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Dipl.-Ing. (FH) Carsten Büttner, MSc.
Parametrierung digitaler Kameras auf Basis einer spektralen Charakterisierung Dipl.-Ing. (FH) Carsten Büttner, MSc. Carsten Büttner, HAWK
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Gliederung Farbbildsensorik
Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz Methode zur Spektralschätzung Ergebnisse am Farbkameramessplatz Carsten Büttner, HAWK
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Farbbildsensorik mit RGB-Bayer-Mosaikfilter IT-Progressive-Scan-CCD
1004 x 1004 Bildpunkte 30 Vollbilder / Sekunde 36 MHz Datenfrequenz Carsten Büttner, HAWK
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Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz
Lichtquelle Objekte Detektor Wiedergabe Dermatoskopiesystem weiße LED Testkarten, Farbproben, Haut,... Optik Sensor Kamera- elektronik Darstellung sRGB Carsten Büttner, HAWK
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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,... Carsten Büttner, HAWK
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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,... Carsten Büttner, HAWK
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Spektrale Messverfahren
Methode zur Spektralschätzung Spektrale Messverfahren Monochromatische Messung (direkt): Kamerareaktion = spektrale Stützstelle Lichtquelle S(λ) Empfänger s(λ) Carsten Büttner, HAWK
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Spektrale Messverfahren
Methode zur Spektralschätzung Spektrale Messverfahren Monochromatische Messung (direkt): Kamerareaktion = spektrale Stützstelle Lichtquelle S(λ) Empfänger s(λ) Breitbandige Messung (indirekt, Spektralschätzung): Kamerareaktion Lichtquelle S(λ) Objekte β(λ) Empfänger s(λ) mit Farbprobenmatrix Carsten Büttner, HAWK
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Überblick: Methoden zur Spektralschätzung
Methode zur Spektralschätzung Überblick: Methoden 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) Carsten Büttner, HAWK
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Kriterien der verwendeten Methode
Methode zur Spektralschätzung Kriterien der verwendeten Methode Schätzung mittels Quadratischer Programmierung: 1. Kriterium: mittlere quadratische Abweichung 2. Kriterium: Glattheit In Normalform für large-scale Algorithmus in MATLAB Carsten Büttner, HAWK
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Methode zur Spektralschätzung
Simulationsmodell Ideale RGB-Sensordaten C - Farbprobenmatrix Umrechnung in Ladungsträger: Signalwert Addition von Rauschen Dunkelsignalrauschen mit Photonenrauschen mit PRNU mit Mittelwertbildung über einen Bereich von 25x25 Bildpunkten Verrauschte RGB-Sensordaten Carsten Büttner, HAWK
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Methode zur Farbprobenauswahl
Methode zur Spektralschätzung Methode zur Farbprobenauswahl Ansatz: Optimierungsalgorithmus (QP) liefert einen Lagrange-Multiplikator für jede Nebenbedingung (vgl. Extremwertbestimmung mehrdimensionaler Funktionen unter Nebenbedingungen) Maß für den Einfluss der Nebenbedingung auf das gefundene Optimum Feststellung: Auswahl ist abhängig vom Rauschen statistische Auswertung Kriterium für Farbprobenauswahl: Carsten Büttner, HAWK
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Methode zur Spektralschätzung
Fehlerbewertung Bewertungskriterien: euklidischer Abstand im RGB-Farbraum des Sensors geometrischer Abstand im rg-Diagramm (sensorbezogen) Carsten Büttner, HAWK
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Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Farbproben Auswahl Lichtquelle Spektrale Anpassungs- filter Carsten Büttner, HAWK
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Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Spektrometer Farbproben Auswahl Strahlteiler Kamera Lichtquelle Spektrale Anpassungs- filter Carsten Büttner, HAWK
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Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Spektralschätzung im Vergleich zum Datenblatt: Sony ICX285AQ (Kappa DX40) Kodak KAI-1020CM (Kappa DXc100) Optimierung der Messbedingungen: Integrationszeitanpassung zusätzliches IR-Sperrfilter Korrektur der Nichtlinearität Carsten Büttner, HAWK
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Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Kodak KAI-1020CM (Kappa DXc100) Sony ICX285AQ (Kappa DX40) Euklidischer Abstand im RGB-Farbraum Geometrischer Abstand im rg-Diagramm Carsten Büttner, HAWK
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Diskussion und Ausblick
Bewertung der Güte der Spektralschätzung Vergleich zu monochromatischer Messung Vergleich mit den Kamerareaktionen auf einen Referenzprobensatz Kamera Fehlerbewertung der Reaktionen Spektral- schätzung Monochromatische Messung Carsten Büttner, HAWK
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