Morphologische Operatoren in C++ am Beispiel von Erosion und ...

Morphologische Operatoren in C++ am Beispiel von Erosion und
Dilatation
(von Erhardt, Markus und Florian, Achatz)
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis....................................................................................................................... 1
1. Die Morphologischen Operatoren (Menü: MyMenu)........................................................ 2
1.1. Der obere Teil.............................................................................................................2
1.1.1. Format (Debug Info) .......................................................................................... 2
1.1.2. Invert .................................................................................................................. 2
1.1.3. Binarize .............................................................................................................. 3
1.1.4. Count Color’s ..................................................................................................... 4
1.1.5. Erosion (Binärbilder) (Aufhellung).................................................................... 4
1.1.6. Dilatation (Binärbilder) (Verdunklung) ............................................................. 5
1.1.7. Erosion (Aufhellung) experimentell................................................................... 5
1.1.8. Dilatation (Verdunklung) experimentell ............................................................ 6
1.1.9. Black (Debug Info)............................................................................................. 7
1.1.10. Test Dialog (Debug Info) ................................................................................... 7
1.2. Der untere Teil ........................................................................................................... 7
1.2.1. Bild in Grauwerten Darstellen............................................................................ 7
1.2.2. Extraktion von Rändern (Erosion) ..................................................................... 8
1.2.3. Dilatation ohne Zusammenwachsen................................................................... 9
1.2.4. Threshold setzen................................................................................................. 9
1.3. Die Aufgabenverteilung ........................................................................................... 10
2. Anhang ............................................................................................................................. 11
2.1. Die Projekt Sourcen ................................................................................................. 11
2.1.1. wichtige Dateien und Verzeichnisse ................................................................ 11
2.1.2. „Installation“ der Sourcen ................................................................................ 11
2.1.3. verändern der Sourcen...................................................................................... 12
2.1.4. Besonderheiten der Sourcen............................................................................. 12
2.1.4.1. Position der Programmdateien ................................................................. 12
2.1.4.2. Die verschieden Namen von „IMDisplay“............................................... 12
2.1.4.3. Besonderheiten beim Hinzufügen von Source – Dateien......................... 12
2.2. Weitere Besonderheiten ........................................................................................... 13
2.2.1. Das Menü File Save............................................................................... 13
2.2.2. Das Menü File Save as .......................................................................... 13
- 1 -

1. Die Morphologischen Operatoren (Menü: MyMenu)
Der Menüpunkt MyMenu soll aussagen, dass dies der Teil dieses Programms ist, welcher im
Rahmen dieser Semesterarbeit verändert (hier hinzugefügt) wurde. Das Menü ist Optisch in
zwei „Teile“ unterteilt, diese Teile stellen getrennte Implementierungen da und unterscheiden
sich sowohl im Autor als auch in der Implementierung und Algorithmischen Umsetzung.
Überschriften mit dem Zusatz (Debug Info) sind nicht wirklich als Information für den
Endbenutzer gedacht, sondern dienen der Fehlerfindung zu Debug zwecken und diese Punkte
verdeutlichen (im Source-Code) wie auf verschiedene Elemente des Frameworks zugegriffen
werden kann.
1.1. Der obere Teil
1.1.1. Format (Debug Info)
Es wird angegeben, welche Anzahl an horizontalen und vertikalen Pixel das angezeigte Bild
besitzt. Zusätzlich wird angegeben, mit welcher Bittiefe pro R -, G -, B -, (Red, Green, Blue)
und optional Opacity - Kanal das Bild dargestellt wird.
1.1.2. Invert
Diese Funktion ist dazu da beliebige Bilder zu Invertieren. Hierzu wird einfach das Inverse
der Kanäle R, G, B genommen. Z. B.: Max ist die größte Zahl, welche in einem Kanal
dargestellt werden kann, so ist das Inverse der Kanäle:
Rneu = Max – R,
Gneu = Max – G,
Bneu = Max – B.
- 2 -

1.1.3. Binarize
Diese Funktion ist dazu da ein beliebiges Farb- oder Schwarz - Weiß – Bild in ein binäres
Bild umzurechnen. Dazu werden drei Schwellen verwendet. Wenn ein Bildpunkt größer als
diese Schwelle ist, so wird sein Wert auf R = G = B = Max (Max == White = 0x00) gesetzt
und andersherum.
- 3 -

