Bildtransformationen

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 Präsentation transkript:

Bildtransformationen 4 Bildtransformationen “New worlds, new opportunities, new challenges.”

Bildtransformation Transformation der Bildinformation in eine neue Darstellung Ausnutzen bestimmter Eigenschaften der Darstellung zur Bildverarbeitung oder -analyse Rücktransformation der Darstellung in den Bildbereich

Bildtransformation Unitäre Bildtransformationen Fourier Transformation Cosinus Transformation Walsh-Hadamard Transformation Haar Transformation ... Parametrische Bildtransformationen Hough Transformation Radon Transformation

Wichtige Anwendungsgebiete Allgemein Dimensionsreduktion Dekorrelation Speziell Bildfilterung Filterung im Frequenzraum Bildkompression JPEG, etc Bildmerkmale für Mustererkennung & Klassifikation z.B. Objekterkennung, Gesichtserkennung

Fourier-Reihen Erstpublikation 1807, Buch 1822 Übersetzung auf Englisch in 1878 Darstellung von (praktisch) jeder periodischen Funktion mit Periode T als eine (ggf. unendliche) Summen-Reihe von gewichteten Sinus und Cosinus Wellen Verlustfreie, invertierbare Transformation

Fourier-Reihe

Fourier-Reihe für 0 < t < T für n ≥ 1 Fourier-Bereich: ALLE Werte der Funktion f(t) werden bei der Berechnung von dem jeweiligen an und bn einbezogen Ortsbereich: An jeder Stelle ergibt sich der Funktionswert durch die Überlagerung ALLER sin & cos Wellen

Fourier-Reihe

Beispiel Rechteck-Signal

Beispiel Sägezahn-Signal

Fourier-Reihe

Fourier Transformation ALLE Werte der Funktion f(x) werden bei der Berechnung von dem jeweiligen F(w) einbezogen

Fourier Transformation Fourier Transformierte ist komplex Aufspaltung in Betrag und Phase “Spektrum” “Phase”

Fourier Transformation Beispiel

Impuls & sinc

2D Fourier Transformation

Abtastung Abtastungsgröße

Diskrete Fourier Transformation

Diskrete 2D Fourier Transformation

“Amplituden Spektrum” Fourier Spektrum Eine diskrete 2D Matrix mit M x N Werte (= digitales Bild) wird in eine M x N Matrix mit komplexen Fourier-Koeffizienten transformiert Jeder dieser komplexen Fourier Koeffizienten läßt sich in Polarkoordinaten ausdrücken: “Amplituden Spektrum” “Phasen Spektrum”

Fourier Spektrum N x M Pixel  N x M Frequenzen real komplex Bild Spektrum Jeder Eintrag in dem Spektrum definiert eine Cosinus-Welle Amplitude = Höhe einer Welle (=„Wichtigkeit“) Phase = Verschiebung der Welle zum Ursprung Abstand zum Mittelpunkt = Frequenz der Welle Ausbreitung = Verbindungsgerade zum Mittelpunkt

Fourier Wellen Fourier-Bereich: ALLE Werte der Funktion f(t) werden bei der Berechnung von dem jeweiligen F(w) einbezogen! ALLE Funktionswerte werden bei der Berechnung JEDER Welle berücksichtigt Ortsbereich: An jeder Stelle ergibt sich der Funktionswert durch die Überlagerung ALLER Wellen! JEDE Welle ist ÜBERALL im Bild aktiv

Fourier Wellen

Fourier Wellen

Fourier-Wellen

Fourier-Wellen

Fourier-Wellen

2D Fourier Transformation

Spektrum-Abtastdichte Relation

Fourier Spektra

Fourier Spektra

Fourier Spektra

Fourier Spektra

Eigenschaften Translation

Eigenschaften Rotation

die DFT eines Bildes ist symmetrisch Eigenschaften Periodizität die DFT eines Bildes ist periodisch Symmetrie die DFT eines Bildes ist symmetrisch

Eigenschaften Separierbarkeit Transformation Transformation der Zeilen der Spalten

Eigenschaften F(0,0) beinhaltet den MxN skalierten Mittelwert des Bildes (i.d.R. ziemlich großer Wert) Linearität:

Fourier Spektra

Fourier Spektra

Fourier Spektra

Fourier Spektra

Fourier Spektra

Translation & Rotation: Power

Translation & Rotation: Phase

Manipulation des Fourier Spektrums Amplitude Amplitude Phase

Manipulation des Fourier Spektrums Amp = 1 Phase = Frau Phase Amp = Frau Phase = 0 Amp = Rechteck Phase = Frau Amp = Frau Phase = Rechteck

Bildtransformation Fourier Transformation Transformierte repräsentiert Bildfrequenzen (Manipulation) Transformierte komplex (Spektrum & Phase) Fließkomma Koeffizienten Transformierte redundant (Symmetrie) Suche nach anderen Transformationen zur geeigneten Informationsdarstellung

Parametrische Transformation Darstellung der Bildinformation anhand von veränderten Ortsraumparametern, z.B. Transformation ist nicht zwingend orthogonal (in der Regel nicht invertierbar) Bestimmte Informationen sind in der transformierten Darstellung einfacher abzulesen

Radon Transformation Orthogonale Projektion des Bildes bezüglich des Bildmittelpunktes in Abhängigkeit des Winkels

Radon Transformation

Radon Transformation

Radon Transformation

Radon Transformation

Radon Transformation

Unitäre Bildtransformation Definition einer separablen & symmetrischen Transformation Bild Spaltentransformation Zeilentransformation Transformiertes Bild Orthonormalität

Unitäre Bildtransformation Basisbilder (2D Basisvektoren) Ein Bild läßt sich als Linearkombination der mit den Transformationskoeffizienten gewichteten Basisbilder darstellen

Beispiel: Basisbilder des 8x8 Bildraums , = Lege jede Maske über das Bild Multipliziere Maske & Pixel paarweise Addiere alle Teilergebnisse zu einer Zahl Trage diese an der Masken-Position im transformierten Bild => ALLE Pixel des Originals tragen an JEDER Stelle des transformierten Bildes bei!

Walsh-Hadamard Transformation Reelle Transformation Schnell (Addition/Subtraktion) Implementierung mit ganzzahligen Koeffizienten möglich Befriedigende Datendekorrelation

Walsh-Hadamard Transformation

Haar Transformation Reelle Transformation Schnell Ortsinformation bleibt teilweise erhalten Mäßige Datendekorrelation

Haar Transformation

Cosinus Transformation Reelle Transformation Pseudofrequenzdarstellung (DCT ist nicht der Realteil der DFT!) Exzellente Datendekorrelation Effiziente SW, beschleunigte HW

Cosinus Transformation