u v) k = u k v n k. n Z Der Träger von u C Z ist supp u = {k Z uk = 0}. 1. Es seien u, h C Z mit supp u = {0,..., N 1} und supp h = { r,..., r}. Dann gilt supp u v { r,..., N + r 1} (wieso?). Entwickeln und implementieren Sie einen Algorithmus fftconv, der die Faltung von u und v auf dem gesamten Träger mit Hilfe der Fouriertransformation berechnet. Eingabe: Zwei Vektoren u, C N, h C 2r+1. Ausgabe: Das Ergebnis w C N+2r der Faltung von u und v. 2. Entwickeln und implementieren Sie analog zum vorigen Aufgabenteil eine zweidimensionale schnelle Faltung fft2conv. Eingabe: Ein Grauwertbild u R N M und ein Faltungskern h R 2r+1 2s+1. Ausgabe: Die Faltung u h R N+2r,M+2s. 3. Was ist der Aufwand für die schnelle Faltung im Gegensatz zur direkten Auswertung der Summen? Für welche Größen von u und h lohnt sich die schnelle Faltung in dieser Hinsicht? 4. Testen Sie den Algorithmus fft2conv am Bild mit Faltungskernen Ihrer Wahl. Vergleichen Sie Ergebnisse und Laufzeiten mit einer Implementierung der direkten Summenbildung nach Unterabschnitt 3.3.3 (auch vor dem Hintergrund der Aufwandsabschätzungen).

Aufgabe 6.42. Implementieren Sie das primale-duale Verfahren zum variationellem Entrauschen (Tabelle 6.1) und testen Sie es an den folgenden Bildern:

Aufgabe 6.43. Für K 1 stelle die Matrix κ R (2K+1) (2K+1) einen Faltungskern dar, der durch K i, j K indiziert wird und i= K K K j= K κ i,j = 1 erfüllt. Bezeichne weiterhin für N, M 1 mit A h : R (N+2K) (M+2K) R N M den diskreten Faltungsoperator K K (A h u) i,j = u (i+k k),(j+k k) κ k,l. k= K l= K 1. Implementieren Sie das in Tabelle 6.2 beschriebene primale-duale Verfahren zur variationellen Entfaltung durch Lösung der Aufgabe min u R (N+2K) (M+2K) A h u U 0 q q + λ hu p p q p für gegebene Daten U 0 R N M und Parameter λ > 0. Testen Sie es am folgenden Bildern/Faltungskernen: 2. Wie lautet ein Verfahren, welches zusätzlich die Beschränkungen U 0 u i,j U 0 für 1 i N + 2K, 1 j M + 2K mit U 0 = min i,j U 0 i,j und U0 = max i,j U 0 i,j realisiert? 3. Implementieren und testen Sie diese Beschränkungen. Sind Unterschiede in den Ergebnissen im Vergleich zu dem Verfahren ohne Beschränkungen feststellbar?

Aufgabe 6.45. Implementieren Sie das primale-duale Inpainting-Verfahren nach Tabelle 6.3 und testen Sie es an den folgenden Beispielbildern/Masken: Zusatz: Verwenden Sie die Ergebnisse aus Aufgabe 6.44, um eine modifizierte Dualitätslücke G nach Beispiel 6.144 aufzustellen. Weisen Sie deren Konvergenz G(u n, w n ) 0 für die Iterierten (u n, w n ) nach und modifizieren Sie das Programm so, dass es abbricht, sobald G einen bestimmten Wert unterschritten hat.

Aufgabe 6.47. Es seien N, M N positiv, U 0 R N M und K N mit K 1. Betrachte für 1 p < die Interpolationsaufgabe min u R KN KM p h u p + I p {Ah u=u 0 } (u) mit (A h u) i,j = 1 K K K 2 u ((i 1)K+k),((j 1)K+l). k=1 l=1 Verwenden Sie den Algorithmus aus Tabelle 6.4, um ein numerisches Verfahren für die Lösung zu implementieren und testen Sie es an den Bildern: Zusatz: Implementieren und testen Sie auch das alternative Lösungsverfahren aus Aufgabe 6.46. Gibt es Unterschiede in der praktischen Anwendung?

http://www.springer.com/978-3-8348-1037-3