1.1.4. Count Color’s
Diese Funktion zählt alle verschieden Farben, die in einem Bild vorhanden sind, je nach
Implementierung werden hier alle 4 Kanäle (R, G, B, Opacity) verwendet.
Diese Funktion kann aufgrund der möglicherweise vielen Farben pro Pixel eine sehr lange
Laufzeit haben. Im Extremfall beträgt die Laufzeit dieser Funktion N (Anzahl der Pixel des
Bildes) * log2 (Anzahl der verschiedenen Farben des Bildes) die Laufzeit kann gleich N *
log2(N) sein.
1.1.5. Erosion (Binärbilder) (Aufhellung)
Diese Funktion erodiert ein binäres Bild. Dies bedeutet, dieses Verfahren ist nur für Bilder,
welche genau zwei verschiedene Farben besitzen definiert. Dabei ist es allerdings egal,
welche zwei Farben dies sind.
Die Erosion eines Bildes bedeutet, dass jedes untersuchte Pixel durch das hellste Pixel seiner
Umgebung ersetzt wird. Anschaulich entspricht dies einer Ausdehnung aller hellen Objekte
eines Bildes.
In der „Umgebungsselektionsmaske“ kann man einstellen, welche Pixel in der Umgebung
eines Pixels zur Auswertung herangezogen werden sollen. Durch diese Maske ist es möglich
gezielt einzelne Operationen selektiv Durchzuführen.
- 4 -

1.1.6. Dilatation (Binärbilder) (Verdunklung)
Diese Funktion dilatiert ein binäres Bild. Dies bedeutet, dieses Verfahren ist nur für Bilder,
welche genau zwei verschiedene Farben besitzen definiert. Dabei ist es allerdings egal,
welche zwei Farben dies sind.
Die Dilatation eines Bildes bedeutet, dass jedes untersuchte Pixel durch das dunkelste Pixel
seiner Umgebung ersetzt wird. Anschaulich entspricht dies einer Ausdehnung aller dunklen
Objekte eines Bildes.
In der „Umgebungsselektionsmaske“ kann man einstellen, welche Pixel in der Umgebung
eines Pixels zur Auswertung herangezogen werden sollen. Durch diese Maske ist es möglich
gezielt einzelne Operationen selektiv Durchzuführen.
1.1.7. Erosion (Aufhellung) experimentell
Diese Funktion entspricht der Funktion 1.1.5 (Erosion (Binärbilder) (Aufhellung)), allerdings
ist die Beschränkung auf genau zwei verschieden Farben aufgehoben. Diese Funktion kann
somit auf Bildern mit beliebig vielen Farben arbeiten. Diese Erweiterung ist aber nur
unzureichend getestet und Trägt deswegen den Zusatz „experimentell“.
- 5 -

1.1.8. Dilatation (Verdunklung) experimentell
Diese Funktion entspricht der Funktion 1.1.6 (Dilatation (Binärbilder) (Verdunklung)),
allerdings ist die Beschränkung auf genau zwei verschieden Farben aufgehoben. Diese
Funktion kann somit auf Bildern mit beliebig vielen Farben arbeiten. Diese Erweiterung ist
aber nur unzureichend getestet und Trägt deswegen den Zusatz „experimentell“.
- 6 -

1.1.9. Black (Debug Info)
Black ist hier Programm, diese Funktion ersetzt jeden Bildpunkt durch den „Farbwert“
Schwarz (Black).
Diese Funktion ist als Debug bzw. Muster – Funktion zu interpretieren, die anschaulich
Demonstriert, wie auf einfachste Art die Pixelwerte eines Bildes verändert werden können.
1.1.10. Test Dialog (Debug Info)
Hier wird der Umgebungsauswahl Dialog der Erosions- / Dilatationsfunktionen zu Debug
zwecken aufgerufen, um Oberflächentests ohne eine Veränderung am Bild vornehmen zu
können.
1.2. Der untere Teil
1.2.1. Bild in Grauwerten Darstellen
Diese Funktion berechnet aus normalen RGB Bildern das entsprechende Graustufenbild.
Dabei wird für jedes Pixel mit der Formel
Y = 0.3*R + 0.59*G + 0.11*B
die Helligkeit bestimmt und R=G=B=Y gesetzt.
Somit gibt es für ein Bild nur einen Farbkanal (Luminaz) gegenüber von Farbbildern, die drei
Kanäle besitzen. Dies erleichtert das implementieren von Bildbearbeitungsfunktionen da nur
die Helligkeit betrachtet werden muss.
- 7 -

1.2.2. Extraktion von Rändern (Erosion)
Mit der „Extraktion von Rändern“ Funktion lässt sich für ein beliebiges Graustufenbild der
Objektrand bestimmen und farblich Markieren.
Damit diese Funktion zum gewünschten Erfolg führt, muss zuerst der Schwellwert
(Helligkeit) des Objektes bzw. des Hintergrunds eingestellt werden.
Die geschieht über den Menüpunk „Threshold setzen“.
Grundlage für dieses Verfahren ist eine 3x3 Matrix die jedes Pixel prüft, ob in ihrem Umfeld
ein Hintergrundpixel vorhanden ist. Ist dies der Fall, so ist anzunehmen, dass es sich um ein
Randpixel handelt.
- 8 -

