HANDBUCH DER OPERATOREN

für die

BILDBEARBEITUNG

Reinhard Klette

Technische Universität Berlin

Piero Zamperoni

Technische Universität Braunschweig

Vieweg, Braunschweig, 1995

ISBN 3-528-16431-X DM92.- 383 pages

Verlag Vieweg, Postfach 1546, D-65005 Wiesbaden, Germany

Diskette zum Buch

Inhaltsverzeichnis

                                                                      
1 Bilder, Fenster und Operatoren                                     1
                                                                      
   1.1 Bilder                                                        1
      1.1.1 Diskrete Bildkoordinaten und digitale Geometrie          2
      1.1.2 Diskrete Bildwerte und Bildwertfunktionen                9
      1.1.3 Farbbilder und weitere mehrkanalige Bilder              14
   1.2 Bildausschnitte                                              20
      1.2.1 Fenster                                                 21
      1.2.2 Bildfenster                                             25
   1.3 Fensterfunktionen                                            27
      1.3.1 Klassen von Fensterfunktionen                           28
      1.3.2 Hilfsfunktionen auf Fenstern                            30
      1.3.3 Einige Fensterfunktionen                                34
   1.4 Operatoren                                                   38
      1.4.1 Geometrische Operatoren                                 39
      1.4.2 Punktoperatoren                                         41
      1.4.3 Lokale Operatoren                                       41
      1.4.4 Globale Operatoren                                      43
   1.5 Literaturhinweise                                            44
                                                                      
2 Methodische Grundlagen                                            47
                                                                      
   2.1 Bildsynthese                                                 48
   2.2 Halbton-Bilddarstellung                                      50
   2.3 Geometrische Anpassung                                       53
   2.4 Bildrestauration und Bildverbesserung                        55
   2.5 Bildsegmentierung                                            58
   2.6 Ikonische Abbildungen von lokalen Merkmalen                  60
   2.7 Extraktion von Mustern                                       62
   2.8 Ikonische Darstellung geometrischer Relationen               63
   2.9 Kunst- und Spezialeffekte                                    64
   2.10 Literaturhinweise                                           66
                                                                      
3 Algorithmische Grundlagen                                         69
                                                                      
   3.1 Algorithmische Effizienz                                     69
      3.1.1 Abschätzung der Rechenzeit                              70
      3.1.2 Absolute und asymptotische Bewertungen                  73
      3.1.3 Dekomposition homogener lokaler Operatoren              75
      3.1.4 Aktualisierungsmethode für lokale Operatoren            79
   3.2 Bilddaten                                                    80
      3.2.1 Dateipositionen                                         80
      3.2.2 Überschreiben oder Sichern der Originalbilder           82
      3.2.3 Einlesen, Zwischenspeichern und Zurückschreiben         83
   3.3 Kontrollstrukturen                                           86
      3.3.1 Lokale Operatoren (zentriert)                           87
      3.3.2 Lokale Operatoren (nicht zentriert)                     91
      3.3.3 Punktoperatoren                                         91
   3.4 Prozeduren                                                   92
      3.4.1 Prozedur RND_EQU                                        92
      3.4.2 Prozedur RND_NORM                                       94
      3.4.3 Prozedur MAXMIN                                         95
      3.4.4 Prozedur SELECT                                         96
      3.4.5 Prozedur QUICKSORT                                      97
      3.4.6 Prozedur BUBBLESORT                                     99
      3.4.7 Prozedur BUCKETSORT                                     99
      3.4.8 Prozedur FFT                                           101
      3.4.9 Prozedur FWT                                           103
      3.4.10 Prozedur BRESENHAM                                    105
   3.5 Literaturhinweise                                           107
                                                                      
4 Koordinatentransformationen und geometrische Operatoren          109
                                                                      
   4.1 Eineindeutige Koordinatentransformationen                   110
      4.1.1 Bildspiegelung                                         112
      4.1.2 Bildverschiebung                                       113
      4.1.3 Bilddrehung um 90o                                     115
   4.2 Verkleinerung und Vergrösserung                             116
      4.2.1 Bildverkleinerung auf einen Quadrant                   116
      4.2.2 Bildvergrösserung um den Faktor 2                      119
      4.2.3 Pyramide                                               120
   4.3 Affine Transformationen                                     124
      4.3.1 Produkte von Transformationsmatrizen                   125
      4.3.2 Berechnung von Transformationsmatrizen                 128
      4.3.3 Affine Bildtransformation                              130
                                                                      
