klar im Cockpit - GIT Verlag

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

V i s i o n Grundlagen der Bildverarbeitung Morphologische Filter beeinflussen die Gestalt von Objekten in einem Bild. Sie können Strukturen herausarbeiten oder Störungen eliminieren. Oft wird die Form der Filtermaske gezielt auf die Problem- stellung abgestimmt. Am Beispiel von Rangordnungsfiltern erläutert dieser Artikel einige der grundsätzlichen Ideen der morphologischen Filterung und beschreibt die häufig verwendeten Operationen „Medianfilter“, „Erosion“, „Dilatation“, „Opening“ und „Closing“. Filter Morphologische Filter Filter sind Operatoren, die jedem Bildpunkt einen neuen Grauwert zuordnen. Aus dem Quellbild entsteht durch die Anwendung eines Filters („Filterung“) ein neues, gleich großes Bild. Filter berücksichtigen nicht nur den Grauwert des betreffenden Pixels, sondern auch die Grauwerte aus dessen Umgebung zur Berechnung des neuen Grauwerts. Filter können daher als „Nachbarschaftsoperationen“ (im Gegensatz zu „Punktoperationen“) aufgefasst werden. Die relevante Umgebung wird durch eine Maske spezi fiziert, die mit ihrem Zentrum über den aktuell betrachteten Bildpunkt gelegt wird. Ein Filter wird daher durch zwei Definitionen bestimmt: durch die Festlegung der Filtermaske und durch die Vorschrift, mit der aus den Grauwerten innerhalb der Maske der neue Grauwert des aktuell betrachteten Pixels berechnet wird. Die Masken werden oft auch als Strukturelemente bezeichnet. Als Beispiel zeigt Abbildung 1 die Filteroperation „Die Mehrheit gewinnt“. Stellen Sie sich als Quellbild ein Binärbild vor. Die Filtermaske soll ein Quadrat mit drei Pixeln Kantenlänge und dem ak � Abb. 1: Vier mögliche Umgebungskonfigurationen für das 3x3-Filter „Die Mehrheit gewinnt“. Das Zentralpixel ist mit einem Kreuz gekennzeichnet, rechts jeweils der neue Grauwert an dieser Stelle. 16 Inspect 4/2006 tuell betrachteten Pixel im Zentrum sein. Dies ist eine sog. „3x3Maske“. Die Maske wird jetzt so über das Bild gelegt, dass das Pixel, dessen neuer Grauwert berechnet werden soll, im Zentrum der Maske liegt. Der neue Grauwert wird bestimmt, indem die Grauwerte der Pixel betrachtet werden, die innerhalb der Maske liegen. In diesem Beispiel soll der neue Grauwert derjenige Grauwert sein, der innerhalb der Maske am häufigsten vorkommt. Wenn also innerhalb der Maske nur ein einziges Pixel schwarz ist, wird im Ergebnisbild das Pixel im Zentrum der Maske auf Weiß gesetzt. Wenn nur ein einziges Pixel weiß ist, wird das Pixel im Zentrum der Maske auf Schwarz gesetzt. Wenn vier Pixel innerhalb der Maske weiß und fünf Pixel schwarz sind, wird das Ergebnispixel schwarz – und so weiter. Abbildung 1 zeigt einige der möglichen Konfigurationen. Bei der Anwendung der Filteroperation auf das ganze Bild werden nacheinander alle Pixel aus dem Quellbild von links nach rechts und von oben nach unten abgetastet. Man greift sich also ein Pixel aus dem Quellbild heraus, legt die Filtermaske so auf das Quellbild, dass das aktuell betrachtete Pixel im Zentrum der Maske liegt, berechnet den neuen Grauwert aus den Grauwerten der Pixel, die innerhalb der Maske liegen, und ord
net diesen Grauwert dem aktuell betrachteten Pixel zu – aber im Ergebnisbild! Beim nächsten Schritt wird die Filtermaske über das nächste Pixel zentriert, das beim Abtasten des Quellbildes an der Reihe ist. Das vorher behandelte Pixel wird dann meist noch innerhalb der Filtermaske liegen und die Berechnung des neuen Grauwerts beeinflussen. Bei den meisten Filtern darf man daher nicht mit den bereits modifizierten Grauwerten rechnen, sondern muss die Grauwerte aus dem ursprünglichen Bild benutzen. Es ist deshalb sinnvoll, mit zwei völlig unabhängigen, gleich großen Bildern zu arbeiten, dem Quellbild und dem Zielbild. Das Ergebnis der Filteroperation wird dann im Zielbild abgelegt, das Quellbild bleibt völlig unangetastet. Die oben als Beispiel eingeführte Filteroperation „Die Mehrheit gewinnt“, angewandt auf ein Binärbild, eliminiert das sog. „Binärrauschen“, das sind kleine isolierte Gruppen von schwarzen Pixeln auf weißem Untergrund (oder umgekehrt). Das Binärrauschen wird oft auch als „Salz und PfefferRauschen“ bezeichnet. Übrigens