1.2.3. Dilatation ohne Zusammenwachsen
Diese Programmfunktion verhindert das „Zusammenwachsen“ von Objekten bei der
Dilatation. Wie bei der Extraktionsfunktion muss auch hier der Schwellwert des Hintergrunds
und des Objekts definiert sein.
Technisch gesehen ist dies ist ein Filter mit einer 5x5 Matrix. Die im Vergleich große Matrix
ist erforderlich, um frühzeitig eine anderes Objekt zu erkennen und daraufhin nicht mehr
weiter zu dilaterieren. Damit diese Funktion nicht trotzdem zum „Zusammenwachsen“ zweier
oder mehrerer Objekte führt, ist es erforderlich, zu prüfen ob Objekte bereits über Stege
miteinander verbunden sind. Ist dies der Fall, so müssen mit einem geeigneten Erosionsfilter
die Objekte voneinander getrennt werden.
Die Pixel einzelner Objekte können sich u. U. bis auf einen Pixel annähern.
1.2.4. Threshold setzen
In diesem Dialog ist es möglich einen Grenzwert zwischen Objekt und Bildhintergrund zu
definieren. Als erstes ist es wichtig zu entscheiden, ob das Objekt dunkel und der Hintergrund
hell ist oder umgekehrt. Die hier getroffenen Einstellungen sind global gültig. D.h.
„Dilateration ohne Zusammenwachsen“ und „Extraktion von Rändern“ verwenden die aktuell
eingestellten Werte.
- 9 -

1.3. Die Aufgabenverteilung
Die Aufgabenverteilung soll festhalten, wer im Rahmen dieses Projektes für welche Aufgaben
zuständig war. Dies ist allerdings nicht mehr auf die Source – Code – Zeile genau festzulegen.
Mit folgender Aufgabenteilung können sich die Beteiligen allerdings arrangieren:
Name Aufgabe /-n
Erhardt, Markus Erstellung der oberen Hälfte der
Funktionen im „Menü MyMenu“
Erstellung der halben Dokumentation
Erstellung der Dokumentationsanlagen
Erstellung der Funktionalität „Speichern“
Achatz, Florian Erstellung der unteren Hälfte der
Funktionen im „Menü MyMenu“
Erstellung der halben Dokumentation
- 10 -

2. Anhang
2.1. Die Projekt Sourcen
Die Sourcen sind aus dem Public – Projekt auf:
http://www.imagemagick.org/
Die Sourcen sind in folgendem ZIP – File enthalten: (Im Original:)
ImageMagick-6.1.2-3.zip
Im Rahmen dieser Praktikumsarbeit wurde die Beispiel Applikation „UTIL_IMDisplay“
erweitert.
2.1.1. wichtige Dateien und Verzeichnisse
Verzeichnis Bedeutung für dieses Projekt
\ Das Basisverzeichnis. Z. B.: C:\ImageMagick-6.1.2
\www Die offline Version der Homepage (einige Links sind defekt, bei
Problemen mal mit \www\Magick++\index.html versuchen).
\www\Magick++ Die offline Dokumentation der C++ API
\win2k\IMDisplay Die Sourcen, der Applikation, welche hier verändert wurden.
\VisualMagick\configure Das hier enthaltene Projekt auszuführen, um die Sourcen auf eine
neue Umgebung einzustellen, bzw. Veränderungen vorzunehmen.
Einfach den Workspace mit Visual Studio öffnen und auf
Debug/Ausführen klicken und das Programm ausführen. Weiteres
in der Datei „\Install-windows.txt“.
\VisualMagick\All Der Workspace, in dem sich alle in diesem Source – Tree
befindlichen Projekte befinden. Einfach All.dsp im Visual Studio
öffnen.
Datei Bedeutung für dieses Projekt
\Install-windows.txt HowTo, wie der Source – Code unter Windows
verwendet werden kann.
Magick.pdf Dokumentation zu Magick. Inhalt ??? …
\VisualMagick\All\All.dsp Die allgemeine Projektdatei!! Diese wurde im
Rahmen dieses Projektes mit Visual Studio 2003
(für C++) bearbeitet.
\VisualMagick\configure\configure.dsp Das Konfigurationsprojekt zum Anpassen des
Source Codes.
\www\index.html Startseite der offline Dokumentation
\www\Magick++\index.html Startseite der offline Dokumentation der C++
API
2.1.2. „Installation“ der Sourcen
Vorgehensweise:
1. Entpacken des Archivs: Z.B.: ImageMagick-6.1.2-3.zip
2. Lesen der Datei: \Install-windows.txt
3. Konfiguration des Sourcen durch ausführen des Konfigurationsprojektes:
\VisualMagick\configure\configure.dsp
- 11 -