5 Grauwerttransformationen und Punktoperatoren                     134
                                                                      
   5.1 Grauwerttransformationen                                    135
      5.1.1 Grauwertskalierung in einem Bildbereich                135
      5.1.2 Lineare Streckung auf die gesamte Grauwertskala        136
      5.1.3 Variation der Grauwertkennlinie                        138
      5.1.4 Egalisierung des Grauwerthistogramms                   140
   5.2 Erzeugung von gestörten Bildern                             142
      5.2.1 Störung durch Punktrauschen                            142
      5.2.2 Erzeugung von verrauschten Bildern                     143
   5.3 Binarisierung von Grauwertbildern                           145
      5.3.1 Binarisierung mit Hysterese                            145
      5.3.2 Rekursives Binarisierungsverfahren                     148
      5.3.3 Binarisierungsverfahren nach der Diskriminanzanalyse   151
      5.3.4 Halbton-Bilddarstellung mittels Schwellenwertmatrix    154
   5.4 Punktweise Verknüpfungen von Bildern                        155
      5.4.1 Synthetische Hintergrundkompensation                   155
      5.4.2 Stückweise lineare Hintergrundkompensation             157
      5.4.3 Operationen mit zwei Bildern                           160
   5.5 Mehrschwellenverfahren zur Segmentierung                    163
      5.5.1 Erzeugung eines Äquidensitenbildes                     164
      5.5.2 Mehrschwellenverfahren mittels Histogramm-Extrema      165
      5.5.3 Mehrschwellenverfahren für unimodale Histogramme       169
   5.6 Mehrkanalbilder                                             176
      5.6.1 Arithmetische Grundoperationen                         177
      5.6.2 Farbmodelländerung                                     180
      5.6.3 Pseudofarbdarstellung                                  181
                                                                      
6 Fensterfunktionen und lokale Operatoren                          185
                                                                      
   6.1 Glättung und Rauschunterdrückung                            186
      6.1.1 Lineare Faltung mit beliebigem Faltungskern            186
      6.1.2 Glättung mit einem separierten Spalttiefpass           190
      6.1.3 Glättungsfilter mit Binomialkoeffizienten              193
      6.1.4 Glättung in einer ausgesuchten Nachbarschaft           197
      6.1.5 Adaptive Glättung mit Hilfe der Lokalstatistik         199
      6.1.6 Glättung durch eine adaptive Quantilfilterung          201
      6.1.7 Tilgung kleiner Objekte in Zweipegelbildern            205
      6.1.8 Halbton-Bilddarstellung mittels Fehlerverteilung       207
   6.2 Kantenextraktion                                            208
      6.2.1 Einseitiger Kantenoperator                             209
      6.2.2 Klassische Kantenoperatoren                            210
      6.2.3 Morphologischer Kantenoperator                         214
      6.2.4 Kantendetektion nach Gauss-Filterung (LoG und DoG)     216
      6.2.5 Deriche-Kantenoperator                                 224
      6.2.6 Kontraharmonisches Filter                              229
   6.3 Erhöhung der Bildschärfe und Texturhervorhebung             232
      6.3.1 Extremwertoperator                                     232
      6.3.2 Unscharfe Maskierung und gleitende Binarisierung       235
      6.3.3 Lokaladaptive Bildskalierung zur Detailhervorhebung    239
      6.3.4 Adaptive Kontrastverstärkung im Bereich von Kanten     241
   6.4 Regionenbildung und Bildnäherung                            244
      6.4.1 Agglomerationsoperator                                 244
      6.4.2 Konkavitätsauffüllung bei Grauwertbildern              247
      6.4.3 Hervorhebung des Mode 251 6.5 Rangordnungsoperatoren   255
      6.5.1 Medianfilterung und Erhöhung der Bildschärfe           256
      6.5.2 Minimum und Maximum (Erosion und Dilatation)           259
      6.5.3 Rangselektionsfilter                                   263
      6.5.4 Max/min-Medianfilter zur Bildverbesserung              265
      6.5.5 Varianten des Medianoperators                          267
      6.5.6 Allgemeines L-Filter in einem 3 x 3-Fenster            271
      6.5.7 Rangselektionsfilter mit adaptivem Fenster             273
      6.5.8 Rangordnungstransformation (Kontraststreckung)         279
      6.5.9 Anisotropiegesteuerte adaptive Rangordnungsfilter      281
   6.6 Operatoren zur Filterung linienhafter Muster                288
      6.6.1 Linienextraktion                                       288
      6.6.2 Unterdrückung linienhafter Störmuster                  291
                                                                      
7 Globale Operatoren                                               294
                                                                      
   7.1 Topologische Operatoren                                     294
      7.1.1 Komponentenmarkierung                                  295
      7.1.2 Skelettierung von Zweipegelbildern                     299
      7.1.3 Skelettierung von Grauwertbildern                      307
   7.2 Geometrische Konstruktionen                                 311
      7.2.1 Konturverfolgung                                       311
      7.2.2 Delaunay-Triangulation und Voronoi-Diagramm            320
      7.2.3 Hough-Transformation                                   329
   7.3 Signaltheoretische Operatoren                               335
      7.3.1 Fourier-Transformation                                 335
      7.3.2 Inverse Fourier-Transformation für Filterungen         338
      7.3.3 Spektrum                                               341
      7.3.4 Walsh-Transformation                                   343
                                                                      
Glossar                                                            346
Sachwortverzeichnis                                                372


CITR: last update: 22 April 1998