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Verteidigung Bachelorarbeit Matthias Jauernig 25.10.06 Einsatz von Algorithmen der Photogrammetrie und Bildverarbeitung zur Einblendung spezifischer Lichtraumprofile.

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Präsentation zum Thema: "Verteidigung Bachelorarbeit Matthias Jauernig 25.10.06 Einsatz von Algorithmen der Photogrammetrie und Bildverarbeitung zur Einblendung spezifischer Lichtraumprofile."—  Präsentation transkript:

1 Verteidigung Bachelorarbeit Matthias Jauernig Einsatz von Algorithmen der Photogrammetrie und Bildverarbeitung zur Einblendung spezifischer Lichtraumprofile in Videosequenzen

2 Inhalt 1. Einleitung, Zielsetzung und Aufgabenanalyse 2. Vergleichbare Ansätze 3. Photogrammetrie 4. Algorithmus zur Schienenerkennung Linienerkennung und Schienenextraktion Einzeichnung des Lichtraumprofils 5. Testfälle 6. Schlussbemerkungen und Ausblick

3 (1) Einleitung

4 Einleitung Mehr Rechenleistung erlaubt verstärkten Einsatz von Bildverarbeitungstechniken Eurailscout: Europaweit agierendes Unternehmen Instandhaltung von Bahnanlagen: Fahrdrahtgeometrie, Oberleitungen, Auswertung von Messvideos (1)

5 Zielsetzung Entwicklung eines Softwaremoduls und darauf basierendes Test-Applikation Auswertung von Messvideos Einzeichnung eines maßstäblichen Lichtraumprofils auf aktueller Fahrspur (1)

6 Typische Messvideo-Aufnahme (1)

7 Typische Messvideo-Aufnahme (1)

8 Bedingungen an die Software Möglichst hohe Genauigkeit der Einzeichnung Keine Echzeitanforderungen Test-Applikation kann Prototyp-Charakter haben (1)

9 Aufgabenanalyse Erkennung der Fahrspur nötig stellt größte Herausforderung dar Vorhandene Algorithmen nutzbar? Entfernungsmessungen im Bild nötig (1)

10 (2) Vergleichbare Ansätze

11 Vergleichbare Ansätze Vor allem bei Fahrspurerkennung im Straßenverkehr Algorithmen kaum übertragbar: Stützen sich auf weitere Annahmen: homogener Farbbereich, helle Markierungen Weiteres Vorwissen bekannt: minimale Kurvenradien, keine Spuränderungen, Spurweite nur Algorithmen-Teile verwendbar (2) Entwicklung eines eigenen Algorithmus

12 (3) Einsatz von Photogrammetrie

13 Einsatz von Photogrammetrie Photogrammetrie: beschäftigt sich mit 3D-Rekonstruktion von Objekten aus perspektivischen Abbildungen Einsatz hier: Math. Zusammenhang zwischen Welt- und Bildkoordinaten herstellen Entfernungsmessung im Videobild Maßstäbliche Einzeichnung des Lichtraumprofils (3)

14 (4) Algorithmus zur Schienenerkennung

15 Algorithmus zur Schienenerkennung Grundlegende Idee: Unterteile Bildraum in horizontale Bereiche Nimm Schienen in jedem Bereich als linear an Hough-Transformation für Geraden Vorgehen für jedes Bild: 1. Führe Schienenerkennung für jeden Teilbereich i durch Kandidaten w ij 2. Ermittle besten Kandidaten W als stückweise lineare Schiene aus w ij jedes Teilbereichs i 3. Passe W in Schienenmodell ein (4)

16 Einteilung in horizontale Bereiche (4)

17 Algorithmus zur Schienenerkennung Schienenerkennung für jeden Teilbereich: 1. Bildvorverarbeitung 2. Kantenerkennung 3. Hough-Transformation für Geraden 4. Extraktion der besten Schienenkandidaten (4)

18 Kantenerkennung Grundlegend für Funktionieren der Hough-Transformation Basierend auf lokalen Grauwertunterschieden Kritischster Teil, muss zuverlässige Ergebnisse liefern (4)

19 Hough-Transformation Voraussetzung: Kantenbild Erkennung von beliebigen parametrisierbaren geometrischen Objekten: z.B. Geraden, Kreise, Ellipsen robust, rauschunempfindlich (4)

20 Algorithmus im Detail Erkenne Linien: (4) Beste Kandidaten:

21 Algorithmus im Detail Wahl bester Kandidaten: 1-normierte gewichtete Summe über folgende Kriterien: 1. Abweichung von idealem Schienenabstand 2. Wert der beiden Linien im Hough-Akku 3. Abweichung von Voraussagewerten 4. Wert des Schienenkandidaten aus vorhergehendem Teilbereich (für obere Teilbereiche) (4)

22 Algorithmus im Detail Erkenne Linien: (4) Beste Kandidaten:

23 Algorithmus im Detail Erkenne Linien: (4) Beste Kandidaten:

24 Algorithmus im Detail Erkenne Linien: (4) Beste Kandidaten:

25 Algorithmus im Detail Teilstücke zu Gewinner zusammenfügen: (4)

26 Schienenmodell In Schienenmodell einpassen: (4) Parabolisches bzw. linear- parabolisches Modell

27 Lichtraumprofil einzeichnen Einzeichnungsentfernung abmessen und dadurch Fußpunkt ermitteln Winkel im Fußpunkt bestimmen und Lichtraumprofil entsprechend drehen Lichtraumprofil einzeichnen (4)

28 (5) Testfälle

29 Testfälle Beispiel einer perfekten Erkennung: (5)

30 Testfälle Erkennung in schattierter Situation: (5)

31 Testfälle Erkennung im Tunnel: (5)

32 Testfälle Gute Erkennung in schwieriger Situation: (5)

33 Testfälle Unten Schatten als Schiene erkannt: (5)

34 Testfälle Abweichung im oberen Bereich: (5)

35 Testfälle Fehlerkennung bei Tunnel-Einfahrt: (5)

36 Testfälle Falsche Schiene als Fahrspur erkannt: (5)

37 (7) Schlussbemerkungen und Ausblick

38 Schlussbemerkungen Erreicht: prototypische Entwicklung eines Algorithmus zur Schienenerkennung, arbeitet in vielen Fällen sehr gut Flaschenhals Kantendetektion Software gut zur Unterstützung manueller Messvideo-Auswertung geeignet Nebenprodukt Bildverarbeitungsbibliothek (7)

39 Eigener Beitrag Bildraumbegrenzung Winkelbegrenzung sowie deren Einsatz bei der Kantendetektion und der HT Algorithmus zur Schienenerkennung: Unterteilung in horizontale Teilbereiche Extraktion von Linien und Schienenkandidaten, 4 Kriterien hierbei Zusammensetzung der stückweise linearen Schiene, Einpassung in Schienenmodell Einzeichnung des Lichtraumprofils (7)

40 Ausblick Weiteres Testmaterial auswerten Verbesserungen des Algorithmus Ersetzung der parabolischen Modelle Weitere Eingrenzung von Bildraum und Winkelbereich anhand voriger Erkennungen Effizientere Algorithmen-Implementierungen Einbindung des Algorithmus in weitere Entwicklungen (7)

41 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


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