verwendet man mit Vorliebe symmetrische Masken mit einer ungeraden Zahl von Pixeln. Dann ist unmittelbar klar, welches das zentrale Pixel ist, dem der neue Grauwert zugeordnet wird. Masken können jedoch grundsätzlich beliebige Größen und beliebige Formen haben. Bei asymmetrischen Masken muss aber explizit verabredet werden, welchem Pixel der neue Grauwert zugeordnet werden soll. Rangordnung Rangordnungsfilter selektieren Pixel. Die Pixel innerhalb der Filtermaske werden in eine Rangfolge gebracht, also geordnet, z. B. in eine aufsteigende Folge von Grauwerten. Nach einer definierten Vorschrift wird dann dem Zentralpixel der Maske im Ergebnisbild ein bestimmter Grauwert aus der Rangfolge zugeordnet. Wir betrachten hier zunächst nur Binärbilder. Bei Binärbildern bestehen die Grauwerte nur aus „weiß“ und „schwarz“. Zur Vereinfachung wird hier „schwarz“ mit 0 und „weiß“ mit 1 (statt mit 255) codiert. Ein Beispiel für ein Rangordnungsfilter ist das Medianfilter. Der Median einer Verteilung ist der Wert, für den genauso viele Elemente oberhalb wie unterhalb dieses Wertes liegen. Bei einem Medianfilter mit einer 3x3Filtermaske besteht die Grauwert Rangliste aus neun Elementen. Der Median ist dann der Grauwert des „mittleren“ Elements, hier also des fünften Elements in der Rangliste. Dieser Wert wird im Ergebnisbild dem zentralen Pixel unter der Filtermaske als Resultat der Filteroperation zugeordnet. In Abbildung 2 sind als Beispiele zwei mögliche Bildausschnitte für eine 3x3 Filtermaske dargestellt. Im oberen Teilbild ist die aufsteigend nach Grauwerten geordnete Rangliste 001111111. Der Median dieser Verteilung ist hier der fünfte Wert, also V i s i o n 1. Oberhalb dieses Wertes liegen vier Elemente, unterhalb ebenfalls vier. Im Ergebnisbild wird für das zentrale Pixel der Wert 1 abgespeichert. Im unteren Teilbild ist die Rangliste 000 000111. Der Median ist der Wert 0. Bei genauerer Überlegung stellt man fest, dass das Medianfilter im Binärbild mit dem oben eingeführten Filter „Die Mehrheit gewinnt“ identisch ist. Der Median repräsentiert im Binärbild nämlich gerade den Grauwert, der in der Maske am häufigsten vertreten
Seite 1: D 30 122 F 7. JAHRGANG NOVEMBER 200
Seite 4 und 5: I n h a l t 2 Inspect 4/2006 AKTUEL
Seite 6: A k t u e l l 20 Jahre Matrix Visio
Seite 9 und 10: Abb. 2: Intelligente Laserdistanzse
Seite 12: A K T U E L L Vision 2006 Dieses Ja
Seite 15 und 16: Blicke streifen Form Quotienten-Bil
Seite 17: Punkte (das Hauptproblem bei Stereo
Seite 21 und 22: tung jedoch ein wichtiges Merkmal,
Seite 23 und 24: Power-over-CameraLink mit der Frame
Seite 25 und 26: PMD-Technologie auf eine breitere i
Seite 27 und 28: Mit dem Algorithmus „Golden Templ
Seite 29 und 30: Auch der Datentransfer basiert auf
Seite 31 und 32: Abb. 3: Cognex-DVT Vision-Sensoren
Seite 33 und 34: Abb. 2: Die Kameras der µEye-Serie
Seite 36 und 37: V i s i o n Europäischer Exportsch
Seite 38 und 39: V i s i o n Abb. 5: Europa: Schwerp
Seite 40 und 41: V i s i o n MVTecSoftware mit Sch
Seite 42 und 43: V i s i o n Hochleistungskamera fü
Seite 44 und 45: A u t o m A t i o n Alles klar im C
Seite 46 und 47: 44 Inspect 4/2006 die weiteren Merk
Seite 48 und 49: A u t o m A t i o n � Abb. 3: Bil
Seite 50 und 51: A u t o m A t i o n 0-Fehler-Qualit
Seite 52 und 53: A u t o m A t i o n Haptik optisch
Seite 54 und 55: A u t o m A t i o n Abb. 5: 3D-Date
Seite 56 und 57: A u t o m A t i o n Pfand, wem Pfan
Seite 58 und 59: A u t o m A t i o n Makellose Auße
Seite 60 und 61: A u T o m A T i o n Sauberer Schnit
Seite 62 und 63: A u T o m A T i o n NullFehlerF
Seite 64 und 65: C o n t r o l Verborgene Geheimniss
Seite 66 und 67: C o n t r o l Wo gehobelt wird, da
Seite 68 und 69:
C o n t r o l In Müllverbrennungsa
Seite 70 und 71:
C o n t r o l Abb. 3: Montage des K
Seite 72 und 73:
C o n t r o l Stolz auf Made in Ger
Seite 74 und 75:
C o n T r o l Dem Täter auf der Sp
Seite 76 und 77:
74 Inspect 4/2006 C o n t r o l Abb
Seite 78 und 79:
PRO-4-PRO Charts 01.09.2006-15.10.2
Seite 80 und 81:
Wir stellen aus: SPS/IPC/DRIVES in
Seite 82:
I N D E x + I M P R E S S U M Firma
Alle anzeigen

klar im Cockpit - GIT Verlag

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?