4. Bearbeiten (falls gewünscht) des Beispiel Projektes UTIL_IMDisplay. Durch öffnen
des Projektes: \VisualMagick\All\All.dsp.
2.1.3. verändern der Sourcen
Das bearbeiten der Sourcen für das Beispiel – Projekt (UTIL_-) IMDisplay ist unter 2.1.2
beschrieben.
Es ist zu empfehlen immer das allgemeine Projektfile „All.dsp“ zu verwenden. Alternativ
dazu kann natürlich versucht werden das Projekt direkt zu öffnen unter:
„\win2k\IMDisplay\IMDisplay.dsw“.
2.1.4. Besonderheiten der Sourcen
Im Folgenden sind Besonderheiten, welche den Einsteiger verwirren könnten als einzelne
Hinweise aufgeführt.
2.1.4.1. Position der Programmdateien
Normalerweise sind in einem Visual Studio Projekt alle „Debug-“ und „Release-“ Binaries in
entsprechenden Verzeichnissen unter dem Hauptverzeichnis, das Hauptverzeichnis enthält
z.B. die Projektdatei) zu finden. In diesem Source - Code – Tree sind die Binaries aber in den
folgenden Verzeichnissen untergebracht:
\VisualMagick\bin Alle DLL und EXE Dateien
\VisualMagick\Debug Sonstige Objektdateien, meist
Zwischendateien.
2.1.4.2. Die verschieden Namen von „IMDisplay“
„IMDisplay“ bezeichnet das im Rahmen der Semester – Arbeit veränderte Programm.
IMDisplay Der Programm- / Projektname
UTIL_IMDisplay Name des Projektes in der Projektdatei:
\VisualMagick\All\All.dsp
\VisualMagick\bin\UTIL_DB_IMDisplay_.exe Das Programm IMDisplay in der Debug
Konfiguration.
\VisualMagick\bin\UTIL_RL_IMDisplay_.exe Das Programm IMDisplay in der Release
Konfiguration.
2.1.4.3. Besonderheiten beim Hinzufügen von Source – Dateien
Bearbeiten der Sourcen über die allgemeine Projekt – Datei:
\VisualMagick\All\All.dsp
Beim Erstellen von zusätzlichen Source – Dateien z.B. Klassen- und Headerdateien oder
Klassen zum Ansprechen von neuen Resourcen z.B. Dialogen kann es vorkommen, dass beim
nächsten Kompilieren die Fehlermeldung „File … not found! …“ auftritt.
Ursache hierfür ist, dass die neuen Dateien im Verzeichnis \VisualMagick\All\* angelegt
werden und nicht im „aktuellen Projekt Verzeichnis“.
- 12 -

Beseitigung dieses Fehlers ist durch manuelles entfernen der neu erstellten Dateien aus der
Projektdatei, kopieren dieser Dateien in das aktuelle Projektverzeichnis z.B.:
\win2k\IMDisplay und anschließendes wiedereinfügen der Dateien in die Projektdatei zu
erreichen.
2.2. Weitere Besonderheiten
2.2.1. Das Menü File Save
Die Funktionalität des Menüpunktes „File Save“ war ursprünglich nicht Implementiert und
wurde hinzugefügt. Allerdings ist die Implementierung nicht einwandfrei. Dies bedeutet, dass
verschiedene Dateiformate beim Speichern Fehlermeldungen oder Exceptions auslösen, dies
kann aber so lange Ignoriert werden, wie die Daten in einem gültigen Format in der Datei
stehen. Meistens ist es gelungen ein Bild zu speichern, manchmal allerdings war die Datei
lehr (Größe = 0 Byte) oder die Datei war nicht mit jedem Programm lesbar.
Eine Besonderheit, die weiterhin auffiel, war das manche *.tif – Dateien beim Laden die
Fehlermeldung:
… … … *.tif: unknown field with tag 37724 (0x935c) encountered.
Verursachten. Wenn versucht wurde dieses Bild wieder zu Speichern, so gelang dies in der
Release Übersetzung problemlos, in der Debug Übersetzung hingegen wurde eine Exception
vom Debugger aufgefangen. Diese konnte einfach mit „weiter“ umgangen werden.
2.2.2. Das Menü File Save as
Der Menüpunkt „File Save as“ beruht auf der selben Implementierung wie „File Save“,
siehe 2.2.1, dies bedeutet, die oben erwähnten Besonderheiten finden hier ebenfalls
Anwendung.
Dateien können auch in anderen Dateiformaten als dem angebotenen *.jpg gespeichert
werden. Im Prinzip, können dazu alle Dateiformate angegeben werden, die im „File Open“
Dialog angezeigt werden. Um eine anderes Dateiformat beim Speichern auszuwählen muss
man einfach die aktuelle Dateiendung durch die gewünschte ersetzen, aus z.B.:
balls.tif
könnte man:
balls.bmp
machen, wenn man dieses Bild im Bitmapformat speichern möchte.
- 13 -