Seminar: Informationstechnik in der Medizin Universität Dortmund Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Segmentierung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Definition Bildvorlage nach Segmentierung Segmentierung: Unterteilen eines Bildes in Teilbereiche gleicher Eigenschaften.

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Einordnung Bildvorlage (abgetastet) Vorverarbeitung Segmentierung, Segment Labeling Interpretation Einordnung der Segmentierung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Zur Vorverarbeitung Beispiel Vorverarbeitung: Grauwertspreizung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Ansätze Bildpunktorientiert –Schwellwertverfahren Regionsorientiert –Split and Merge –Pyramid Linking Kantenorientiert –Kantendetektion + Linking Modellorientiert –Template matching Verschiedene Ansätze

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Schwellwertverfahren Vorraussetzung: –Helle Objekte vor dunklem Hintergrund (oder umgekehrt) –Bimodales Histogramm Vorgehen: –Schwellwert festlegen –Alles unter dem Schwellwert: Hintergrund –Alles über dem Schwellwert: Objekt Schwellwertverfahren AusgangsbildHistogrammErgebnis

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Bestimmung des optimalen Schwellwertes Einfachste Ansätze: –mittlerer Grauwert –Minimum zwischen den beiden Peaks WDF, dass ein Bildpunkt zu einem Objekt gehört, bekannt: –So setzen, dass Fehler minimal wird Lokale Verfahren –Unterteilen des Bildes in Unterabschnitte, für jeden Unterabschnitt wie oben vorgehen Dynamische Verfahren –jeder Bildpunkt erhält eigenen Schwellwert aufgrund seiner Umgebung Bestimmung des Schwellwerts

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Schwellwertverfahren mit GIMP

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Evaluierung Schwellwertverfahren Vorteile –einfach zu implementieren –in Spezialfällen recht gute Ergebnisse Nachteile –benötigt bimodales Histogramm –sorgt nicht für zusammenhängende Regionen –kann bei texturierten Objekten komplett versagen –benutzt nur einzelne Bildpunkte ohne Relation zueinander Schwellwertverfahren

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Split and Merge Regionsbasiertes Verfahren: Sucht Gemeinsamkeiten benachbarter Bildpunkte Basiert auf dem Grauwertabstand in Teilbildern Grauwertabstand: Differenz zwischen hellstem und dunkelstem Bildpunkt Split and Merge d = g max - g min

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Split and Merge Grauwertabstand < Schwellwert? Ja: Zusammengehörige Region gefunden. Fertig. Nein: –Teile das Bild in 4 Unterbilder – Führe rekursiv auf jedem Teilbild wieder Split aus 1. Schritt: Split Resultat: Quadtree, alle Blätter stehen für eine Region

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Split and Merge 2. Schritt: Merge Problem: Zusammengehörende Gebiete nun auch geteilt Lösung: Zwei benachbarte Regionen gemeinsam betrachten, Grauwertabstand < Schwellwert? –Ja: Benachbarte Regionen verschmelzen

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Evaluierung Split and Merge Split and Merge Vorteile –flexibel (Objektgröße, Schwellwert) –recht einfach zu implementieren Nachteile –woher Schwellwert? –Neigt zu Übersegmentierung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Pyramid Linking Regionsbasiertes Verfahren integriert Vorverarbeitung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Pyramid Linking 1. Schritt: Berechnung der Gauß-Pyramide Elternknoten ist Mittelwert über 4 darunter liegende Knoten -> Rechteckfilter

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Pyramid Linking 2. Schritt: Zuordnung Bildpunkte und Mittelwert Punkte auf unterer Ebene einem darüber liegenden Knoten zuordnen bis zur Wurzel durchgehen

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Pyramid Linking 3. Schritt: Neuberechnung Mittelwert Jetzt Mittelwert aus verbundenen Knoten bestimmen zurück zu Schritt 2, bis Ergebnis stabil

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Pyramid Linking Ergebnis Jeder Bildpunkt ist einer Region zugeordnet Teilung auf 2. Ebene

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Evaluierung Pyramid Linking Pyramid Linking Vorteile – gut für stark verrauschte Bilder – mehrere Ebenen möglich

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Kantenorientierte Verfahren Ansatz: Finde Kanten im Bild, die Regionen begrenzen –z.B. Sobel Probleme: –spricht stark auf Rauschen im Bild an -> Schwellwertverfahren –zunächst keine geschlossenen Linienzüge -> Edge Linking Kantenorientierte Verfahren

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Modellorientierte Verfahren Bis jetzt: A priori Wissen über Form der Objekte kaum verwendet Beispiel für modellorientierte Verfahren: Template Matching Modellorientierte Verfahren

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Templates Template Matching Schiebe Muster über das Bild bis Übereinstimmung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Evaluierung Template Matching Template Matching Vorteile –direkte Benennung eines Objektes möglich Nachteile –zu erkennende Objekte müssen vorher genau bekannt sein –kontrollierte Umgebung für Bildaufnahme nötig

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Weitere Verfahren (ohne Beschreibung) Regionsorientiert –Region growing –Watershed Modellorientiert –Houghtransformation –Active Contouring (Snakes) Clustering (bei mehreren Merkmalen)

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Ausblick Automatisierung –gezeigte Verfahren benötigen z.T. Interaktion (Schwellwerte) Mehr Dimensionen –räumliche Bilder –Bewegtbilder –mehr Merkmale als nur Grauwerte (Farbe, Geschwindigkeit,...) Modellbasierte Verfahren –universellere Modellansätze als Templates (z.B. aktive Kontouren) Ausblick

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Zusammenfassung Segmentierung: Unterteilen eines Bildes in Teilbereiche gleicher Eigenschaften Verschiedene Verfahren –Punktbasiert –Regionsbasiert –Kantenbasiert –Modellbasiert Anwendung nicht nur in der Medizin, sondern generell bei Objekterkennung Zusammenfassung

Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Fragen?