Seminar: Informationstechnik in der Medizin Universität Dortmund Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Kommunikationstechnik.

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

2 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 2 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Definition Bildvorlage nach Segmentierung Segmentierung: Unterteilen eines Bildes in Teilbereiche gleicher Eigenschaften.

3 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 3 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Einordnung Bildvorlage (abgetastet) Vorverarbeitung Segmentierung, Segment Labeling Interpretation Einordnung der Segmentierung

4 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 4 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Zur Vorverarbeitung Beispiel Vorverarbeitung: Grauwertspreizung

5 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 5 24.01.2005 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

6 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 6 24.01.2005 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

7 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 7 24.01.2005 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

8 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 8 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Schwellwertverfahren mit GIMP

9 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 9 24.01.2005 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

10 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 10 24.01.2005 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

11 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 11 24.01.2005 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

12 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 12 24.01.2005 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

13 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 13 24.01.2005 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

14 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 14 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Pyramid Linking Regionsbasiertes Verfahren integriert Vorverarbeitung

15 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 15 24.01.2005 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

16 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 16 24.01.2005 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

17 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 17 24.01.2005 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

18 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 18 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Pyramid Linking Ergebnis Jeder Bildpunkt ist einer Region zugeordnet Teilung auf 2. Ebene

19 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 19 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Evaluierung Pyramid Linking Pyramid Linking Vorteile – gut für stark verrauschte Bilder – mehrere Ebenen möglich

20 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 20 24.01.2005 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

21 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 21 24.01.2005 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

22 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 22 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Templates Template Matching Schiebe Muster über das Bild bis Übereinstimmung

23 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 23 24.01.2005 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

24 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 24 24.01.2005 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)

25 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 25 24.01.2005 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

26 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 26 24.01.2005 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

27 Seminar: Informationstechnik in der Medizin Folie 27 24.01.2005 LS Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Kai Grundmann Fragen?