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11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Dipl.-Ing. (FH) Carsten Büttner, MSc. Parametrierung digitaler Kameras auf Basis einer spektralen.

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1 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Dipl.-Ing. (FH) Carsten Büttner, MSc. Parametrierung digitaler Kameras auf Basis einer spektralen Charakterisierung

2 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Gliederung Ergebnisse am Farbkameramessplatz Farbbildsensorik Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz Methode zur Spektralschätzung

3 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Farbbildsensorik IT-Progressive-Scan-CCD 1004 x 1004 Bildpunkte 30 Vollbilder / Sekunde 36 MHz Datenfrequenz mit RGB-Bayer-Mosaikfilter

4 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz LichtquelleObjekteDetektorWiedergabe Dermatoskopiesystem weiße LED Testkarten, Farbproben, Haut,... OptikSensor Kamera- elektronik Darstellung sRGB

5 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz Physikalische Betrachtung: Für die Farbwahrnehmung werden drei spektrale Strahlungsverteilungen benötigt! Lichtquelle S(λ) Objekte β (λ) Empfänger s(λ) zusätzlich: chromatische Adaption, Wiedergabetransformation,... Abbildungs- vorschrift?

6 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz Physikalische Betrachtung: Für die Farbwahrnehmung werden drei spektrale Strahlungsverteilungen benötigt! Lichtquelle S(λ) Objekte β (λ) Empfänger s(λ) Abbildungs- vorschrift? zusätzlich: chromatische Adaption, Wiedergabetransformation,...

7 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Spektrale Messverfahren Monochromatische Messung (direkt): Kamerareaktion = spektrale Stützstelle Lichtquelle S(λ) Empfänger s(λ) Methode zur Spektralschätzung

8 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Spektrale Messverfahren Lichtquelle S(λ) Objekte β(λ) Empfänger s(λ) Kamerareaktion mit Farbprobenmatrix Monochromatische Messung (direkt): Breitbandige Messung (indirekt, Spektralschätzung): Kamerareaktion = spektrale Stützstelle Lichtquelle S(λ) Empfänger s(λ) Methode zur Spektralschätzung

9 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Überblick: Methoden zur Spektralschätzung Methode zur Spektralschätzung Methoden: Pseudo-Inverse der Farbprobenmatrix C Singulärwertzerlegung Lineare Programmierung Quadratische Programmierung Kriterien: mittlere/maximale absolute Abweichung relative Abweichung mittlere/maximale Glattheit Uni-Modalität Positivität Basis-Funktionen (z.B. Fourier)

10 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Schätzung mittels Quadratischer Programmierung: 1. Kriterium: mittlere quadratische Abweichung 2. Kriterium: Glattheit In Normalform für large-scale Algorithmus in MATLAB Kriterien der verwendeten Methode Methode zur Spektralschätzung

11 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Ideale RGB-Sensordaten C - Farbprobenmatrix Addition von Rauschen Dunkelsignalrauschen mit Photonenrauschen mit PRNU mit Mittelwertbildung über einen Bereich von 25x25 Bildpunkten Umrechnung in Ladungsträger: Signalwert Verrauschte RGB-Sensordaten Simulationsmodell Methode zur Spektralschätzung

12 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Ansatz: Kriterium für Farbprobenauswahl: Optimierungsalgorithmus (QP) liefert einen Lagrange-Multiplikator für jede Nebenbedingung Maß für den Einfluss der Nebenbedingung auf das gefundene Optimum Methode zur Farbprobenauswahl Methode zur Spektralschätzung (vgl. Extremwertbestimmung mehrdimensionaler Funktionen unter Nebenbedingungen) Feststellung: Auswahl ist abhängig vom Rauschenstatistische Auswertung

13 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Bewertungskriterien: euklidischer Abstand im RGB-Farbraum des Sensors geometrischer Abstand im rg-Diagramm (sensorbezogen) Fehlerbewertung Methode zur Spektralschätzung

14 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Ergebnisse am Farbkameramessplatz Lichtquelle Spektrale Anpassungs- filter Farbproben Auswahl

15 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Ergebnisse am Farbkameramessplatz Lichtquelle Spektrale Anpassungs- filter Farbproben Auswahl Strahlteiler Spektrometer Kamera

16 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Ergebnisse am Farbkameramessplatz Spektralschätzung im Vergleich zum Datenblatt: Kodak KAI-1020CM (Kappa DXc100) Sony ICX285AQ (Kappa DX40) Optimierung der Messbedingungen: Integrationszeitanpassung zusätzliches IR-Sperrfilter Korrektur der Nichtlinearität

17 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Ergebnisse am Farbkameramessplatz Euklidischer Abstand im RGB-Farbraum Geometrischer Abstand im rg-Diagramm Kodak KAI-1020CM (Kappa DXc100)Sony ICX285AQ (Kappa DX40)

18 11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Diskussion und Ausblick Bewertung der Güte der Spektralschätzung Vergleich zu monochromatischer Messung Vergleich mit den Kamerareaktionen auf einen Referenzprobensatz Kamera Spektral- schätzung Monochromatische Messung Fehlerbewertung der Reaktionen


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